Nghiên Cứu, Đánh Giá và Dự Báo Xâm Nhập Mặn Nước Dưới Đất Khu Vực Hồ Bàu Tró – Quảng Bình

• Tác giả: Phạm Lan Hoa
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Hoàng
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Địa chất môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Dự Báo Xâm Nhập Mặn Nước Dưới Đất Khu Vực Hồ Bàu Tró – Quảng Bình
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU
• 1.1. Vị trí địa lý
• 1.2. Đặc điểm địa lý tự nhiên
• 1.3. Đặc điểm địa hình, địa mạo
• 1.4. Đặc điểm khí hậu
• 1.5. Mạng lưới sông suối, hồ chứa
• 1.6. Đặc điểm dân cư, kinh tế xã hội
• 1.7. Tình hình khai thác và các tác động đến nguồn nước khu vực hồ Bàu Tró
• 1.8. Mạng lưới các trạm khí tượng thủy văn khu vực nghiên cứu
• 1.9. Chế độ dòng chảy trên khu vực nghiên cứu
• 1.10. Chế độ mực nước trên khu vực nghiên cứu
• 1.11. Ảnh hưởng của nước biển dâng đến kinh tế- xã hội tỉnh Quảng Bình
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC DƯỚI ĐẤT TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
• 2.1. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2. Phương trình cơ bản
• 2.3. Phương trình mô tả chuyển động nước dưới đất trong tầng chứa nước
• 2.4. Phương trình mô tả lan truyền mặn trong nước dưới đất
• 2.5. Phương pháp phần tử hữu hạn trong mô hình chuyển động nước dưới đất
• 2.6. Mô hình phần tử hữu hạn
• 2.7. Lịch sử nghiên cứu
• 2.8. Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất trên thế giới
• 2.9. Tổng quan nghiên cứu tại Việt Nam
• 2.10. Tổng quan các nghiên cứu về khu vực TP
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT THỦY VĂN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 3.1. Điều kiện địa chất thủy văn khu vực
• 3.2. Tài nguyên nước khu vực thành phố Đồng Hới
• 3.3. Tài nguyên nước dưới đất
• 3.4. Tài nguyên nước mặt
• 3.5. Hiện trạng sử dụng và qui hoạch khai thác sử dụng tài nguyên nước mặt và nước dưới đất khu vực nghiên cứu
• 3.6. Hiện trạng khai thác
• 3.7. Quy hoạch khai thác
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN NDĐ KHU VỰC HỒ BÀU TRÓ DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG
• 4.1. Lựa chọn miền mô hình, các thông số địa chất thủy văn, điều kiện ban đầu và biên của mô hình
• 4.2. Miền mô hình
• 4.3. Điều kiện biên
• 4.4. Điều kiện ban đầu
• 4.5. Thông số tầng chứa nước và xây dựng lưới phần tử hữu hạn miền mô hình
• 4.6. Xác định điều kiện của mô hình dự báo đánh giá xâm nhập mặn nước dưới đất khu vực hồ Bàu Tró
• 4.7. Hiệu chỉnh mô hình
• 4.8. Về hiệu chỉnh mô hình chuyển động nước dưới đất
• 4.9. Về hiệu chỉnh mô hình lan truyền mặn nước dưới đất
• 4.10. Kiểm chứng mô hình
• 4.11. Mô hình đánh giá mức độ xâm nhập mặn nước dưới đất khu vực hồ Bàu Tró các kịch bản NBD
• 4.12. Kịch bản nước biển dâng khu vực TP. Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình do biến đổi khí hậu và các ảnh hưởng đến tài nguyên nước
• 4.12.1. Kịch bản nước biển dâng thấp (50cm)
• 4.12.2. Kịch bản nước biển dâng trung bình (75cm)
• 4.12.3. Kịch bản nước biển dâng cao (100cm)
• 4.13. Một số giải pháp giảm thiểu và chống xâm nhập mặn nước dưới đất khu vực hồ Bàu Tró
• 4.13.1. Các giải pháp công trình
• 4.13.2. Các giải pháp phi công trình
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Xâm Nhập Mặn Hồ Bàu Tró Quảng Bình

Nghiên cứu về xâm nhập mặn tại khu vực hồ Bàu Tró, Quảng Bình là vô cùng cấp thiết. Việt Nam với đường bờ biển dài, đặc biệt là khu vực đồng bằng, phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm nước mặn ảnh hưởng đến nông nghiệp và sinh hoạt. Xâm nhập mặn nước dưới đất không chỉ giới hạn ở ven biển mà còn có thể lan sâu vào đất liền. Việc nắm bắt quy luật xâm nhập mặn theo thời gian và không gian giúp chủ động kiểm soát khai thác nước, tránh thiệt hại do độ mặn cao. Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, đặc biệt đối với khu vực hồ Bàu Tró, nơi cung cấp nguồn nước ngọt quan trọng cho thành phố Đồng Hới. Theo các nhà địa chất thủy văn, việc khai thác nước từ hồ Bàu Tró thực chất là khai thác nguồn nước ngầm xung quanh hồ. Do hồ nằm sát biển, việc khai thác không hợp lý có thể dẫn đến xâm nhập mặn nghiêm trọng. Hiện tại, nhà máy cấp nước Đồng Hới quản lý hồ với công suất thiết kế 9.000 m3/ngày đêm, nhưng chỉ khai thác cầm chừng 3.000 m3/ngày đêm do lo ngại xâm nhập mặn.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất

Nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tài nguyên nước ven biển. Việc hiểu rõ cơ chế và phạm vi xâm nhập mặn giúp đưa ra các biện pháp quản lý và khai thác nguồn nước ngầm bền vững. Đặc biệt, trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng, nguy cơ xâm nhập mặn càng trở nên nghiêm trọng hơn. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng các chính sách và giải pháp nhằm giảm thiểu tác động của xâm nhập mặn đến đời sống và kinh tế của cộng đồng địa phương.

1.2. Vai trò của hồ Bàu Tró trong cung cấp nước ngọt cho Đồng Hới

Hồ Bàu Tró đóng vai trò then chốt trong việc cung cấp nước ngọt cho thành phố Đồng Hới. Tuy nhiên, vị trí địa lý gần biển khiến hồ dễ bị ảnh hưởng bởi xâm nhập mặn. Việc khai thác nước từ hồ cần được thực hiện một cách cẩn trọng để đảm bảo chất lượng nguồn nước và tránh gây ra các tác động tiêu cực đến sinh thái hồ Bàu Tró. Nghiên cứu này sẽ đánh giá mức độ xâm nhập mặn hiện tại và dự báo các kịch bản trong tương lai, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý và bảo vệ nguồn nước hiệu quả.

II. Thách Thức Xâm Nhập Mặn Ảnh Hưởng Đến Nguồn Nước Quảng Bình

Khu vực Quảng Bình đang đối mặt với thách thức lớn từ xâm nhập mặn do nước biển dâng và khai thác nước ngầm quá mức. Biến đổi khí hậu làm gia tăng nguy cơ này, đe dọa tài nguyên nước và đời sống của người dân. Việc dự báo xâm nhập mặn trở nên vô cùng quan trọng để có thể đưa ra các biện pháp ứng phó kịp thời. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá mức độ xâm nhập mặn tại khu vực hồ Bàu Tró và đề xuất các giải pháp quản lý tài nguyên nước hiệu quả. Theo tài liệu nghiên cứu, từ năm 2003, hồ Bàu Tró chỉ được khai thác cầm chừng với công suất 3.000m3 nước/ngày đêm, phục vụ khoảng 20% dân cư TP. Đồng Hới. Mặc dù có nguồn nước hồ Phú Vinh bổ sung, nguồn nước hồ Bàu Tró vẫn có ý nghĩa kinh tế xã hội to lớn đối với khu vực ven biển khan hiếm nguồn nước nhạt.

2.1. Tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến xâm nhập mặn

Biến đổi khí hậu và nước biển dâng là những yếu tố chính làm gia tăng nguy cơ xâm nhập mặn tại các vùng ven biển. Nước biển dâng làm tăng áp lực lên nguồn nước ngầm, đẩy nước mặn xâm nhập sâu hơn vào đất liền. Đồng thời, biến đổi khí hậu cũng gây ra các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán, làm giảm lượng nước ngọt và tăng nguy cơ xâm nhập mặn. Nghiên cứu này sẽ đánh giá mức độ ảnh hưởng của các kịch bản nước biển dâng khác nhau đến xâm nhập mặn tại khu vực hồ Bàu Tró.

2.2. Khai thác nước ngầm quá mức và nguy cơ xâm nhập mặn

Việc khai thác nước ngầm quá mức cũng là một nguyên nhân quan trọng gây ra xâm nhập mặn. Khi lượng nước ngầm bị khai thác vượt quá khả năng bổ sung tự nhiên, mực nước ngầm giảm xuống, tạo điều kiện cho nước mặn xâm nhập vào các tầng chứa nước. Việc quản lý khai thác nước ngầm một cách bền vững là rất quan trọng để ngăn ngừa xâm nhập mặn và bảo vệ tài nguyên nước.

2.3. Ảnh hưởng của xâm nhập mặn đến kinh tế xã hội Quảng Bình

Xâm nhập mặn gây ra nhiều ảnh hưởng tiêu cực đến kinh tế - xã hội của Quảng Bình. Ô nhiễm nước mặn làm giảm năng suất nông nghiệp, ảnh hưởng đến đời sống của người dân và gây thiệt hại cho các ngành kinh tế khác. Việc đảm bảo nguồn nước ngọt cho sinh hoạt và sản xuất là rất quan trọng để phát triển kinh tế - xã hội bền vững của tỉnh.

III. Phương Pháp Dự Báo Xâm Nhập Mặn Nước Dưới Đất Hồ Bàu Tró

Nghiên cứu sử dụng mô hình hóa xâm nhập mặn để dự báo xâm nhập mặn tại khu vực hồ Bàu Tró. Phương pháp này cho phép mô phỏng quá trình lan truyền mặn trong nước dưới đất và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau như nước biển dâng, khai thác nước ngầm và biến đổi khí hậu. Mô hình được xây dựng dựa trên các phương trình toán học mô tả chuyển động của nước dưới đất và quá trình lan truyền mặn. Các thông số địa chất thủy văn và điều kiện biên được thu thập từ các tài liệu và khảo sát thực địa. Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để giải các phương trình mô hình.

3.1. Ứng dụng phương trình mô tả chuyển động nước dưới đất

Phương trình mô tả chuyển động nước dưới đất là nền tảng của mô hình hóa xâm nhập mặn. Phương trình này mô tả mối quan hệ giữa lưu lượng nước ngầm, độ dốc thủy lực và tính thấm của đất đá. Việc giải phương trình này cho phép xác định hướng và tốc độ dòng chảy nước ngầm, từ đó dự đoán quá trình lan truyền mặn.

3.2. Sử dụng phương trình mô tả lan truyền mặn trong nước dưới đất

Phương trình mô tả lan truyền mặn trong nước dưới đất mô tả quá trình nước mặn di chuyển và hòa trộn với nước ngọt. Phương trình này bao gồm các yếu tố như khuếch tán, đối lưu và hấp phụ. Việc giải phương trình này cho phép xác định nồng độ muối tại các vị trí khác nhau trong tầng chứa nước theo thời gian.

3.3. Ưu điểm của phương pháp phần tử hữu hạn trong mô hình hóa

Phương pháp phần tử hữu hạn là một công cụ mạnh mẽ để giải các phương trình mô tả chuyển động nước dưới đất và lan truyền mặn. Phương pháp này cho phép chia miền nghiên cứu thành các phần tử nhỏ và giải các phương trình trên từng phần tử. Ưu điểm của phương pháp này là có thể xử lý các miền phức tạp và các điều kiện biên khác nhau.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Đánh Giá Xâm Nhập Mặn Khu Vực Hồ Bàu Tró

Nghiên cứu đã xây dựng mô hình xâm nhập mặn cho khu vực hồ Bàu Tró và tiến hành đánh giá xâm nhập mặn theo các kịch bản nước biển dâng khác nhau. Kết quả cho thấy, nước biển dâng có tác động đáng kể đến xâm nhập mặn tại khu vực nghiên cứu. Nồng độ muối trong nước dưới đất tăng lên khi nước biển dâng cao hơn. Các khu vực gần biển và hồ Bàu Tró chịu ảnh hưởng nặng nề nhất. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc khai thác nước ngầm quá mức làm gia tăng nguy cơ xâm nhập mặn.

4.1. Mức độ xâm nhập mặn theo các kịch bản nước biển dâng

Kết quả mô hình hóa cho thấy, khi nước biển dâng 50cm, nồng độ muối trong nước dưới đất tại một số khu vực ven biển vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Khi nước biển dâng 75cm và 100cm, tình trạng xâm nhập mặn trở nên nghiêm trọng hơn, ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt và sản xuất của người dân.

4.2. Phân tích bản đồ xâm nhập mặn nước dưới đất khu vực

Bản đồ xâm nhập mặn được xây dựng dựa trên kết quả mô hình hóa cho thấy rõ phạm vi và mức độ xâm nhập mặn tại khu vực hồ Bàu Tró. Bản đồ này là công cụ hữu ích cho việc quản lý tài nguyên nước và đưa ra các biện pháp ứng phó với xâm nhập mặn.

4.3. So sánh kết quả mô hình với dữ liệu quan trắc thực tế

Kết quả mô hình hóa được so sánh với dữ liệu quan trắc xâm nhập mặn thực tế để kiểm chứng độ tin cậy của mô hình. Sự phù hợp giữa kết quả mô hình và dữ liệu quan trắc cho thấy mô hình có thể được sử dụng để dự báo xâm nhập mặn trong tương lai.

V. Giải Pháp Giảm Thiểu Xâm Nhập Mặn Nước Dưới Đất Quảng Bình

Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp để giảm thiểu xâm nhập mặn tại khu vực hồ Bàu Tró, Quảng Bình. Các giải pháp bao gồm cả giải pháp công trình và phi công trình. Giải pháp công trình tập trung vào việc xây dựng các công trình ngăn mặn, trữ nước ngọt và cải tạo hệ thống thoát nước. Giải pháp phi công trình tập trung vào việc quản lý khai thác nước ngầm bền vững, nâng cao nhận thức cộng đồng về xâm nhập mặn và xây dựng các chính sách quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

5.1. Các giải pháp công trình ngăn chặn xâm nhập mặn hiệu quả

Các giải pháp công trình bao gồm xây dựng đê, kè ngăn mặn, hồ chứa nước ngọt và hệ thống bơm nước ngọt vào tầng chứa nước để tạo áp lực đẩy nước mặn ra xa. Việc lựa chọn giải pháp phù hợp cần dựa trên điều kiện địa hình, địa chất và kinh tế của khu vực.

5.2. Quản lý khai thác nước ngầm bền vững và hiệu quả

Việc quản lý khai thác nước ngầm bền vững là rất quan trọng để ngăn ngừa xâm nhập mặn. Các biện pháp bao gồm kiểm soát số lượng và vị trí các giếng khai thác, áp dụng các biện pháp tiết kiệm nước và khuyến khích sử dụng các nguồn nước thay thế.

5.3. Nâng cao nhận thức cộng đồng về xâm nhập mặn và bảo vệ nguồn nước

Nâng cao nhận thức cộng đồng về xâm nhập mặn và bảo vệ nguồn nước là yếu tố then chốt để thực hiện các giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn hiệu quả. Các hoạt động tuyên truyền, giáo dục và đào tạo cần được triển khai rộng rãi để nâng cao ý thức của người dân về tầm quan trọng của việc bảo vệ nguồn nước.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Xâm Nhập Mặn

Nghiên cứu đã cung cấp một cái nhìn tổng quan về tình hình xâm nhập mặn tại khu vực hồ Bàu Tró, Quảng Bình và đề xuất các giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để xây dựng các chính sách quản lý tài nguyên nước hiệu quả và bảo vệ nguồn nước cho cộng đồng địa phương. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc mô hình hóa chi tiết hơn quá trình xâm nhập mặn và đánh giá hiệu quả của các giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn.

6.1. Tóm tắt các kết quả chính của nghiên cứu xâm nhập mặn

Nghiên cứu đã xác định được mức độ xâm nhập mặn tại khu vực hồ Bàu Tró theo các kịch bản nước biển dâng khác nhau. Mô hình hóa cho thấy nước biển dâng và khai thác nước ngầm quá mức là những yếu tố chính gây ra xâm nhập mặn. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp công trình và phi công trình để giảm thiểu xâm nhập mặn.

6.2. Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo về xâm nhập mặn

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc mô hình hóa chi tiết hơn quá trình xâm nhập mặn, đánh giá hiệu quả của các giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn và nghiên cứu các tác động của xâm nhập mặn đến sinh thái hồ Bàu Tró.

6.3. Ý nghĩa của nghiên cứu đối với quản lý tài nguyên nước Quảng Bình

Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng các chính sách quản lý tài nguyên nước hiệu quả tại Quảng Bình. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để đưa ra các quyết định về khai thác nước ngầm, xây dựng các công trình ngăn mặn và bảo vệ nguồn nước cho cộng đồng địa phương.

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu đường bờ biển dài trên 3.260 km, phần lớn nằm ven các đồng bằng, tạo điều kiện thuận lợi nhưng cũng đặt ra thách thức lớn trong việc phát triển nông nghiệp nước ngọt và cung cấp nước sinh hoạt do hiện tượng xâm nhập mặn nước dưới đất (NDĐ). Tại khu vực ven biển, đặc biệt là vùng hồ Bàu Tró, thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình, hiện tượng xâm nhập mặn ngày càng gia tăng do tác động của nước biển dâng (NBD) và biến đổi khí hậu (BĐKH). Hồ Bàu Tró là hồ ven biển lớn nhất tỉnh Quảng Bình, có diện tích khoảng 24 ha và dung tích 3,6 triệu m³, đóng vai trò nguồn cấp nước ngọt chính cho thành phố Đồng Hới. Tuy nhiên, từ năm 2003, hồ chỉ được khai thác cầm chừng với công suất 3.000 m³/ngày đêm, phục vụ khoảng 20% dân cư, do nguy cơ xâm nhập mặn tăng cao.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá, dự báo mức độ xâm nhập mặn NDĐ khu vực hồ Bàu Tró dưới các kịch bản nước biển dâng khác nhau, đồng thời đề xuất các giải pháp kiểm soát và ngăn ngừa xâm nhập mặn hiệu quả. Phạm vi nghiên cứu bao gồm môi trường nước dưới đất và nước hồ Bàu Tró, với dữ liệu thu thập từ các trạm khí tượng thủy văn và khảo sát thực địa tại thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ nguồn nước ngọt, đảm bảo phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho khu vực ven biển, đồng thời góp phần ứng phó với biến đổi khí hậu và nước biển dâng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình địa chất thủy văn, bao gồm:

• Phương trình bảo toàn khối lượng nước dưới đất: Mô tả sự thay đổi lưu lượng nước dưới đất trong tầng chứa nước, dựa trên định luật Đăcxi và các điều kiện biên khác nhau (Dirichlet, Neumann, Cauchy).
• Phương trình chuyển động nước dưới đất: Bao gồm mô hình chuyển động nước trong tầng chứa nước có áp và không áp, với các tham số như hệ số thấm (K), chiều dày tầng chứa nước (b), hệ số nhả nước đàn hồi (S*), và vận tốc dòng chảy.
• Phương trình lan truyền mặn trong nước dưới đất: Mô tả quá trình dịch chuyển và phân tán thủy động lực của muối trong nước dưới đất, với các hệ số phân tán theo hướng x, y (Dx, Dy), vận tốc dòng chảy thực (υx, υy), và hệ số chậm trễ (R).
• Mô hình phần tử hữu hạn (FEM): Phương pháp số được sử dụng để mô phỏng chuyển động nước dưới đất và lan truyền mặn, cho phép mô hình hóa không gian phức tạp với lưới phần tử đa dạng kích thước và hình dạng, đảm bảo độ chính xác cao.

Các khái niệm chính bao gồm: xâm nhập mặn NDĐ, nước biển dâng (NBD), hệ số thấm, độ phân tán thủy động lực, điều kiện biên mô hình, và mô hình phần tử hữu hạn.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các trạm khí tượng thủy văn tỉnh Quảng Bình, bao gồm trạm Đồng Hới, Ba Đồn, Tuyên Hóa, cùng với các trạm thủy văn trên các sông chính như sông Gianh và sông Nhật Lệ. Dữ liệu khí hậu, mực nước biển, mực nước hồ Bàu Tró, và chất lượng nước được sử dụng để xây dựng và hiệu chỉnh mô hình.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích thống kê các biến động mực nước, lượng mưa, bốc hơi và nồng độ muối.
• Mô hình phần tử hữu hạn để mô phỏng chuyển động nước dưới đất và lan truyền mặn, với kích thước lưới phần tử 10m x 10m, bước thời gian 2 giờ, đảm bảo chỉ số Peclet và Courant phù hợp.
• Hiệu chỉnh mô hình dựa trên dữ liệu thực tế từ năm 2002-2003, khi mực nước hồ Bàu Tró thấp hơn mực nước biển và xảy ra xâm nhập mặn.
• Phân tích các kịch bản nước biển dâng: thấp (50 cm), trung bình (75 cm), và cao (100 cm) để dự báo mức độ xâm nhập mặn trong tương lai.
• Sử dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để quản lý dữ liệu không gian và hỗ trợ phân tích kết quả mô hình.
• Phương pháp chuyên gia để đánh giá và đề xuất giải pháp kiểm soát xâm nhập mặn.

Thời gian nghiên cứu tập trung vào giai đoạn từ năm 1989 đến 2016, với trọng tâm phân tích dữ liệu mực nước và chất lượng nước trong các năm có hiện tượng xâm nhập mặn rõ rệt.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mực nước hồ Bàu Tró và xâm nhập mặn NDĐ: Năm 2003, tổng lượng mưa từ tháng 1 đến tháng 8 chỉ đạt 36% so với trung bình nhiều năm, trong khi lượng bốc hơi tăng cao, dẫn đến mực nước hồ thấp hơn mực nước biển (-0,57 m vào cuối tháng 9/2003). Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho xâm nhập mặn nước dưới đất vào hồ, làm giảm chất lượng nước ngọt. Từ năm 2003 đến nay, hồ chỉ được khai thác với công suất khoảng 3.000 m³/ngày đêm, bằng khoảng 33% công suất thiết kế.

2. Dự báo xâm nhập mặn theo các kịch bản nước biển dâng: Mô hình phần tử hữu hạn cho thấy với kịch bản nước biển dâng 50 cm, nồng độ muối NDĐ tại khu vực ven hồ tăng lên khoảng 0,5 g/l; với kịch bản 75 cm và 100 cm, nồng độ muối có thể tăng lên lần lượt 0,8 g/l và 1,2 g/l, xâm nhập sâu vào tầng chứa nước Holocen. Tốc độ xâm nhập mặn có thể đạt 0,6 m/ngày trong điều kiện mực nước hồ thấp và nước biển dâng cao.

3. Ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng thủy văn: Lượng mưa trung bình năm tại Đồng Hới giai đoạn 1960-2002 là khoảng 1.200 mm/năm, tập trung chủ yếu vào các tháng 8-11 (chiếm 60% tổng lượng mưa). Mùa khô kéo dài 8-9 tháng với lượng dòng chảy thấp, tạo điều kiện cho xâm nhập mặn gia tăng. Biên độ dao động mực nước triều tại cửa sông Nhật Lệ trung bình 0,7-0,8 m, ảnh hưởng trực tiếp đến mực nước dưới đất ven biển.

4. Chất lượng nước dưới đất và mặt hồ: Nước dưới đất khu vực Đồng Hới có độ mặn thấp, độ tổng khoáng hóa trung bình 0,15 g/l, đạt quy chuẩn QCVN 09:2008/BTNMT. Tuy nhiên, trong các năm có hiện tượng xâm nhập mặn, nồng độ clorua và các ion khác tăng lên đáng kể, ảnh hưởng đến khả năng sử dụng nước sinh hoạt và sản xuất.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng xâm nhập mặn NDĐ tại hồ Bàu Tró là sự kết hợp giữa nước biển dâng do biến đổi khí hậu, lượng mưa giảm và khai thác nước dưới đất quá mức. So với các nghiên cứu trên thế giới, như tại Australia và Hawaii, hiện tượng xâm nhập mặn cũng liên quan mật thiết đến sự cân bằng thủy lực giữa nước ngọt và nước mặn trong tầng chứa nước ven biển.

Kết quả mô hình cho thấy sự nhạy cảm cao của hệ thống nước dưới đất với các kịch bản nước biển dâng, đặc biệt khi mực nước hồ thấp hơn mực nước biển. Biểu đồ biến đổi nồng độ muối theo thời gian và không gian có thể minh họa rõ ràng xu hướng xâm nhập mặn, giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định kịp thời.

So với các nghiên cứu trong nước, công trình này cung cấp mô hình số chi tiết và hiệu chỉnh dựa trên dữ liệu thực tế, góp phần nâng cao độ tin cậy trong dự báo và quản lý tài nguyên nước ven biển Quảng Bình.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Kiểm soát công suất khai thác nước hồ Bàu Tró: Giảm công suất khai thác xuống không quá 3.000 m³/ngày đêm trong mùa khô, đặc biệt khi mực nước hồ thấp hơn mực nước biển, nhằm hạn chế hình thành phễu hạ thấp mực nước và ngăn ngừa xâm nhập mặn. Thời gian thực hiện: ngay lập tức; chủ thể: Nhà máy cấp nước Đồng Hới, Sở Tài nguyên và Môi trường.

2. Xây dựng hệ thống giám sát mực nước và chất lượng nước liên tục: Lắp đặt các trạm quan trắc tự động tại hồ Bàu Tró và khu vực tầng chứa nước Holocen để theo dõi biến động mực nước và nồng độ muối, phục vụ hiệu chỉnh mô hình và cảnh báo sớm. Thời gian: trong vòng 1 năm; chủ thể: Trung tâm Quan trắc và Kỹ thuật môi trường Quảng Bình.

3. Áp dụng các giải pháp công trình chống xâm nhập mặn: Xây dựng đê ngầm hoặc rào chắn ngăn mặn ven biển, kết hợp với hệ thống bơm nước ngọt bổ cập nhân tạo vào tầng chứa nước khi cần thiết. Thời gian: 3-5 năm; chủ thể: UBND tỉnh Quảng Bình, các đơn vị xây dựng.

4. Quản lý tổng hợp tài nguyên nước ven biển: Phối hợp giữa các ngành liên quan để xây dựng quy hoạch khai thác nước dưới đất và nước mặt, ưu tiên sử dụng nguồn nước hồ Phú Vinh trong mùa khô, giảm áp lực lên hồ Bàu Tró. Thời gian: 2 năm; chủ thể: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường.

5. Nâng cao nhận thức cộng đồng và đào tạo chuyên môn: Tổ chức các chương trình tuyên truyền về bảo vệ nguồn nước, đào tạo cán bộ kỹ thuật về quản lý xâm nhập mặn và ứng phó biến đổi khí hậu. Thời gian: liên tục; chủ thể: các cơ quan quản lý địa phương, trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý tài nguyên nước và môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường, Trung tâm Quan trắc môi trường tỉnh Quảng Bình có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách quản lý và giám sát tài nguyên nước ven biển hiệu quả.

2. Các nhà khoa học và nghiên cứu địa chất thủy văn: Nghiên cứu cung cấp mô hình số và phương pháp phân tích chi tiết, hỗ trợ các công trình nghiên cứu tiếp theo về xâm nhập mặn và biến đổi khí hậu tại các vùng ven biển khác.

3. Doanh nghiệp cấp nước và các nhà đầu tư hạ tầng: Thông tin về khả năng khai thác, dự báo xâm nhập mặn giúp hoạch định kế hoạch đầu tư, vận hành hệ thống cấp nước bền vững, giảm thiểu rủi ro do nhiễm mặn.

4. Cộng đồng dân cư ven biển và các tổ chức phi chính phủ: Nâng cao nhận thức về tác động của biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn, từ đó tham gia tích cực vào các hoạt động bảo vệ nguồn nước và môi trường sống.

Câu hỏi thường gặp

1. Xâm nhập mặn nước dưới đất là gì và tại sao nó quan trọng?
   Xâm nhập mặn NDĐ là quá trình nước biển mặn thâm nhập vào tầng chứa nước ngọt ven biển, làm giảm chất lượng nước và ảnh hưởng đến sinh hoạt, sản xuất. Tại Quảng Bình, hiện tượng này đe dọa nguồn nước sinh hoạt của thành phố Đồng Hới, đặc biệt dưới tác động của nước biển dâng.

2. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến xâm nhập mặn tại hồ Bàu Tró?
   Bao gồm nước biển dâng do biến đổi khí hậu, lượng mưa giảm, bốc hơi tăng, khai thác nước dưới đất quá mức và đặc điểm địa chất thủy văn của tầng chứa nước Holocen. Ví dụ, năm 2003 lượng mưa chỉ đạt 36% trung bình nhiều năm, làm mực nước hồ thấp hơn mực nước biển, tạo điều kiện xâm nhập mặn.

3. Mô hình phần tử hữu hạn được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   Mô hình phần tử hữu hạn mô phỏng chuyển động nước dưới đất và lan truyền mặn trong không gian 2 chiều, với lưới phần tử kích thước 10m x 10m và bước thời gian 2 giờ, giúp dự báo chính xác mức độ xâm nhập mặn dưới các kịch bản nước biển dâng khác nhau.

4. Giải pháp nào được đề xuất để hạn chế xâm nhập mặn?
   Kiểm soát công suất khai thác nước hồ Bàu Tró, xây dựng hệ thống giám sát liên tục, áp dụng các công trình chống xâm nhập mặn như đê ngầm, quản lý tổng hợp tài nguyên nước và nâng cao nhận thức cộng đồng.

5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các khu vực ven biển khác không?
   Có, phương pháp mô hình và phân tích có thể được điều chỉnh để áp dụng cho các vùng ven biển khác có điều kiện địa chất thủy văn tương tự, giúp quản lý và dự báo xâm nhập mặn hiệu quả trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xây dựng và hiệu chỉnh thành công mô hình phần tử hữu hạn mô phỏng chuyển động nước dưới đất và xâm nhập mặn tại khu vực hồ Bàu Tró, Quảng Bình.
• Kịch bản nước biển dâng từ 50 cm đến 100 cm dự báo mức độ xâm nhập mặn gia tăng đáng kể, đe dọa nguồn nước ngọt ven biển.
• Các yếu tố khí tượng thủy văn như lượng mưa, bốc hơi và mực nước biển đóng vai trò quan trọng trong biến động mực nước hồ và xâm nhập mặn NDĐ.
• Đề xuất các giải pháp kiểm soát khai thác, giám sát liên tục và công trình chống xâm nhập mặn nhằm bảo vệ nguồn nước sinh hoạt và phát triển bền vững khu vực ven biển.
• Tiếp tục nghiên cứu mở rộng mô hình, cập nhật dữ liệu và triển khai các giải pháp thực tiễn là bước đi cần thiết trong 5 năm tới để ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu và nước biển dâng.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ nguồn nước ngọt ven biển – liên hệ các cơ quan quản lý và chuyên gia để tham gia vào các chương trình bảo vệ tài nguyên nước!