Chương 1: Cơ sở lý luận và phƣơng pháp nghiên cứu nƣớc dƣới đất vùng cát ven biển. Chương 2: Điều kiện hình thành và các nhân tố ảnh hƣởng đến nƣớc dƣới đất vùng cát ven biển Quảng Bình Chương 3: Đặc điểm nƣớc dƣới đất vùng cát ven biển Quảng Bình Chương 4: Định hƣớng khai thác, sử dụng nƣớc dƣới đất vùng cát ven biển Quảng Bình. 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NƢỚC DƢỚI ĐẤT VÙNG CÁT VEN BIỂN 1. Tổng quan nghiên cứu về sự hình thành nƣớc dƣới đất vùng cát ven biển 1.
Trên thế giới 1) Nghiên cứu sự hình thành trữ lượng nước dưới đất NDĐ đƣợc biết đến và khai thác, sử dụng từ thời cổ xƣa (cách đây khoảng 3.000 năm), ở Châu Á, Bắc Phi và kéo dài từ Afghanistan đến Moroco, ngƣời ta đã đào các giếng nằm ngang để lấy nƣớc ở những vùng có địa hình cao cấp nƣớc cho các nông trại [8]. Song song với quá trình sử dụng nƣớc đã xuất hiện những giả thiết và những ý niệm đầu tiên về NDĐ, đó là: NDĐ bắt nguồn từ nƣớc đại dƣơng đi lên theo các khe nứt của đá dƣới áp lực bề mặt (Thales ở Mille, 650 - 548 TrCN) hay ngƣời ta cho rằng nƣớc trong các con sông, trong các mạch nƣớc, hơi nƣớc xuất hiện có liên quan đến hoạt động núi lửa và từ sâu trong lòng đất đi lên (Platon, 427 - 347 TrCN), hoặc NDĐ hình thành do sự ngƣng đọng của hơi nƣớc từ khí quyển (Aristotel, 384 - 322 TrCN). Muộn hơn nữa, Lucrexius Carus (98 - 53 TCN) lại chỉ ra rằng NDĐ do nƣớc biển đi lên và nhạt hóa hay do nƣớc mƣa ngấm xuống mà thành (Mareus Vitrucius Pollio, thế kỷ I, TrCN). Thuyết ngấm là học thuyết đầu tiên về quá trình hình thành NDĐ, với bản chất đáng tin cậy của nó khi khẳng định sự cung cấp của NDĐ bằng con đƣờng ngấm sâu vào lòng đất của nƣớc mƣa, nƣớc tuyết tan và các loại nƣớc trên mặt đất (Mark Vitruvi Polio, Perrp P.
Tiếp đến, thuyết ngƣng tụ ra đời với nội dung cơ bản khi coi NDĐ đƣợc hình thành do bề mặt các vật liệu dạng hạt lạnh hơn đã hút hết hơi ẩm từ không khí và ngƣng tụ hơi nƣớc trong trong nhiều lỗ hổng nguội lạnh của lớp thổ nhƣỡng và đất đá nằm phía dƣới (Aristot, thế kỷ IV, TrCN). Từ những năm đầu của thế kỷ 17, khoa học nghiên cứu NDĐ đã có chiều hƣớng phát triển nhiều hơn. Các nƣớc đi đầu nghiên cứu và đặt nền móng cho ngành khoa học ĐCTV phải kể đến là Nga, Hà Lan, Pháp, Mỹ, Đức, v. nổi bật có Lomonoxov M.
12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhằm phục vụ cho các hoạt động của con ngƣời, sử dụng NDĐ vùng ven biển đã đƣợc nhiều nƣớc trên Thế giới tiến hành với hình thức khai thác bằng các lỗ khoan nông, lấy nƣớc phục vụ cho dân sinh và trồng trọt. Qua đó, đã tiến hành mô tả và đánh giá cơ bản về NDĐ tồn tại trong các tầng chứa nƣớc vùng khô hạn và bán khô hạn, đồng thời đƣa ra những thông số đặc trƣng phục vụ cho công tác khai thác thuận lợi (Alex du Toit, 1906) [44]. Khái niệm về các tầng chứa nƣớc vùng cát ven biển còn đƣợc coi nhƣ mỏ nƣớc nhạt: “Mỏ NDĐ là không gian được giới hạn bởi đường phân thủy, trong phạm vi đó dưới ảnh hưởng của các nhân tố tự nhiên và nhân tạo đã hình thành điều kiện thuận lợi hơn so với xung quanh để khai thác và sử dụng hợp lý theo mục đích đề ra. Một phần của mỏ nước được tiến hành khai thác gọi là khu khai thác” (Ovtchinikov A.
Yếu tố hải văn với đặc trƣng là chế độ triều ảnh hƣởng rất lớn đến động thái NDĐ, đó là tác động của sóng làm thay đổi mực NDĐ trong các tầng chứa nƣớc ven biển. Để nghiên cứu các tác động của thủy triều đối với NDĐ vùng ven biển, ngƣời ta đã sử dụng phƣơng pháp giải tích, điển hình có các công trình của Jacob (1950), Nielsen (1990), Li và Chen (1991), Sun (1997), Jiao và Tang (1999) và Li, Jiao (2001),.với kết quả xác nhận đƣợc sự ảnh hƣởng giữa triều vào mực NDĐ là đồng pha và đã nhận diện đƣợc mức độ ảnh hƣởng của thủy triều đến chất lƣợng NDĐ thông qua các đặc trƣng về độ pH, EC và DO (Nielsen, 1990; Ataie - Ashtiani và nnk, 1999; Raubenheimer, 1999; Singh và Gupta, 1997) [107,109]. Một phƣơng pháp nhằm đánh giá lƣợng cung cấp thấm từ nƣớc mƣa đã đƣợc Bindeman N. Những kết quả nghiên cứu có tính ƣu việt và đƣợc sử dụng nhiều nhất là tính thực nghiệm khi tính toán khối lƣợng cung cấp của nƣớc mƣa cho NDĐ dựa trên đặc tính trơ của nguyên tố clorua (Cl -) giữa hàm lƣợng Cl- có trong NDĐ và nƣớc mƣa và gọi là phƣơng pháp cân bằng clorua.
Phƣơng pháp này đƣợc đề xuất bởi Allison và Hughes (1978), sau đó, nó đƣợc ứng dụng nhiều trong các công trình của Allison và Hughes (1978), Edmunds và Walton (1980), Kitching (1980), Sharma và Hughes (1985), Edmunds và nnk (1988), Sukhija và nnk (1988), Cook và nnk (1989), Scanlon (1991), Edmunds và 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Việc xác định cấu trúc chứa nƣớc, nguồn gốc hình thành, tuổi và sự cung cấp hay tiêu thoát của NDĐ cũng nhƣ bảo vệ chúng dựa trên quá trình phân rã của các đồng vị phóng xạ nhƣ 13C, 14C, D, T, 18O, 36Cl, 226Ra và 222Rn,. và đƣợc gọi là phƣơng pháp đồng vị. Phƣơng pháp này đã đƣợc áp dụng phổ biến từ những năm 70 (thế kỷ XX) đến nay trong nhiều công trình của Hebert D., Bui Hoc và Jordan H.
Một trong những phƣơng pháp xác định nguồn gốc và điều kiện thành tạo NDĐ đã đƣợc Vinogradov A.đề xuất trên cơ sở xác lập các tỷ số đặc trƣng giữa hàm lƣợng các nguyên tố có mặt trong nƣớc của các đại lƣợng thuộc chu trình thủy văn, sau đó so sánh với nƣớc biển. Các tỷ số này có dạng rNa/rCl, Cl/Br, Br/I,. Nghiên cứu sự vận động của nƣớc nhạt ven biển đã đƣợc Girinxki N.N (1948) xác lập nhiều phƣơng trình tính toán lƣu lƣợng dòng nƣớc ngầm trên bờ biển và trong các đảo cát ở biển khi giả thuyết rằng giữa nƣớc nhạt và nƣớc mặn đƣợc ngăn cách bởi đƣờng cong thoải (không tính đến đới hỗn hợp do khuếch tán tạo thành) và coi dòng NDĐ là dòng phẳng một chiều trong tầng chứa nƣớc đồng nhất. Nghiên cứu lƣợng NDĐ tiêu thoát ra biển là một vấn đề phức tạp, đòi hỏi có chuỗi quan trắc lâu dài cũng nhƣ khối lƣợng thông tin đa dạng, việc tính toán thông thƣờng dựa trên các nguyên lý thủy động lực NDĐ (Smiles và Stokes, 1976; Nielsen,1989; Gourlay, 1992; Turner, 1997; Li, 2004).
Sau đó đã đƣợc đơn giản hóa bằng phƣơng pháp mô hình số (Buddemeier, 1996; Wiliam Burnett C., 2001) hoặc dựa trên lý thuyết phân tán và vận chuyển khối (Bredehoeft và Pinder, 1973; Segol, Pinder và Grey, 1975) [86,96,110,111]. Mức độ ảnh hƣởng của thảm thực vật đến quá trình hình thành NDĐ cũng đƣợc đề cập đến từ đầu thế kỷ XX. Bằng phƣơng pháp cân bằng nƣớc, cân bằng lƣợng clorua và các phƣơng pháp tỷ lƣu lƣợng có thể xác định đƣợc lƣu lƣợng cung cấp và thoát NDĐ ở điều kiện tự nhiên và canh tác nông nghiệp của thảm thực vật từ trạng thái ổn định cũng nhƣ khi bị xáo trộn. Trên cơ sở đó, kết quả nghiên cứu này đã đƣa ra đƣợc những phƣơng pháp luận đúng đắn cho khai thác, 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com sử dụng NDĐ trong vùng cát ven biển bằng các giải pháp tăng cƣờng nguồn nƣớc nhạt cung cấp cho tầng chứa nƣớc nhằm sử dụng lâu dài và có hiệu quả (George P.
Đến nay các nƣớc tiên tiến trên Thế giới đã tiến hành nghiên cứu và đạt đƣợc nhiều kết quả quan trọng về sự tác động của việc thay đổi khí hậu đến tài nguyên nƣớc nói chung. Trong yếu tố khí hậu đƣợc chú trọng nhiều nhất là lƣợng mƣa bổ cập cho nƣớc ngầm và quá trình tăng nhiệt độ kèm theo sự dâng cao mực nƣớc biển xâm nhập vào đất liền. Các dự án điều tra đánh giá tài nguyên nƣớc đƣợc kết hợp với nhiều lĩnh vực khác và đƣợc đánh giá một cách tổng thể về giá trị tiềm năng và độ ô nhiễm [81,89]. Hầu hết những nghiên cứu về tác động tiềm tàng của sự thay đổi khí hậu tới chu trình thủy văn đƣợc dự báo trực tiếp đối với nƣớc mặt, có liên hệ giữa dòng chảy ngầm và thoát của sông (Whitfield và Taylor, 1998; Leith và Whitfield, 1998).
Một số ít những nghiên cứu đã chính xác hóa độ nhạy cảm của các tầng chứa nƣớc khi có sự thay đổi của lƣợng mƣa và nhiệt độ. Trên bình diện quốc tế, chỉ một vài nghiên cứu thể hiện dƣới dạng các báo cáo thƣờng năm về tác động của sự thay đổi khí hậu (cơ bản là dự báo) tới tài nguyên NDĐ (Vaccaro, 1992; McLaren, Sudicky 1993 và Rosenberg, 1999). Một trong những nghiên cứu quan trọng nữa là việc xác định định lƣợng các quá trình thủy văn và liên kết giữa chúng với NDĐ bằng phƣơng mô hình dự báo và tính toán (York, 2002) [81-84,89]. Nghiên cứu đặc điểm hình thành NDĐ đến nay đã đạt đƣợc nhiều kết quả nhất định, đặc biệt bằng phƣơng pháp mô hình (mô hình vật lý, mô hình toán, mô hình tỷ lệ,.), nhiều công trình đã đi sâu đánh giá định lƣợng quá trình hình thành trữ lƣợng động tự nhiên, trữ lƣợng khai thác tiềm năng, trong đó, việc xác định trữ lƣợng thấm xuyên từ tầng chứa nƣớc này sang tầng chứa nƣớc khác hay trữ lƣợng cuốn theo khi có các hoạt động khai thác, sử dụng NDĐ, xác định quá trình lan truyền vật chất trong nƣớc cho kết quả tính toán khá chính xác [86,92,96,104,110,112,113].
2) Nghiên cứu sự hình thành thành phần hóa học nước dưới đất Đặt nền móng cho việc giải thích sự hình thành thành phần hóa học của NDĐ là Lomonoxov M. (1711 - 1765) trên cơ sở nghiên cứu quá trình hóa lý của NDĐ với đất đá hình thành nên tổng khoáng hóa trong nƣớc. Ông cũng đã nêu lên bản chất và tính đa dạng của thành phần hóa học bởi sự hòa tan và 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com rửa lũa của đất đá. Tiếp theo đó, nhiều nhà khoa học đã đi sâu giải quyết vấn đề này nhƣ Bunsen R.
Chất lƣợng NDĐ đƣợc hình thành từ tổng hợp của nhiều quá trình thành tạo của tầng chứa nƣớc. Chúng luôn ở trạng thái biến đổi liên tục và phụ thuộc vào điều kiện hình thành, quá trình vận động, thành phần và đặc tính hóa lý của môi trƣờng thạch học cũng nhƣ các chất mà nó tiếp xúc.