Tổng quan nghiên cứu

Đồng bằng Tuy Hòa, thuộc tỉnh Phú Yên, là khu vực có diện tích khoảng 435 km², nằm trong vùng Nam Trung Bộ Việt Nam, tiếp giáp biển Đông về phía Đông và các huyện lân cận về các phía còn lại. Nguồn nước dưới đất (NDD) tại đây chủ yếu nằm trong phức hệ chứa nước lỗ rỗng với thành phần trầm tích chính là cát thạch anh màu xám vàng, có đặc tính thủy lực đa dạng, bao gồm tầng chứa nước không áp và tầng chứa nước khe nứt. Mực nước dưới đất biến động mạnh theo mùa, chịu ảnh hưởng của nước mưa, nước sông và triều biến. Với sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế - xã hội, nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng trong khi trữ lượng nước dưới đất có hạn do diện tích phân bố các thành tạo chứa nước hẹp và ảnh hưởng của xâm nhập mặn.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất ở đồng bằng Tuy Hòa bằng phương pháp mô hình dòng chảy nước dưới đất, từ đó hợp lý hóa hệ thống giếng khai thác nhằm đảm bảo trữ lượng bổ sung khoảng 180.233 m³/ngày và dự báo biến động mực nước đến năm 2039. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi đồng bằng Tuy Hòa, dựa trên dữ liệu thu thập từ các lỗ khoan, quan trắc mực nước và các thông số địa chất thủy văn. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc quy hoạch và quản lý tài nguyên nước dưới đất bền vững, góp phần phục vụ phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Phú Yên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các lý thuyết và mô hình sau:

  • Mô hình dòng chảy nước dưới đất hai lớp: Mô hình chia hệ thống nước dưới đất thành hai lớp chính gồm lớp 1 là tầng chứa nước không áp (Holocen và Pleistocen) có ý nghĩa khai thác lớn, và lớp 2 là tầng chứa nước khe nứt (Neogen, Bazan Pliocen-Pleistocen, Jura, Proterozoi) có trữ lượng nghèo, ít có ý nghĩa khai thác. Mô hình được xây dựng dựa trên phương trình dòng chảy nước dưới đất giải bằng phương pháp sai phân hữu hạn.

  • Khái niệm trữ lượng nước dưới đất: Bao gồm trữ lượng động (nước có thể khai thác được) và trữ lượng tĩnh (nước tồn tại trong tầng chứa). Các thông số địa chất thủy văn như hệ số thấm, hệ số nhả nước trọng lực, lượng bồi cập và bốc hơi được sử dụng để mô phỏng dòng chảy và tính toán trữ lượng.

  • Phương pháp hiệu chỉnh mô hình: Sử dụng số liệu quan trắc mực nước tại 4 lỗ khoan để hiệu chỉnh các thông số mô hình nhằm giảm sai số giữa giá trị tính toán và quan sát trong giới hạn cho phép.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu địa chất thủy văn, khí tượng thủy văn, số liệu quan trắc mực nước, lưu lượng khai thác từ các giếng nước, bản đồ địa hình và địa chất thủy văn tỷ lệ 1/25.000 và 1/50.000. Dữ liệu được lấy từ các báo cáo điều tra quy hoạch nước, các lỗ khoan thăm dò và quan trắc thực địa tại đồng bằng Tuy Hòa.

  • Phương pháp phân tích: Tổng hợp, phân tích và thống kê các dữ liệu thu thập được để đánh giá chất lượng nguồn tài liệu, xác định các thông số địa chất thủy văn cần thiết cho mô hình. Sử dụng phần mềm GMS 7.1 để xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất hai lớp, nhập dữ liệu, thiết lập lưới tính toán 2D và 3D, hiệu chỉnh mô hình dựa trên số liệu quan trắc.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 7 đến tháng 11 năm 2012, bao gồm các bước thu thập tài liệu, xây dựng mô hình khái niệm, hiệu chỉnh mô hình, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp khai thác.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Mô hình dòng chảy nước dưới đất hai lớp được xây dựng thành công: Lớp 1 (Holocen và Pleistocen) chiếm toàn bộ diện tích nghiên cứu, là tầng chứa nước chính với hệ số thấm ngang hiệu chỉnh đạt giá trị phù hợp, trong khi lớp 2 (khe nứt) có trữ lượng nước nghèo, không có ý nghĩa khai thác. Sai số giữa giá trị tính toán và quan trắc mực nước tại 4 lỗ khoan nằm trong giới hạn cho phép, đảm bảo độ tin cậy của mô hình.

  2. Xác định nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất: Trữ lượng bổ sung được xác định khoảng 180.233 m³/ngày, trong đó nguồn bổ cập chủ yếu từ lượng mưa trung bình năm khoảng 1.995,7 mm và nước sông Ba với lưu lượng trung bình nhiều năm khoảng 31,4 m³/s. Lượng bốc hơi trung bình năm đo được là 1.386 mm, ảnh hưởng đến cân bằng nước dưới đất.

  3. Thiết kế hệ thống giếng khai thác hợp lý: Dựa trên kết quả mô hình, hệ thống giếng khai thác được bố trí dọc bờ sông Đà Răng với lưu lượng khai thác dự kiến đạt 219.301 m³/ngày, trong đó lưu lượng khai thác hiện hữu là gần 39.068 m³/ngày. Dự báo mực nước dưới đất đến năm 2039 cho thấy sự hạ thấp mực nước có thể kiểm soát được nếu khai thác theo kế hoạch.

  4. Dự báo biến động mực nước dưới đất: Mô hình dự báo biến động mực nước trong 30 năm tới, cho thấy mực nước có xu hướng giảm nhẹ nhưng vẫn trong giới hạn an toàn nếu thực hiện khai thác hợp lý. Điều này giúp đảm bảo sự ổn định và bền vững của nguồn nước dưới đất.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô hình dòng chảy nước dưới đất hai lớp phù hợp với đặc điểm địa chất thủy văn của đồng bằng Tuy Hòa, trong đó tầng chứa nước Holocen và Pleistocen đóng vai trò chủ đạo trong việc cung cấp nước. Sai số hiệu chỉnh mô hình thấp chứng tỏ mô hình có độ chính xác cao, có thể sử dụng để dự báo và quản lý tài nguyên nước dưới đất.

So sánh với các nghiên cứu tương tự ở các vùng đồng bằng ven biển khác tại Việt Nam, việc ứng dụng mô hình số trong xác định nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất là bước tiến quan trọng, giúp đánh giá định lượng chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống. Kết quả cũng cho thấy ảnh hưởng rõ rệt của lượng mưa và nước sông đến trữ lượng nước dưới đất, đồng thời nhấn mạnh vai trò của việc kiểm soát khai thác để tránh suy giảm tài nguyên.

Việc dự báo biến động mực nước dưới đất đến năm 2039 cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà quản lý trong việc lập kế hoạch khai thác bền vững, đồng thời cảnh báo về nguy cơ hạ thấp mực nước nếu khai thác vượt quá khả năng bổ cập. Các biểu đồ thể hiện sự biến động mực nước theo thời gian và bản đồ phân bố mực nước hạ thấp sẽ minh họa rõ nét các xu hướng này.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu hóa hệ thống giếng khai thác: Điều chỉnh vị trí và lưu lượng khai thác của các giếng nước dọc bờ sông Đà Răng nhằm đạt mục tiêu trữ lượng bổ sung 180.233 m³/ngày, giảm thiểu tác động đến mực nước dưới đất. Thời gian thực hiện trong vòng 5 năm, do Công ty TNHH MTV cấp thoát nước Phú Yên chủ trì.

  2. Xây dựng hệ thống quan trắc mực nước và chất lượng nước dưới đất liên tục: Thiết lập mạng lưới quan trắc tại các điểm trọng yếu để theo dõi biến động mực nước và chất lượng nước, phục vụ hiệu chỉnh mô hình và cảnh báo sớm nguy cơ suy giảm hoặc ô nhiễm. Thời gian triển khai trong 2 năm, phối hợp giữa Sở Tài nguyên và Môi trường và các viện nghiên cứu.

  3. Áp dụng mô hình lan truyền chất ô nhiễm (MT3D): Phát triển mô hình lan truyền chất để đánh giá và dự báo chất lượng nước dưới đất trước các nguy cơ ô nhiễm từ hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và đô thị hóa. Thời gian nghiên cứu 3 năm, do các đơn vị nghiên cứu địa kỹ thuật thực hiện.

  4. Quy hoạch sử dụng tài nguyên nước dưới đất bền vững: Dựa trên kết quả mô hình và dự báo, xây dựng quy hoạch khai thác nước dưới đất phù hợp với khả năng bổ cập tự nhiên, hạn chế khai thác quá mức và bảo vệ nguồn nước khỏi xâm nhập mặn. Thời gian thực hiện 3 năm, do UBND tỉnh Phú Yên phối hợp với các cơ quan liên quan.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý tài nguyên nước và quy hoạch đô thị: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách khai thác, bảo vệ và quản lý nguồn nước dưới đất hiệu quả, đảm bảo phát triển bền vững.

  2. Các chuyên gia và nhà nghiên cứu địa kỹ thuật, địa chất thủy văn: Tham khảo phương pháp mô hình dòng chảy nước dưới đất hai lớp và ứng dụng phần mềm GMS 7.1 trong nghiên cứu tài nguyên nước.

  3. Các công ty cấp thoát nước và khai thác nước ngầm: Áp dụng kết quả để thiết kế hệ thống giếng khai thác hợp lý, dự báo biến động mực nước và điều chỉnh kế hoạch khai thác phù hợp.

  4. Các tổ chức môi trường và cộng đồng dân cư địa phương: Hiểu rõ về nguồn nước dưới đất, tác động của khai thác và các biện pháp bảo vệ nguồn nước, từ đó tham gia giám sát và bảo vệ tài nguyên nước.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp mô hình dòng chảy nước dưới đất là gì?
    Phương pháp mô hình dòng chảy nước dưới đất sử dụng các phương trình toán học để mô phỏng sự vận động và phân bố nước dưới đất trong các tầng chứa nước. Ví dụ, mô hình hai lớp trong nghiên cứu này giúp phân biệt tầng chứa nước chính và tầng chứa nước nghèo, từ đó đánh giá trữ lượng và dự báo biến động mực nước.

  2. Nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất chủ yếu là gì?
    Nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất chủ yếu là lượng mưa trung bình năm khoảng 1.995,7 mm và nước sông Ba với lưu lượng trung bình nhiều năm khoảng 31,4 m³/s. Ngoài ra, nước mặt và nước mưa thấm qua các thành tạo chứa nước cũng đóng vai trò quan trọng.

  3. Sai số hiệu chỉnh mô hình có ảnh hưởng thế nào đến kết quả?
    Sai số hiệu chỉnh mô hình thấp và nằm trong giới hạn cho phép chứng tỏ mô hình có độ chính xác cao, giúp kết quả dự báo và đánh giá trữ lượng nước dưới đất đáng tin cậy, phục vụ tốt cho công tác quản lý và quy hoạch.

  4. Làm thế nào để dự báo biến động mực nước dưới đất trong tương lai?
    Dự báo được thực hiện bằng cách sử dụng mô hình dòng chảy nước dưới đất đã hiệu chỉnh, nhập các kịch bản khai thác và điều kiện tự nhiên dự kiến, từ đó mô phỏng sự biến đổi mực nước theo thời gian, giúp đưa ra các giải pháp khai thác hợp lý.

  5. Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu này đối với phát triển kinh tế - xã hội?
    Nghiên cứu giúp xác định trữ lượng nước dưới đất bền vững, hỗ trợ quy hoạch khai thác nước phục vụ sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp, đồng thời bảo vệ nguồn nước khỏi suy giảm và ô nhiễm, góp phần phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Phú Yên một cách bền vững.

Kết luận

  • Hệ thống nước dưới đất đồng bằng Tuy Hòa được mô hình hóa thành hai lớp, trong đó lớp chứa nước Holocen và Pleistocen là tầng chứa nước chính có trữ lượng đáng kể.
  • Nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất chủ yếu từ lượng mưa và nước sông Ba, với trữ lượng bổ sung ước tính khoảng 180.233 m³/ngày.
  • Hệ thống giếng khai thác được thiết kế hợp lý với lưu lượng khai thác dự kiến 219.301 m³/ngày, đảm bảo sự ổn định mực nước dưới đất đến năm 2039.
  • Mô hình hiệu chỉnh có sai số thấp, phù hợp với số liệu quan trắc thực tế, cung cấp công cụ khoa học cho quản lý và quy hoạch tài nguyên nước.
  • Đề xuất xây dựng mạng lưới quan trắc, áp dụng mô hình lan truyền chất ô nhiễm và quy hoạch khai thác bền vững nhằm bảo vệ nguồn nước dưới đất trong tương lai.

Luận văn mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng mô hình số trong đánh giá và quản lý tài nguyên nước dưới đất tại miền Trung Việt Nam, đồng thời kêu gọi các nhà quản lý và chuyên gia tiếp tục phát triển các công cụ khoa học để bảo vệ nguồn nước quý giá này.