Nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp trữ nước trong quản lý tài nguyên và môi trường tại Trà Vinh

• Tác giả: Trần Thị Ngọc Dung
• Người hướng dẫn: TS. Hà Quang Khải
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TPHCM
• Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp trữ nước trong tầng chứa nước nhằm ứng phó với xâm nhập mặn, sụt lún mặt đất và hạn hán ở Trà Vinh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• MASTER’S THESIS SUMMARY
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa khoa học
• 1.7. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 2.1. Tình hình nghiên cứu về bổ cập nhân tạo
• 2.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 2.1.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
• 2.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
• 2.2.1. Điều kiện tự nhiên tỉnh Trà Vinh
• 2.2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội tỉnh Trà Vinh
• 2.2.3. Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Trà Vinh
• 2.2.4. Điều kiện khí tượng tỉnh Trà Vinh
• 2.2.5. Đặc điểm địa chất - địa chất thủy văn tỉnh Trà Vinh
• 3. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG NƯỚC
• 3.1. Hiện trạng sử dụng nước mặt
• 3.2. Hiện trạng sử dụng nước dưới đất
• 4. XÂM NHẬP MẶN VÀ Ô NHIỄM TÀI NGUYÊN NƯỚC Ở TRÀ VINH
• 4.1. Xâm nhập mặn và ô nhiễm tài nguyên nước ở tỉnh Trà Vinh
• 4.2. Nước dưới đất
• 5. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TRỮ NƯỚC TRONG TẦNG CHỨA NƯỚC Ở TRÀ VINH
• 5.1. Một số phương pháp bổ sung cập nhân tạo
• 5.2. Một số vấn đề của bổ sung nhân tạo. Sự cần thiết, ưu điểm và nhược điểm của bổ cập nhân tạo
• 5.3. Đề xuất giải pháp bổ cập nhân tạo
• 5.4. Đặc trưng của các phương pháp bổ cập nhân tạo
• 5.5. Chất lượng nguồn nước bổ cập trên địa bàn tỉnh Trà Vinh
• 5.6. Đề xuất giải pháp trữ nước
• 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam, với vị trí địa lý và khí hậu đặc thù, đang phải đối mặt với nhiều thách thức về tài nguyên nước, đặc biệt là xâm nhập mặn và hạn hán. Tỉnh Trà Vinh, nằm trong vùng Đồng bằng sông Cửu Long, là một trong những khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề nhất. Theo số liệu từ năm 2019-2020, khoảng 430.000 người dân tại Trà Vinh đã thiếu nước sinh hoạt do tác động của hạn mặn. Việc khai thác nước dưới đất quá mức dẫn đến nhiều hệ lụy như sụt lún mặt đất và ô nhiễm nguồn nước. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng phương pháp trữ nước trong tầng chứa nước trở nên cấp thiết nhằm đảm bảo an ninh nguồn nước cho tỉnh.

II. Đặc điểm nguồn nước ở Trà Vinh

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tỉnh Trà Vinh có ba nguồn nước chính: nước mặt, nước mưa và nước dưới đất. Nước mặt chủ yếu đến từ sông Hậu và sông Cổ Chiên, nhưng nguồn này đang dần bị cạn kiệt trong mùa khô. Nước dưới đất là nguồn cung cấp chính cho nông nghiệp, nhưng việc khai thác quá mức đã làm suy giảm nghiêm trọng mực nước ngầm. Việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả là cần thiết để đảm bảo nguồn nước cho sản xuất và sinh hoạt. Theo Trần Văn Tỷ và cộng sự (2017), 66,86% lượng nước dưới đất được sử dụng cho nông nghiệp, cho thấy tầm quan trọng của nguồn nước này đối với sự phát triển kinh tế của tỉnh.

III. Đánh giá tình trạng xâm nhập mặn và ô nhiễm

Tình trạng xâm nhập mặn tại Trà Vinh đang diễn ra nghiêm trọng, đặc biệt là ở các huyện ven biển. Nước dưới đất bị ô nhiễm do khai thác quá mức, dẫn đến sự gia tăng nồng độ muối trong nước. Theo nghiên cứu, việc đánh giá tác động của xâm nhập mặn là cần thiết để đưa ra các biện pháp ứng phó. Các biện pháp như bổ cập nhân tạo cần được xem xét để phục hồi mực nước ngầm và giảm thiểu tình trạng xâm nhập mặn. Việc áp dụng các công nghệ mới trong quản lý tài nguyên nước sẽ góp phần cải thiện chất lượng nước và đảm bảo an ninh nguồn nước cho tỉnh.

IV. Phương pháp trữ nước và ứng phó

Luận văn đã đề xuất hai phương pháp trữ nước hiệu quả cho Trà Vinh. Thứ nhất, tăng cường khả năng thẩm thấu tự nhiên ở các vùng dồng cát để lưu trữ nước trong mùa khô. Thứ hai, áp dụng kỹ thuật ép nước để đưa nước ngọt từ nước mưa và nước mặt vào tầng chứa nước. Việc này không chỉ giúp phục hồi mực nước mà còn giảm thiểu tình trạng sụt lún mặt đất. Theo các nghiên cứu quốc tế, việc áp dụng các biện pháp bổ cập nhân tạo đã cho thấy hiệu quả trong việc cải thiện chất lượng nước và tăng cường khả năng chống chịu với hạn hán.

V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ làm rõ các vấn đề về tài nguyên nước tại Trà Vinh mà còn cung cấp các giải pháp thực tiễn cho việc quản lý tài nguyên nước. Các kết quả từ nghiên cứu sẽ là cơ sở cho việc xây dựng các chính sách chính sách môi trường phù hợp, nhằm bảo vệ và phát triển bền vững nguồn nước. Hơn nữa, việc áp dụng các phương pháp trữ nước sẽ góp phần giảm thiểu tác động tiêu cực của hạn hán và xâm nhập mặn, từ đó nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân trong tỉnh.

Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Trà Vinh, thuộc Đồng bằng sông Cửu Long, đang đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng về tài nguyên nước như xâm nhập mặn, sụt lún mặt đất và hạn hán kéo dài. Đợt hạn mặn năm 2019-2020 đã khiến khoảng 11.200 hộ dân trên địa bàn tỉnh thiếu nước sinh hoạt trầm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và sản xuất nông nghiệp – ngành kinh tế chủ lực của địa phương. Nguồn nước dưới đất chiếm vai trò quan trọng trong cung cấp nước cho sinh hoạt và sản xuất, tuy nhiên việc khai thác quá mức đã làm mực nước ngầm giảm nghiêm trọng, dẫn đến sụt lún mặt đất và gia tăng xâm nhập mặn. Tổng lưu lượng tiềm năng của các tầng chứa nước trên địa bàn tỉnh ước tính khoảng 1 triệu m³/ngày, nhưng hiện nay chưa đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng ngày càng tăng.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá khả năng áp dụng các phương pháp trữ nước trong tầng chứa nước nhằm tăng cường khả năng chống chịu với các tác động của xâm nhập mặn, sụt lún mặt đất và hạn hán tại Trà Vinh. Nghiên cứu tập trung vào phân tích đặc điểm nguồn nước mặt, nước mưa và nước dưới đất, đánh giá nhu cầu sử dụng nước, đặc điểm các tầng chứa nước và rủi ro khi áp dụng bổ cập nhân tạo. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn tỉnh Trà Vinh với dữ liệu thu thập từ các năm gần đây, đặc biệt chú trọng các vùng ven biển chịu ảnh hưởng nặng nề của xâm nhập mặn.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc đề xuất các giải pháp bổ cập nhân tạo phù hợp, góp phần bảo vệ và phát triển bền vững nguồn tài nguyên nước dưới đất, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và kinh tế xã hội, đồng thời hỗ trợ công tác quản lý tài nguyên nước hiệu quả tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về bổ cập nhân tạo tầng chứa nước (Managed Aquifer Recharge - MAR), bao gồm:

• Lý thuyết về sự phân bố và vận động nước trong tầng chứa nước: Mô tả quá trình hòa trộn, phân tán và dòng chảy trong tầng chứa nước, ảnh hưởng đến khả năng lưu trữ và chất lượng nước khi bổ cập nhân tạo.
• Mô hình bổ cập nhân tạo có quản lý: Phân loại các phương pháp bổ cập như ASR (Aquifer Storage and Recovery), ASTR (Aquifer Storage Transfer and Recovery), giếng khô, bể thấm, thu gom nước mưa, lọc cồn cát, và xử lý tầng chứa nước trong đất (SAT).
• Khái niệm về chất lượng nước bổ cập và tác động địa hóa: Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước bổ cập như độ mặn, độ đục, chất dinh dưỡng, mầm bệnh và các phản ứng hóa học trong tầng chứa nước.

Các khái niệm chính bao gồm: tầng chứa nước Holocene, Pleistocene, Pliocene; xâm nhập mặn; sụt lún mặt đất; bổ cập nhân tạo; chất lượng nước; và quản lý tài nguyên nước.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp tài liệu và phân tích số liệu thực địa, gồm:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu về điều kiện tự nhiên, khí hậu, địa chất thủy văn, lưu lượng và chất lượng nước mặt, nước dưới đất, nước mưa trên địa bàn tỉnh Trà Vinh từ các báo cáo dự án, bài báo khoa học, số liệu của Sở Tài nguyên và Môi trường, và các đơn vị chuyên ngành.
• Phân tích địa hóa và thống kê: Đánh giá ô nhiễm và xâm nhập mặn qua các mẫu nước thu thập từ giai đoạn trước, phân tích các chỉ tiêu như độ mặn, pH, tổng khoáng hóa, các kim loại nặng và mầm bệnh.
• Đánh giá khả năng bổ cập nhân tạo: Tổng quan các phương pháp bổ cập nhân tạo trên thế giới và Việt Nam, so sánh ưu nhược điểm, kết hợp với đặc điểm tự nhiên, địa chất thủy văn và tài nguyên nước tại Trà Vinh để đề xuất giải pháp phù hợp.
• Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu dựa trên số liệu thu thập trong giai đoạn 2015-2020, với các mẫu nước và dữ liệu khí tượng thủy văn được phân tích chi tiết. Phân tích số liệu được thực hiện bằng các phần mềm thống kê và mô hình thủy văn chuyên dụng.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khoa học, khách quan và phù hợp với mục tiêu đề tài, đồng thời tạo cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp bổ cập nhân tạo hiệu quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Nguồn nước và nhu cầu sử dụng: Tổng lưu lượng tiềm năng nước dưới đất trên địa bàn tỉnh khoảng 1 triệu m³/ngày, trong đó nông nghiệp chiếm 66,86% nhu cầu sử dụng nước dưới đất, sinh hoạt chiếm 29,06%, công nghiệp 4,07%. Nhu cầu sử dụng nước mặt cho nông nghiệp lúa nước giai đoạn 2004-2006 đạt khoảng 11.675.820 m³/năm. Mực nước ngầm giảm trung bình 0,5-1,0 m/năm tại các khu vực khai thác cao như huyện Châu Thành.

2. Đặc điểm tầng chứa nước: Tỉnh có sáu tầng chứa nước chính, trong đó tầng Holocene (giồng cát) có khả năng thấm tốt, thích hợp cho bổ cập tự nhiên; tầng Pleistocene giữa - trên (qp2-3) và dưới (qp1) có áp lực yếu đến trung bình, mực nước dao động theo mùa và chịu ảnh hưởng thủy triều. Độ mặn trong tầng qp1 dao động từ 0,49 đến 8,28 g/l, với vùng nước mặn chiếm diện tích lớn ở phía Tây Bắc và Đông Bắc.

3. Ảnh hưởng của khai thác quá mức: Việc khai thác nước dưới đất quá mức đã làm mực nước ngầm giảm nghiêm trọng, tỷ lệ thuận với hiện tượng sụt lún mặt đất. Tại một số khu vực, mực nước ngầm giảm đến 2-3 m trong vòng 5 năm gần đây, gây ra sụt lún nền đất từ 1-2 cm/năm.

4. Khả năng áp dụng bổ cập nhân tạo: Hai phương án bổ cập nhân tạo được đề xuất cho Trà Vinh:

   • Tăng cường thấm tự nhiên tại các vùng giồng cát Holocene để lưu trữ nước mùa mưa, sử dụng nước trong mùa khô cho tưới tiêu.
   • Sử dụng kỹ thuật bơm ép nước nhạt (nước mưa, nước sông) vào các tầng chứa nước Pleistocene qp2-3 và qp1 để phục hồi mực nước ngầm.

Các phương pháp này dự kiến có thể phục hồi mực nước ngầm từ 0,5 đến 1,2 m/năm, giảm thiểu xâm nhập mặn và sụt lún mặt đất.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc bổ cập nhân tạo tầng chứa nước là giải pháp khả thi và cần thiết để ứng phó với các vấn đề tài nguyên nước tại Trà Vinh. Việc tăng cường thấm tự nhiên ở vùng giồng cát tận dụng đặc điểm địa chất có hệ số thấm cao, phù hợp với mô hình bổ cập không chủ ý đã được áp dụng thành công tại nhiều khu vực ven biển. Kỹ thuật bơm ép nước nhạt vào tầng chứa nước Pleistocene giúp phục hồi mực nước ngầm nhanh chóng, đồng thời giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm và tắc nghẽn giếng nếu được quản lý tốt.

So sánh với các nghiên cứu tại Đồng bằng sông Hồng và TP. Hồ Chí Minh, các phương pháp bổ cập nhân tạo tương tự đã chứng minh hiệu quả trong việc cải thiện trữ lượng nước ngầm và giảm thiểu ô nhiễm. Tuy nhiên, cần lưu ý đến các phản ứng địa hóa như oxy hóa pyrit, huy động kim loại nặng khi bơm nước mưa vào tầng chứa nước, điều này đòi hỏi quy trình tiền xử lý và giám sát chất lượng nước bổ cập nghiêm ngặt.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến động mực nước ngầm theo thời gian, bản đồ phân bố độ mặn và sụt lún mặt đất, cũng như bảng so sánh các phương pháp bổ cập nhân tạo về ưu nhược điểm và khả năng áp dụng tại Trà Vinh.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng hệ thống thu gom và bổ cập nước mưa tại vùng giồng cát Holocene: Thiết kế các bể thấm, hào rãnh và giếng đào để tăng cường thấm tự nhiên, dự kiến hoàn thành trong 2 năm, do Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với địa phương thực hiện.

2. Triển khai kỹ thuật bơm ép nước nhạt vào tầng chứa nước Pleistocene: Xây dựng các giếng bơm ép và hệ thống xử lý nước đầu vào, ưu tiên sử dụng nước mưa và nước sông đã qua xử lý, thực hiện trong 3 năm, do các đơn vị chuyên môn và doanh nghiệp hợp tác thực hiện.

3. Thiết lập hệ thống giám sát chất lượng nước và mực nước ngầm liên tục: Áp dụng công nghệ cảm biến và phân tích mẫu định kỳ để phát hiện sớm các hiện tượng ô nhiễm và tắc nghẽn giếng, đảm bảo hiệu quả bổ cập, do Sở Tài nguyên và Môi trường chủ trì.

4. Tuyên truyền, đào tạo nâng cao nhận thức cộng đồng và cán bộ quản lý: Tổ chức các khóa tập huấn về quản lý tài nguyên nước và bổ cập nhân tạo, nâng cao ý thức bảo vệ nguồn nước, thực hiện liên tục, do các cơ quan chức năng và trường đại học phối hợp.

Các giải pháp trên cần được thực hiện đồng bộ, có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cấp chính quyền, đơn vị chuyên môn và cộng đồng dân cư để đảm bảo hiệu quả lâu dài, góp phần bảo vệ an ninh nguồn nước và phát triển bền vững tỉnh Trà Vinh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý tài nguyên nước và môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Trà Vinh và các địa phương lân cận có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch và kế hoạch quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

2. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn về bổ cập nhân tạo tầng chứa nước, hỗ trợ nghiên cứu sâu hơn về giải pháp ứng phó với biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn.

3. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực cấp nước và xử lý nước: Tham khảo các phương pháp bổ cập nhân tạo và kỹ thuật bơm ép nước để phát triển các dự án cấp nước bền vững, giảm thiểu tác động môi trường.

4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ hoạt động trong lĩnh vực bảo vệ môi trường: Nâng cao nhận thức về tầm quan trọng của việc bảo vệ nguồn nước dưới đất, tham gia vào các hoạt động bảo vệ và sử dụng nước hợp lý.

Các nhóm đối tượng này có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để cải thiện quản lý, khai thác và bảo vệ nguồn nước, góp phần phát triển kinh tế xã hội bền vững tại Trà Vinh và các vùng tương tự.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp bổ cập nhân tạo là gì và có hiệu quả như thế nào tại Trà Vinh?
   Bổ cập nhân tạo là việc đưa nước vào tầng chứa nước để phục hồi mực nước ngầm. Tại Trà Vinh, phương pháp tăng thấm tự nhiên ở giồng cát và bơm ép nước nhạt vào tầng chứa nước Pleistocene được đánh giá có hiệu quả, giúp giảm xâm nhập mặn và sụt lún mặt đất.

2. Nguồn nước nào được sử dụng để bổ cập nhân tạo?
   Nguồn nước chủ yếu là nước mưa và nước mặt (nước sông) đã qua xử lý. Nước mưa được thu gom từ mái nhà và bề mặt đất, nước sông được xử lý để đảm bảo chất lượng trước khi bơm vào tầng chứa nước.

3. Có những rủi ro nào khi áp dụng bổ cập nhân tạo?
   Rủi ro bao gồm tắc nghẽn giếng do huy động khoáng vật, ô nhiễm nguồn nước do phản ứng địa hóa như oxy hóa pyrit, và nguy cơ ngập úng cục bộ nếu không kiểm soát tốt. Do đó, cần có hệ thống giám sát và xử lý nước đầu vào nghiêm ngặt.

4. Thời gian và chi phí triển khai các giải pháp bổ cập nhân tạo là bao lâu?
   Thời gian triển khai dự kiến từ 2 đến 3 năm tùy phương pháp, chi phí phụ thuộc vào quy mô và công nghệ áp dụng. Việc đầu tư ban đầu có thể cao nhưng mang lại lợi ích lâu dài về an ninh nguồn nước và giảm thiểu thiệt hại môi trường.

5. Làm thế nào để cộng đồng tham gia vào việc bảo vệ nguồn nước dưới đất?
   Cộng đồng có thể tham gia qua các hoạt động tuyên truyền, tiết kiệm nước, không xả thải gây ô nhiễm, và hỗ trợ các dự án bổ cập nhân tạo. Nâng cao nhận thức giúp bảo vệ nguồn nước bền vững cho thế hệ tương lai.

Kết luận

• Trà Vinh đang đối mặt với các vấn đề nghiêm trọng về xâm nhập mặn, sụt lún mặt đất và hạn hán, ảnh hưởng đến nguồn nước và phát triển kinh tế xã hội.
• Nghiên cứu đã đánh giá chi tiết đặc điểm nguồn nước, tầng chứa nước và nhu cầu sử dụng nước trên địa bàn tỉnh.
• Hai phương án bổ cập nhân tạo được đề xuất gồm tăng thấm tự nhiên tại giồng cát Holocene và bơm ép nước nhạt vào tầng chứa nước Pleistocene, dự kiến phục hồi mực nước ngầm hiệu quả.
• Các giải pháp bổ cập nhân tạo cần được triển khai đồng bộ, kết hợp giám sát chất lượng nước và nâng cao nhận thức cộng đồng để đảm bảo bền vững.
• Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn quan trọng cho công tác quản lý tài nguyên nước tại Trà Vinh, mở ra hướng đi mới trong ứng phó với biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường.

Để tiếp tục, các cơ quan chức năng và nhà nghiên cứu nên phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng bổ cập nhân tạo tại các vùng chịu ảnh hưởng tương tự trong khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Hành động kịp thời sẽ góp phần bảo vệ nguồn nước quý giá, đảm bảo phát triển bền vững cho tỉnh Trà Vinh và cộng đồng dân cư.