Tổng quan luận án
Tài nguyên nước dưới đất tại dải đồng bằng ven biển miền Trung Việt Nam giữ vai trò then chốt trong việc cấp nước sinh hoạt và phục vụ sản xuất. Tuy nhiên, nguồn tài nguyên này đang đối mặt với nguy cơ suy giảm trữ lượng và chất lượng do tác động kết hợp giữa các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội, điều kiện tự nhiên khắc nghiệt và biến đổi khí hậu cùng nước biển dâng. Vùng đồng bằng ven biển huyện Gio Linh, tỉnh Quảng Trị là khu vực chịu ảnh hưởng rõ rệt bởi các chế độ thủy văn của sông Thạch Hãn, sông Bến Hải và chế độ hải văn Biển Đông, với hiện tượng thiếu hụt nước và gia tăng xâm nhập mặn trong các mùa khô.
Luận án tiến sĩ chuyên ngành Địa lý tài nguyên môi trường (mã số: 9.20) của nghiên cứu sinh Trần Thành Lê, thực hiện tại Học viện Khoa học và Công nghệ thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Phạm Quý Nhân và PGS.TS. Đặng Xuân Phong, tập trung giải quyết bài toán định lượng tác động của các yếu tố tự nhiên, nhân sinh và biến đổi khí hậu đến nước dưới đất tại địa bàn này.
Mục tiêu nghiên cứu
Xác lập các luận cứ khoa học và thực tiễn trong đề xuất các biện pháp sử dụng hợp lý, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất trên cơ sở phân tích, đánh giá và dự tính tác động của các yếu tố địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hội, môi trường, biến đổi khí hậu và nước biển dâng tại vùng Gio Linh, tỉnh Quảng Trị.
Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tổng quan và xây dựng cơ sở lý luận về phân tích, đánh giá và dự tính ảnh hưởng của các điều kiện địa lý, môi trường, biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất tại vùng đồng bằng ven biển.
- Nghiên cứu đặc điểm tài nguyên nước dưới đất vùng Gio Linh, Quảng Trị.
- Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hội, môi trường, biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất.
- Mô phỏng và dự báo lượng bổ cập cho nước dưới đất theo các kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng bằng mô hình số thủy văn.
- Xác định lượng bổ cập của nước mưa, nước sông, hồ cho các tầng chứa nước.
- Xác định mối quan hệ thủy lực giữa tầng chứa nước Pleistocen và tầng chứa nước Holocen, giữa nước mưa, nước mặt với nước dưới đất.
- Sử dụng mô hình số nước dưới đất đánh giá định lượng và mô phỏng biến động mực nước, chất lượng nước dưới đất theo các kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng.
- Đề xuất các giải pháp sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên nước dưới đất vùng Gio Linh phù hợp với những biến động về tự nhiên, kinh tế - xã hội, môi trường trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Nước dưới đất trong hai tầng chứa nước Đệ tứ chính gồm tầng chứa nước Holocen (qh) và tầng chứa nước Pleistocen (qp).
- Phạm vi không gian: Vùng đồng bằng ven biển Gio Linh, tỉnh Quảng Trị với diện tích khoảng 204 $\text{km}^2$, chiều dài bờ biển 15,5 km từ thị trấn Cửa Việt đến xã Trung Giang; ranh giới phía Bắc giáp sông Bến Hải, phía Nam giáp sông Thạch Hãn và sông Hiếu, phía Đông giáp Biển Đông, phía Tây giáp vùng đồi núi và khối bazan Vĩnh Linh - Gio Linh.
- Phạm vi thời gian và tài liệu: Sử dụng chuỗi số liệu khí tượng 42 năm (1974–2016) tại 3 trạm (Đông Hà, Khe Sanh, A Lưới) và bổ sung trạm Huế; số liệu thủy văn các trạm Cửa Việt, Gia Vòng, Thạch Hãn (1976–2017); số liệu hải văn Cồn Cỏ (1981–2017); số liệu quan trắc mực nước tại các công trình VB_qh, VB_qp và mực nước sông Thạch Hãn giai đoạn 2012–2016. Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng năm 2016 của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Các hướng nghiên cứu trên thế giới
Tác giả đã tổng hợp các công trình quốc tế theo ba nhóm hướng tiếp cận chính:
- Nghiên cứu xâm nhập mặn tầng chứa nước: Sherif và nnk (1999) khảo sát tác động của biến đổi khí hậu tới sự xâm nhập mặn tại Ai Cập và Ấn Độ; Groen và nnk (2000) dùng đồng vị $^{37}\text{Cl}$ và mô hình khuếch tán để xác định nguồn gốc nhiễm mặn do nước biển cổ tại Suriname; Bobba và nnk (2002) dùng mô hình SUTRA mô phỏng dịch chuyển ranh giới mặn nhạt trong 20 năm tại đồng bằng Godavari (Ấn Độ); Narayan (2004) nghiên cứu ảnh hưởng của khai thác quá mức từ 1.800 giếng bơm tại Burdekin (Úc); Demirel (2006) phân tích nguyên nhân xâm nhập mặn tại Mersin (Thổ Nhĩ Kỳ); Khomine (2011) mô phỏng giải pháp giếng ép nhân tạo hạn chế xâm nhập mặn tại bờ biển Syria.
- Nghiên cứu lượng bổ cập cho nước dưới đất: Fayer và nnk (1996) dùng GIS phân tích thảm phủ để tính bổ cập tại Washington; Nicholson và nnk (1997) dùng mô hình Lettau với 1.400 trạm mưa ở Châu Phi; Stone và nnk (2001) phối hợp GIS và cân bằng nước tại Great Basin; Jyrkama và nnk (2002) kết hợp mô hình HELP3 xác định biên bổ cập; Alemaw và nnk (2003) xây dựng mô hình thủy văn GIS ở Nam Phi; Brunner và nnk (2004) kết hợp cân bằng nước mặt và cân bằng Clorua tại Botswana; Allen và nnk (2004) mô phỏng độ nhạy bổ cập tại Grand Forks (Canada); Brouyere (2004) dùng mô hình MOHISE tại Bỉ; Szilagyi và nnk (2005) đánh giá bổ cập dài hạn tại Nebraska; Holman (2006) tích hợp biến đổi khí hậu và kinh tế - xã hội tại Đông Anglia (Anh); Mall (2006) khảo sát cân bằng nước mặt - nước ngầm tại Ấn Độ; Ranjan (2006) dùng mô hình HadCM3 đánh giá xâm nhập mặn giai đoạn 2000–2099.
- Liên kết mô hình khí hậu với mô hình nước dưới đất: Scibek và Allen (2006) liên kết mô hình khí hậu CGCM1 với mô hình nước dưới đất; Woldeamlak và nnk (2007) mô phỏng suy giảm mực nước tại lưu vực Grote-Nete (Bỉ); Hsu và nnk (2007) dùng mô hình số dự báo hạ thấp mực nước tại đồng bằng Pingtung (Đài Loan); Fu và nnk (2007) dùng ArcGIS Geostatistical Analyst đánh giá lưu vực sông Spokane; Toews (2007) dùng MODFLOW mô phỏng biến động bổ cập do tưới tiêu tại Nam Okanagan (Hoa Kỳ).
Các nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam, các kịch bản biến đổi khí hậu được công bố qua các thời kỳ bởi Bộ Tài nguyên và Môi trường (2009, 2012, 2016) cùng các nghiên cứu đánh giá tác động của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường (2010, 2011), dự án DANIDA (2009). Đỗ Huy Cường (2012) nghiên cứu tai biến và xâm nhập mặn lưu vực sông Hồng; Trần Thanh Xuân (2011) nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước tại Hà Nội và Lạng Sơn; Nguyễn Văn Hoàng (2012) dùng mô hình số độ cao dự báo xâm nhập mặn tầng Pleistocen huyện Thái Thụy; Phạm Quý Nhân (2014) dùng phần mềm SUTRA mô phỏng dịch chuyển ranh giới mặn nhạt và trữ lượng khai thác đảo Cồn Cỏ ($1.950,26\text{ m}^3/\text{ngày}$); Bùi Trần Vượng (2013) nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu đến nước dưới đất đồng bằng sông Cửu Long.
Khoảng trống nghiên cứu
Các nghiên cứu trong nước trước đây chủ yếu tập trung vào tài nguyên nước mặt hoặc đánh giá sự dịch chuyển ranh mặn nước dưới đất đơn thuần. Còn thiếu các công trình áp dụng tổ hợp công cụ tích hợp (thực nghiệm hiện trường, chi tiết hóa thống kê khí hậu, mô hình thủy văn phân bố và mô hình số 3 chiều dòng ngầm - chất tan) để định lượng chính xác lượng bổ cập tự nhiên và tương tác thủy lực giữa các khối nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu tại dải cồn cát ven biển hẹp miền Trung.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý luận và quan điểm tiếp cận
- Quan điểm hệ thống: Xem xét các tầng chứa nước trong mối liên hệ biện chứng với cấu trúc địa chất, thủy văn mặt đệm, môi trường sinh thái và các hoạt động kinh tế - xã hội.
- Quan điểm tổng hợp: Đánh giá đa ngành các yếu tố tự nhiên, khí tượng, thủy văn và nhân sinh để phân tích động thái nước dưới đất và phân vùng bảo vệ.
- Quan điểm phát triển bền vững: Cân bằng giữa nhu cầu khai thác phục vụ dân sinh - kinh tế với khả năng tự phục hồi, chống cạn kiệt và nhiễm mặn của tầng chứa nước.
Tổ hợp phương pháp nghiên cứu
Chuỗi số liệu khí hậu (1974-2016) -> Chi tiết hóa thống kê (SDSM/SIMCLIM) -> Chuỗi mưa kịch bản RCP
Thực địa: Đổ nước hố đào (6 điểm) + Thấm Seepage (28 điểm) + Cân bằng Clo (30 mẫu)
Địa tầng 47 giếng khoan -> Mô hình khối 3D (Thuật toán Ward) -> Cấu trúc phân tầng
WetSpass (GIS) -> Lượng bổ cập phân bố không gian -> Mô hình dòng ngầm MODFLOW / MT3D (GMS) -> Bản đồ phân vùng
- Phương pháp chi tiết hóa thống kê (Statistical Downscaling - SD): Chuyển đổi dữ liệu khí hậu toàn cầu (GCM) độ phân giải thô sang quy mô địa phương vùng Gio Linh. Sử dụng các kỹ thuật hồi quy, máy tạo thời tiết trong các phần mềm SDSM, SIMCLIM, PRECIS, AGCM/MRI theo các phương án xáo trộn chỉ định (XTCĐ) và xáo trộn mặc định (XTMĐ) ứng với các kịch bản phát thải RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5.
- Mô hình số thủy văn WetSpass (Liu và nnk, 2004): Mô hình phân bố theo ô lưới tích hợp trên ArcView GIS, chia cấu trúc cột thẳng đứng thành 4 tầng/đới: lớp thực vật (vegetation zone), lớp thổ nhưỡng (root zone), đới truyền dẫn (transmission zone) và đới bão hòa (saturated zone).
- Tổn thất chặn bởi lớp phủ: $SI(t) = SI(t-1) + I(t) - EI(t)$
- Dòng chảy tràn tính theo phương pháp Rational cải biên và sóng khuếch tán.
- Cân bằng nước trong đất: tính toán lượng nước ngấm xuống tầng chứa nước $RG(t)$ sau khi trừ lượng bốc thoát hơi $Es(t)$, dòng chảy sát mặt $RI(t)$.
- Dòng chảy ngầm tiểu lưu vực: $Q_g = c_g \cdot S_g(t) \cdot A_s$.
- Phương pháp cân bằng Clo (Chloride Mass Balance - CMB): Sử dụng tính chất trơ của ion Clorua để tính lượng nước mưa thấm bổ cập vào tầng Holocen theo công thức:
$$P = R \cdot \frac{Cl_p}{Cl_{gw}}$$
Trong đó: $P$ là lượng bổ cập (mm/năm), $R$ là lượng mưa trung bình năm (mm/năm), $Cl_p$ là hàm lượng Clo trong nước mưa (mg/l), $Cl_{gw}$ là hàm lượng Clo trong nước dưới đất (mg/l).
- Phương pháp thực nghiệm hiện trường:
- Thí nghiệm đổ nước hố đào Nesterov (2 vòng tròn đồng tâm $\Phi 50\text{ cm}$ và $\Phi 25\text{ cm}$, cột nước $10\text{ cm}$) tại 6 điểm để xác định hệ số thấm đới thông khí.
- Thí nghiệm thấm Seepage tại 28 vị trí ven sông Thạch Hãn, sông Bến Hải, sông Cánh Hòm và hồ Trúc Kinh để xác định quan hệ thủy lực nước mặt - nước dưới đất.
- Bơm hút nước thí nghiệm đơn tại 2 lỗ khoan VBqp và VBqh.
- Đo sâu điện địa vật lý tại 3 tuyến với 116 điểm đo.
- Mô hình số nước dưới đất và dịch chuyển chất tan: Sử dụng hệ phần mềm GMS tích hợp MODFLOW và MT3D để mô phỏng dòng chảy ngầm và dịch chuyển biên mặn trạng thái ổn định và không ổn định. Ứng dụng chỉ số GOD để đánh giá mức độ tổn thương tầng chứa nước.
- Mô hình khối 3D địa tầng: Xây dựng cấu trúc địa chất thủy văn 3 chiều từ 47 lỗ khoan thăm dò bằng thuật toán phân cụm Ward.
Khối lượng dữ liệu thực hiện trực tiếp trong luận án
| TT |
Nội dung công việc thực nghiệm |
Đơn vị tính |
Số lượng |
| 1 |
Khoan địa chất thủy văn (VBqh, VBqp) |
Lỗ khoan |
2 |
| 2 |
Quan trắc mực nước liên tục |
Năm |
4 (2012–2016) |
| 3 |
Lấy mẫu và phân tích hàm lượng Clo |
Mẫu |
30 |
| 4 |
Thí nghiệm đổ nước hố đào (Nesterov) |
Điểm |
6 |
| 5 |
Thí nghiệm thấm Seepage đáy sông/hồ |
Điểm |
28 |
| 6 |
Bơm hút nước thí nghiệm |
Điểm |
2 |
| 7 |
Đo sâu điện địa vật lý |
Tuyến / Điểm |
3 tuyến / 116 điểm |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1. 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
Chương này tổng kết hệ thống lý luận về đánh giá tài nguyên nước dưới đất ven biển. Phân tích chi tiết ba hướng tiếp cận trên thế giới và trong nước: mô phỏng xâm nhập mặn, tính toán lượng bổ cập bề mặt và ghép nối mô hình khí hậu - nước dưới đất. Tác giả chỉ rõ các quá trình vật lý trong mô hình WetSpass, cơ sở lý thuyết của phương pháp cân bằng Clo (CMB), phương trình dòng thấm Darcy trong thí nghiệm Nesterov, nguyên lý thấm Seepage tại đáy sông hồ và thuật toán thiết lập mô hình khối 3D từ dữ liệu địa tầng lỗ khoan. Thiết lập khung quy trình nghiên cứu tích hợp đa phương pháp từ thu thập, thực nghiệm, mô phỏng đến phân vùng giải pháp.
Chương 2. Đặc điểm tài nguyên nước dưới đất và ảnh hưởng của các yếu tố địa lý tự nhiên, KTXH, môi trường, biến đổi khí hậu và nước biển dâng vùng Gio Linh, Quảng Trị
Chương 2 mô tả chi tiết địa chất thủy văn vùng đồng bằng Gio Linh với các đơn vị chứa nước chính:
- Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích gió biển Holocen trên ($qh_2$): Phân bố thành dải ven biển dài 21 km, rộng trung bình 2 km. Thành phần là cát thạch anh trắng, bề dày 10–15 m. Chiều sâu mực nước tĩnh 3–4 m. Hệ số thấm $K = 1,9 - 4,58\text{ m/ngày}$ (trung bình $3,14\text{ m/ngày}$). Nước siêu nhạt, độ khoáng hóa $M < 0,5\text{ g/l}$, loại hình hóa học Clorua - Bicacbonat Natri; các chỉ tiêu dinh dưỡng: $\text{NH}_4^+ = 0 - 0,4\text{ mg/l}$, $\text{NO}_3^- = 0,48 - 1,65\text{ mg/l}$, $\text{PO}_4^{3-} = 0,2 - 0,9\text{ mg/l}$. Khai thác qua giếng đào dân sinh sâu 5–7 m.
- Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích sông biển Holocen dưới - giữa ($qh_1$): Phân bố rộng, bề dày 12,10–17,55 m (trung bình 15,45 m). Tỷ lưu lượng $q = 0,05 - 0,20\text{ l/s.m}$ (trung bình $0,1\text{ l/s.m}$), hệ số thấm $K = 1,21 - 7,3\text{ m/ngày}$ (trung bình $2,49\text{ m/ngày}$ tại lỗ khoan VBqh). Bị nhiễm mặn/lợ cục bộ tại khu vực phía Bắc, phía Nam và dọc sông Hiếu thuộc phường Hiếu Giang ($M > 1,5\text{ g/l}$).
- Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích sông biển Pleistocen giữa - trên ($qp$): Diện tích lộ ở phía Tây khoảng 3,5 $\text{km}^2$ (miền cung cấp), chìm sâu dần về phía Đông ra biển tạo thành tầng chứa nước có áp. Chiều sâu mực nước tĩnh $h = -14,75\text{ đến } +1,3\text{ m}$ (trung bình $-3,21\text{ m}$); một số lỗ khoan tự phun vào mùa mưa (QT12, QT13, QT14, QT15). Chiều sâu gặp tầng chứa nước 23–42 m (trung bình 34,4 m); áp lực trên mái $H = 14,5 - 43,3\text{ m}$ (trung bình 34 m). Bề dày 28–58 m (trung bình 42,85 m). Hệ số dẫn nước $Km = 818\text{ m}^2/\text{ngày}$. Hệ số thấm đất đá vùng lộ Trúc Kinh $K = 2,47 - 37,69\text{ m/ngày}$ (trung bình $19,94\text{ m/ngày}$). Nước chuyển động theo hướng Tây Bắc - Đông Nam (hướng $123^\circ$ tại QT13 và $135^\circ$ tại QT12 với vận tốc $28,8\text{ m/ngày}$). Nước nhạt có độ khoáng hóa $M = 0,08 - 0,12\text{ g/l}$ (trung bình $0,098\text{ g/l}$), $\text{pH} = 5,91 - 7,17$, độ cứng toàn phần $0,2 - 40\text{ mg/l CaCO}_3$ (trung bình $8,77\text{ mg/l}$).
Mặt cắt khái lược thủy địa chất từ Tây sang Đông:
Phía Tây (Vùng đồi/lộ 3,5 km2) ----------> Khu vực trung tâm (QL1A) ----------> Ven biển (Dải cát)
- Lộ bazan & trầm tích qp - TCN Holocen (qh1) - Cồn cát Holocen (qh2)
- Miền bổ cập chính nước mưa - Lớp sét cách nước - TCN Pleistocen (qp) có áp
- Thấm mạnh (K trung bình 19,94 m/ng) - TCN qp chìm sâu (dày ~42,85 m) - Nguy cơ xâm nhập mặn
Một số đặc trưng của tầng chứa nước Pleistocen ($qp$) tại các lỗ khoan quan trắc
| Thông số ĐCTV |
QT1 |
QT3 |
QT9 |
QT12 |
QT13c |
QT14 |
QT15 |
VB01 |
Trung bình |
| Chiều sâu mực nước tĩnh (m) |
-14,75 |
-7,0 |
-3,3 |
+0,5 |
+1,3 |
+0,6 |
+0,2 |
-0,45 |
-1,01 |
| Chiều sâu gặp mái TCN (m) |
29,0 |
23,0 |
35,3 |
37,0 |
42,0 |
39,0 |
35,5 |
25,65 |
33,3 |
| Cột nước áp lực trên mái (m) |
14,25 |
16,0 |
32,0 |
37,5 |
43,3 |
39,6 |
35,7 |
26,1 |
30,6 |
Ghi chú: Dấu (-) thể hiện mực nước nằm dưới mặt đất, dấu (+) thể hiện mực nước dâng cao hơn mặt đất (nước tự phun).
Về các yếu tố ảnh hưởng: Nông nghiệp dùng 100% nước mặt; công nghiệp dùng 11% nước mặt và 89% nước dưới đất; sinh hoạt sử dụng 100% nước dưới đất. Sự suy giảm lượng mưa mùa khô làm giảm mực nước giếng G11 tại bãi giếng Nhà máy nước Gio Linh và gia tăng xâm nhập mặn từ hệ thống sông Thạch Hãn và Bến Hải.
Chương 3. 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
Nội dung chương 3 tập trung vào các kết quả tính toán mô phỏng và xây dựng phương án quản lý:
- Tạo chuỗi dữ liệu mưa và bổ cập: Sử dụng phương pháp chi tiết hóa thống kê cho các thời kỳ 2011–2035, 2046–2065, 2080–2099 theo 3 kịch bản RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5. Mô hình WetSpass sau khi hiệu chỉnh với lưu lượng thực đo tại trạm thủy văn Gia Vòng đã xuất bản đồ lượng bổ cập trung bình ngày cho mùa khô và cả năm.
- Xác định các thông số bổ cập qua thực nghiệm:
- Hệ số thấm đới thông khí từ thí nghiệm hố đào được đưa vào mô hình phân vùng thấm.
- Thí nghiệm Seepage tại 28 điểm làm sáng tỏ mức độ trao đổi thủy lực giữa sông/hồ và tầng chứa nước nông.
- Phương pháp cân bằng Clo (CMB) với 30 mẫu nước giai đoạn 2012–2014 tính toán chính xác giá trị bổ cập từ nước mưa cho tầng Holocen.
- Mô phỏng dòng chảy và xâm nhập mặn bằng GMS:
- Hiệu chỉnh mô hình dòng chảy ở trạng thái ổn định và không ổn định qua số liệu giếng quan trắc VBqh, VBqp giai đoạn 2012–2016.
- Dự báo sự dịch chuyển ranh giới mặn - nhạt và biến động hạ thấp mực nước trong các tầng $qh$ và $qp$ dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng trong thế kỷ 21.
- Phân vùng bảo vệ và khai thác bền vững:
- Đánh giá chỉ số tổn thương tầng chứa nước GOD kết hợp các tiêu chí kinh tế - kỹ thuật.
- Xây dựng bản đồ phân vùng khai thác bền vững nước dưới đất tỷ lệ 1:50.000 cho vùng đồng bằng Gio Linh.
- Đề xuất các nhóm giải pháp không gian: khoanh định vùng hạn chế khai thác ven sông mặn, bảo vệ diện tích bổ cập hở phía Tây (vùng đồi bazan và hồ Trúc Kinh), xây dựng công trình thu trữ nước mưa nhân tạo và kiểm soát mạng lưới giếng khoan khai thác công nghiệp/sinh hoạt.
Kết quả và những đóng góp mới
Luận điểm bảo vệ
- Luận điểm 1: Tài nguyên nước dưới đất trong các tầng chứa nước Đệ tứ vùng Gio Linh, tỉnh Quảng Trị có trữ lượng hạn chế, dễ bị tổn thương bởi các hoạt động nhân sinh và tác động ngoại cảnh.
- Luận điểm 2: Lượng bổ cập nước dưới đất đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành trữ lượng các tầng chứa nước Đệ tứ tại vùng Gio Linh, Quảng Trị. Trong bối cảnh các tầng chứa nước này dễ bị tổn thương do tác động của hiện tượng xâm nhập mặn, cạn kiệt, biến đổi khí hậu và nước biển dâng, việc duy trì và phát triển lượng bổ cập là giải pháp chủ yếu trong định hướng sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên nước dưới đất.
Những điểm mới của luận án
- Đã sử dụng thành công tổ hợp các phương pháp nghiên cứu hiện đại (thực nghiệm đổ nước hố đào, thấm Seepage, cân bằng Clo, chi tiết hóa thống kê, mô hình thủy văn WetSpass và mô hình số dòng ngầm GMS/MODFLOW-MT3D) để đánh giá và lượng hóa chính xác lượng bổ cập tự nhiên đến các tầng chứa nước Đệ tứ vùng đồng bằng ven biển Gio Linh, Quảng Trị.
- Chứng minh được sự biến động ranh giới mặn - nhạt của tầng chứa nước Holocen trong vùng nghiên cứu vẫn đang tiếp diễn dưới tác động tổng hợp của các kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng và chế độ khai thác nước ngầm.
Đề xuất và giải pháp
- Thiết lập bản đồ phân vùng khai thác bền vững tài nguyên nước dưới đất tỷ lệ 1:50.000.
- Đề xuất giải pháp bảo vệ nghiêm ngặt miền bổ cập hở phía Tây (diện tích 3,5 $\text{km}^2$ của tầng Pleistocen) nhằm duy trì nguồn sinh thủy cho toàn bãi giếng Gio Linh.
- Quy hoạch không gian khai thác: hạn chế gia tăng công suất giếng ngầm tại các dải ven sông Thạch Hãn, Bến Hải có độ tổng khoáng hóa cao ($M > 1,5\text{ g/l}$); thay thế bằng giải pháp sử dụng hợp lý nguồn nước mặt từ các hồ chứa lớn kết hợp trữ nước mưa nhân tạo.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Chuỗi dữ liệu quan trắc đồng bộ tự động giữa các tầng chứa nước và dao động mực nước mặt thực địa còn ngắn (giai đoạn 2012–2016). Các thông số thí nghiệm Seepage và đổ nước hố đào dù có độ tin cậy cao nhưng mới chỉ thực hiện đại diện tại 6 vị trí hố đào và 28 điểm ven sông hồ do điều kiện địa hình phức tạp.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Cần tiếp tục duy trì mạng lưới quan trắc tự động liên tục mực nước và độ mặn tại các công trình VBqh, VBqp; mở rộng nghiên cứu mô phỏng tương tác mật độ nước mặn - nhạt 3 chiều cho các cấu trúc địa chất sâu hơn và tích hợp các mô hình kinh tế tài nguyên nước trong điều kiện biến đổi khí hậu dài hạn.
Giá trị tham khảo
- Đối với cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học trực tiếp cho Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Trị, UBND huyện Gio Linh trong việc lập quy hoạch tài nguyên nước, cấp phép khai thác nước dưới đất, bảo vệ các dải cồn cát ven biển và thích ứng với biến đổi khí hậu.
- Đối với công tác đào tạo và nghiên cứu học thuật: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu cho nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên các ngành Địa lý tài nguyên, Địa chất thủy văn, Quản lý tài nguyên nước và Môi trường về phương pháp luận kết hợp giữa mô hình phân bố WetSpass, mô hình GMS và các thí nghiệm hiện trường (CMB, Seepage).
Câu hỏi thường gặp
1. Hai tầng chứa nước chính được nghiên cứu tại vùng Gio Linh có đặc trưng địa chất thủy văn như thế nào?
Tầng Holocen ($qh$) gồm phụ tầng cát gió biển $qh_2$ dày 10–15 m, hệ số thấm trung bình $3,14\text{ m/ngày}$, chứa nước siêu nhạt ($M < 0,5\text{ g/l}$) và tầng $qh_1$ dày trung bình 15,45 m, hệ số thấm $2,49\text{ m/ngày}$ bị nhiễm mặn lợ ở dải ven sông. Tầng Pleistocen ($qp$) có diện lộ phía Tây 3,5 $\text{km}^2$, phần còn lại chìm sâu có áp với chiều sâu mái trung bình 34,4 m, bề dày trung bình 42,85 m, hệ số dẫn nước $Km = 818\text{ m}^2/\text{ngày}$, nước nhạt chất lượng tốt ($M = 0,08 - 0,12\text{ g/l}$).
2. Hiện trạng sử dụng nước tại huyện Gio Linh phân bổ giữa các ngành ra sao?
Cơ cấu sử dụng nguồn nước có sự phân hóa rõ rệt: Ngành nông nghiệp sử dụng 100% nguồn nước mặt; ngành công nghiệp sử dụng 11% nước mặt và 89% nước dưới đất; nhu cầu ăn uống sinh hoạt của người dân sử dụng 100% từ nguồn nước dưới đất.
3. Phương pháp cân bằng Clo (CMB) được luận án ứng dụng như thế nào?
Luận án sử dụng phương trình $P = R \cdot (Cl_p / Cl_{gw})$ dựa trên 30 mẫu phân tích nồng độ ion Clo trong nước mưa và nước dưới đất tầng Holocen thu thập trong 3 năm (2012–2014) tại trạm Đông Hà và các giếng quan trắc để tính toán chính xác lượng nước mưa ngấm bổ cập tự nhiên.
4. Tác giả đã tiến hành những thí nghiệm thực địa trực tiếp nào để hiệu chỉnh mô hình?
Nghiên cứu sinh đã trực tiếp thi công 2 lỗ khoan ĐCTV (VBqh, VBqp), quan trắc mực nước 4 năm (2012–2016), tiến hành 6 điểm thí nghiệm đổ nước hố đào Nesterov để xác định hệ số thấm đới thông khí, 28 điểm thí nghiệm thấm Seepage xác định tương tác nước mặt - nước ngầm, 2 điểm hút nước thí nghiệm và đo 3 tuyến địa vật lý với 116 điểm đo sâu điện.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Trần Thành Lê đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu xác lập các cơ sở khoa học và thực tiễn phục vụ quản lý, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất vùng ven biển Gio Linh, tỉnh Quảng Trị. Thông qua việc tích hợp các phương pháp chi tiết hóa thống kê khí hậu, mô hình thủy văn WetSpass, mô hình số GMS/MODFLOW-MT3D và hệ thống thí nghiệm thực địa (CMB, Seepage, Nesterov), công trình đã định lượng được lượng bổ cập tự nhiên và xu thế dịch chuyển ranh mặn dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Kết quả phân vùng khai thác bền vững tỷ lệ 1:50.000 cung cấp luận cứ quan trọng cho công tác quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ tài nguyên nước tại địa phương.
