Tổng quan nghiên cứu

Nước dưới đất là nguồn tài nguyên quan trọng tại tỉnh Cà Mau, cung cấp cho các hoạt động dân sinh, công nghiệp, nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản. Theo ước tính, tỉnh có khoảng 128.211 giếng khoan khai thác nước dưới đất ở tầng chứa nước Pleistocen trung-thượng (qp2-3), chiếm 71,08% tổng số giếng khoan khai thác nước dưới đất trên địa bàn. Lưu lượng khai thác ước tính khoảng 265.371 m³/ngày đêm, đáp ứng 94,59% nhu cầu sử dụng nước. Tuy nhiên, hiện trạng khai thác quá mức đã gây hạ thấp mực nước, dẫn đến xâm nhập mặn và suy giảm chất lượng nước dưới đất. Từ năm 2000 đến 2010, mực nước dưới đất tại Cà Mau giảm từ 0 đến 14 m, có nơi hạ đến -28 m so với mực nước biển, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng khai thác bền vững nguồn nước.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm xác định phân bố hàm lượng tổng độ khoáng hóa (TDS) trong nước dưới đất tầng qp2-3 trên địa bàn tỉnh Cà Mau, xây dựng bản đồ phân bố mặn-nhạt, đánh giá hiện trạng nhiễm mặn và đề xuất giải pháp khai thác hợp lý. Phạm vi nghiên cứu tập trung trên toàn bộ diện tích tỉnh Cà Mau với 8 huyện và 1 thành phố, trong giai đoạn khảo sát thực địa năm 2017. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc quản lý tài nguyên nước dưới đất, bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế xã hội bền vững tại vùng ven biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết về thủy văn nước dưới đất, cơ chế lan truyền mặn và thang phân chia TDS của nước dưới đất. Nước dưới đất tồn tại trong các tầng chứa nước có áp và không áp, với khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất đá xốp. Cơ chế lan truyền mặn được mô phỏng bằng phương trình vi phân mô phỏng quá trình dịch chuyển vật chất trong môi trường nước dưới đất, bao gồm các quá trình cuốn, phân tán và khuếch tán. Thang phân chia TDS được sử dụng để phân loại nước dưới đất thành nước siêu nhạt, nhạt, lợ và mặn theo tiêu chuẩn quốc gia.

Các khái niệm chính gồm: tầng chứa nước Pleistocen trung-thượng (qp2-3), tổng độ khoáng hóa (TDS), xâm nhập mặn (XNM), phương pháp nội suy Kriging, và mối tương quan hồi quy giữa TDS và độ dẫn điện (EC).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu bao gồm 233 mẫu nước dưới đất lấy từ các giếng khoan tầng qp2-3 trên địa bàn tỉnh Cà Mau trong năm 2017, kết hợp với số liệu điều tra khai thác nước, bản đồ địa chất thủy văn và các báo cáo nghiên cứu trước đây. Phương pháp phân tích gồm:

  • Lấy mẫu nước theo tiêu chuẩn TCVN 6663, đo độ dẫn điện trực tiếp ngoài thực địa và phân tích TDS bằng phương pháp chưng cất-sấy khô tại phòng thí nghiệm.
  • Khảo sát thực địa, phỏng vấn 320 hộ dân sử dụng nước giếng khoan để thu thập thông tin khai thác và chất lượng nước.
  • Xây dựng bản đồ phân bố mặn-nhạt dựa trên dữ liệu TDS bằng phương pháp nội suy Kriging với phần mềm ArcGIS 10.3.
  • Phân tích mối tương quan hồi quy giữa TDS và EC để kiểm định độ chính xác kết quả phân tích.
  • Thời gian nghiên cứu thực địa từ 27/03/2017 đến 26/04/2017, khảo sát trên toàn bộ 8 huyện và thành phố Cà Mau.

Cỡ mẫu 233 mẫu nước được chọn theo phương pháp chọn mẫu có chủ đích, đảm bảo phân bố đều trên diện tích nghiên cứu, phù hợp với mục tiêu đánh giá phân bố mặn-nhạt. Phương pháp Kriging được lựa chọn do có sai số nội suy thấp và tính khách quan cao trong mô hình hóa không gian.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng khai thác nước dưới đất tầng qp2-3: Tỉnh Cà Mau có 128.211 giếng khoan khai thác nước dưới đất tầng qp2-3, với lưu lượng khai thác ước tính khoảng 265.371 m³/ngày đêm, chiếm 71,08% tổng số giếng và 94,59% nhu cầu sử dụng nước. Huyện Trần Văn Thời có lưu lượng khai thác lớn nhất (49.735 m³/ngày đêm), huyện Năm Căn thấp nhất (13.414 m³/ngày đêm). Khoảng 2,5% giếng bị hư hỏng chưa được trám lấp, góp phần làm tăng nguy cơ ô nhiễm và xâm nhập mặn.

  2. Phân tích hàm lượng TDS: Trong 233 mẫu phân tích, có 68 mẫu (32,4%) có TDS > 1 g/l, tập trung chủ yếu ở huyện U Minh (54,7% mẫu), Trần Văn Thời (30%), và các huyện khác như Thới Bình, Cái Nước, Đầm Dơi, Phú Tân. Giá trị TDS dao động từ 0,25 g/l đến 4,91 g/l, vượt tiêu chuẩn quốc gia về nước ăn uống (QCVN 01:2009/BYT) ở nhiều khu vực. Hai huyện Năm Căn và Ngọc Hiển có 100% mẫu nước bị nhiễm mặn với TDS > 1 g/l.

  3. Mối tương quan giữa TDS và EC: Phân tích hồi quy giữa TDS và độ dẫn điện EC cho thấy hệ số tương quan cao (R² = 0,975), sai số chuẩn khoảng 15,8%, cho thấy EC có thể dùng để ước lượng nhanh TDS ngoài thực địa với độ chính xác cao.

  4. Bản đồ phân bố mặn-nhạt: Bản đồ nội suy Kriging cho thấy diện tích vùng nước mặn chiếm khoảng 2.521 km², tương đương 47,28% diện tích nghiên cứu. Vùng nước mặn tập trung ở huyện Năm Căn, Ngọc Hiển (100% diện tích), phía Bắc huyện U Minh, Thới Bình, phía Tây Nam huyện Phú Tân, Đầm Dơi, một phần huyện Trần Văn Thời và thành phố Cà Mau. Sai số nội suy thấp nhất ở các vùng có mật độ mẫu cao như thành phố Cà Mau, Trần Văn Thời, U Minh, Thới Bình.

Thảo luận kết quả

Hiện trạng khai thác nước dưới đất quá mức tại tầng qp2-3 đã làm giảm mực nước ngầm trung bình khoảng 0,8 m/năm, tạo điều kiện thuận lợi cho xâm nhập mặn lan rộng. Tình trạng giếng khoan hư hỏng chưa được xử lý làm tăng nguy cơ ô nhiễm và xâm nhập mặn qua các cửa sổ địa chất. Phân bố mặn-nhạt không đồng đều, tập trung ở các vùng ven biển và khu vực có mật độ khai thác cao, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của khai thác quá mức và thủy triều biển Đông, biển Tây.

Mối tương quan chặt chẽ giữa TDS và EC cho phép sử dụng phương pháp đo EC nhanh ngoài thực địa để đánh giá chất lượng nước, tiết kiệm chi phí và thời gian. Bản đồ phân bố mặn-nhạt cung cấp cơ sở khoa học để quản lý tài nguyên nước dưới đất, xác định vùng nguy cơ cao cần hạn chế khai thác.

So với các nghiên cứu quốc tế về xâm nhập mặn tại vùng ven biển như ở Mỹ, Hà Lan, Hàn Quốc, kết quả nghiên cứu tại Cà Mau cũng cho thấy khai thác quá mức là nguyên nhân chính gây xâm nhập mặn, đồng thời nhấn mạnh vai trò của việc quản lý khai thác và bảo vệ giếng khoan.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố TDS theo huyện, bản đồ phân bố mặn-nhạt, biểu đồ hồi quy TDS-EC và biểu đồ lưu lượng khai thác theo huyện để minh họa rõ ràng các phát hiện.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Điều chỉnh lưu lượng khai thác nước dưới đất: Giảm lưu lượng khai thác tại các huyện có mức khai thác cao như Trần Văn Thời, Thới Bình, Đầm Dơi xuống dưới mức bổ cập tự nhiên để hạn chế hạ thấp mực nước và xâm nhập mặn. Thời gian thực hiện: 1-3 năm. Chủ thể: Sở Tài nguyên và Môi trường, chính quyền địa phương.

  2. Trám lấp và xử lý giếng khoan hư hỏng: Tiến hành rà soát, trám lấp các giếng khoan hư hỏng, đặc biệt là các giếng gần vùng mặn để ngăn chặn nguồn gây ô nhiễm và xâm nhập mặn. Thời gian: 1 năm. Chủ thể: Sở Tài nguyên và Môi trường, các đơn vị khai thác nước.

  3. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chương trình tuyên truyền về tác hại của khai thác quá mức và ô nhiễm nguồn nước, khuyến khích sử dụng tiết kiệm nước và nguồn nước mặt, nước mưa. Thời gian: liên tục. Chủ thể: UBND các xã, huyện, các tổ chức xã hội.

  4. Xây dựng mạng lưới quan trắc nước dưới đất: Mở rộng và hoàn thiện mạng lưới quan trắc giếng khoan, đặc biệt tại các vùng có nguy cơ nhiễm mặn cao để theo dõi biến động chất lượng và mực nước. Thời gian: 2 năm. Chủ thể: Viện Địa chất, Sở Tài nguyên và Môi trường.

  5. Nghiên cứu và phát triển mô hình dự báo xâm nhập mặn: Áp dụng mô hình thủy văn và mô hình lan truyền mặn để dự báo các kịch bản xâm nhập mặn trong tương lai, làm cơ sở xây dựng chính sách khai thác bền vững. Thời gian: 3 năm. Chủ thể: Viện nghiên cứu, trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý tài nguyên nước: Sở Tài nguyên và Môi trường, các phòng ban liên quan có thể sử dụng kết quả để xây dựng chính sách quản lý khai thác nước dưới đất, bảo vệ nguồn nước và phòng chống xâm nhập mặn.

  2. Các nhà nghiên cứu, học viên, sinh viên ngành môi trường, địa chất thủy văn: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và dữ liệu thực tế quý giá phục vụ nghiên cứu chuyên sâu về nước dưới đất và ô nhiễm mặn.

  3. Doanh nghiệp khai thác nước và các đơn vị cấp nước: Tham khảo để điều chỉnh quy trình khai thác, bảo trì giếng khoan, đảm bảo chất lượng nước cung cấp và phát triển bền vững.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội tại Cà Mau: Nắm bắt thông tin về hiện trạng chất lượng nước, tác động của khai thác quá mức, từ đó nâng cao ý thức bảo vệ nguồn nước và sử dụng hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao nước dưới đất tầng qp2-3 lại quan trọng tại Cà Mau?
    Nước dưới đất tầng qp2-3 là nguồn cung cấp chính cho sinh hoạt và sản xuất, chiếm hơn 70% tổng số giếng khoan khai thác nước dưới đất tại tỉnh, đặc biệt trong bối cảnh nguồn nước mặt bị ô nhiễm và nhiễm mặn.

  2. Hiện trạng nhiễm mặn nước dưới đất tại Cà Mau như thế nào?
    Khoảng 47,28% diện tích nghiên cứu bị nhiễm mặn với TDS > 1 g/l, tập trung chủ yếu ở các huyện ven biển như Năm Căn, Ngọc Hiển, U Minh, Thới Bình, Trần Văn Thời.

  3. Phương pháp nào được sử dụng để xác định phân bố mặn-nhạt?
    Phương pháp nội suy Kriging dựa trên dữ liệu TDS lấy từ 233 mẫu nước dưới đất, kết hợp với phân tích hồi quy giữa TDS và độ dẫn điện EC để kiểm định độ chính xác.

  4. Nguyên nhân chính gây xâm nhập mặn là gì?
    Khai thác nước dưới đất quá mức làm hạ thấp mực nước ngầm, tạo điều kiện cho nước mặn xâm nhập sâu vào đất liền. Ngoài ra, giếng khoan hư hỏng chưa được trám lấp cũng góp phần làm tăng nguy cơ ô nhiễm.

  5. Giải pháp nào hiệu quả để hạn chế xâm nhập mặn?
    Điều chỉnh lưu lượng khai thác phù hợp với khả năng bổ cập, trám lấp giếng hư hỏng, tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng, mở rộng mạng lưới quan trắc và nghiên cứu mô hình dự báo xâm nhập mặn.

Kết luận

  • Nước dưới đất tầng qp2-3 là nguồn cung cấp chính cho sinh hoạt và sản xuất tại Cà Mau, chiếm hơn 70% tổng số giếng khoan khai thác.
  • Hiện trạng khai thác quá mức và giếng khoan hư hỏng chưa được xử lý là nguyên nhân chính gây xâm nhập mặn và suy giảm chất lượng nước.
  • Phân bố mặn-nhạt được xác định chi tiết với diện tích vùng nước mặn chiếm gần 50% diện tích nghiên cứu, tập trung ở các huyện ven biển.
  • Mối tương quan chặt chẽ giữa TDS và EC cho phép sử dụng đo EC nhanh ngoài thực địa để đánh giá chất lượng nước.
  • Cần triển khai các giải pháp quản lý khai thác hợp lý, trám lấp giếng hư hỏng, tuyên truyền cộng đồng và phát triển mạng lưới quan trắc để bảo vệ nguồn nước dưới đất bền vững.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và cộng đồng cần phối hợp thực hiện các giải pháp đề xuất nhằm bảo vệ và khai thác bền vững nguồn nước dưới đất tại tỉnh Cà Mau. Để biết thêm chi tiết và ứng dụng thực tiễn, quý độc giả và nhà nghiên cứu có thể tham khảo toàn văn luận văn này.