Mở đầu. - Chƣơng 1: Tổng quan về xâm nhập mặn và khu vực nghiên cứu - Chƣơng 2: Phƣơng pháp luận, cơ sở khoa học và số liệu cho nghiên cứu về xâm nhập mặn phía nam đồng bằng sông Hồng - Chƣơng 3: Phân tích hiện trạng và dự tính diễn biến xâm nhập mặn khu vực phía Nam đồng bằng sông Hồng theo mô hình MIKE 11 - Chƣơng 4: Đề xuất các giải pháp quản lý xâm nhập mặn phục vụ sản xuất nông nghiệp khu vực phía Nam đồng bằng sông Hồng - Kết luận và Kiến nghị - Tài liệu tham khảo. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ XÂM NHẬP MẶN VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1. Một số khái niệm - Xâm nhập mặn: Xâm nhập mặn là quá trình thay thế nƣớc ngọt trong các tầng chứa nƣớc ở ven biển bằng nƣớc mặn do sự dịch chuyển của khối nƣớc mặn vào tầng nƣớc ngọt (hình 1.
Xâm nhập mặn làm giảm nguồn nƣớc ngọt dƣới lòng đất ở các tầng chứa nƣớc ven biển do cả hai quá trình tự nhiên và con ngƣời gây ra [26]. Còn theo Trung tâm phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn: Xâm nhập mặn là hiện tƣợng nƣớc mặn với nồng độ mặn bằng 4‰ xâm nhập sâu vào nội đồng khi xảy ra triều cƣờng, nƣớc biển dâng hoặc cạn kiệt nguồn nƣớc ngọt [16]. Đối với nông nghiệp, xâm nhập mặn tác động đến nguồn nƣớc lẫn đất trồng làm suy thoái tài nguyên đất và nƣớc gây ảnh hƣởng đến sản xuất. Sự dịch chuy n của khối nước mặn vào tầng nước ngọt [26] - Nước nhiễm mặn: Theo FAO (Tổ chức Nông Lƣơng Liên Hợp Quốc), nƣớc nhiễm mặn – nói đơn giản là nƣớc có hàm lƣợng muối hòa tan vƣợt quá quy định dẫn đến nƣớc có vị mặn hoặc lợ khó khăn trong sử dụng sinh hoạt, ăn uống và sản xuất [28].
Theo từ điển Bách khoa Việt Nam, nƣớc nhiễm mặn là tên gọi chung các loại nƣớc chứa lƣợng muối NaCl cao hơn nƣớc uống thông thƣờng (> 1‰) [9]. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - ất nhiễm mặn: Từ quan điểm nông nghiệp, đất nhiễm mặn là đất có tồn tại các loại muối hòa tan ở một nồng độ cao hơn bình thƣờng, gây ảnh hƣởng xấu đến cây trồng [14]. Ngoài ra, còn có một định nghĩa phổ biến hơn về đất mặn: là đất chứa nhiều muối hòa tan (1 – 1,5% hoặc hơn). Những loại muối tan thƣờng gặp trong đất là NaCl, Na2SO4, CaCl2, CaSO4, MgCl2, NaHCO3… Những loại muối này có nguồn gốc khác nhau (nguồn gốc lục địa, nguồn gốc biển, nguồn gốc sinh vật…), nhƣng nguồn gốc nguyên thủy của chúng là từ các thành phần khoáng của đá núi lửa.
Trong quá trình phong hóa đá, những muối này bị hòa tan di chuyển tập trung ở những dạng đất trũng không thoát nƣớc [11]. Tổng quan các nghiên cứu về xâm nhập mặn 1. Các nghiên cứu trên thế giới a Xâm nhập mặn nước mặt Trên thế giới các phƣơng pháp nghiên cứu xâm nhập mặn nƣớc mặt đƣợc sử dụng chủ yếu gồm có: phƣơng pháp thực nghiệm dựa trên số liệu quan trắc và phƣơng pháp mô phỏng quá trình sử dụng các mô hình toán. Việc mô phỏng quá trình dòng chảy trong sông ngòi bằng mô hình toán đƣợc bắt đầu từ khi Saint - Venant (1871) công bố hệ phƣơng trình mô phỏng quá trình thuỷ động lực trong hệ thống kênh hở một chiều.
Nhờ có hệ phƣơng trình này nên khi kỹ thuật tính sai phân và công cụ máy tính điện tử đáp ứng đƣợc yêu cầu tính toán đặt ra thì việc mô phỏng dòng chảy là công cụ rất quan trọng để nghiên cứu về xâm nhập mặn và thủy lợi nói chung. Ippen và Harleman (1971) đã xây dựng các mô hình mặn một chiều [17]. Giả thiết cơ bản của các mô hình này là các đặc trƣng dòng chảy và mật độ là đồng nhất trên mặt cắt ngang. Mặc dù điều này khó gặp trong thực tế nhƣng kết quả áp dụng mô hình lại có sự phù hợp khá tốt, đáp ứng đƣợc nhiều mục đích nghiên cứu và tính toán mặn.
Ƣu thế đặc biệt của các mô hình loại một chiều là yêu cầu tài liệu vừa phải và nhiều tài liệu đã có sẵn trong thực tế. Prichard (1971) đã dẫn xuất hệ phƣơng trình 3 chiều để diễn toán quá trình xâm nhập mặn nhƣng nhiều thông số không xác định đƣợc. Vì thế các nhà khoa học đã giải quyết bằng cách trung bình hoá theo hai chiều hoặc một chiều. Sanker và Fischer, Masch (1970) và Leendertee (1971) đã xây dựng các mô hình hai chiều và một chiều 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trong đó mô hình một chiều có nhiều ƣu thế trong việc giải các bài toán phục vụ yêu cầu thực tế tốt hơn [17].
Một số mô hình nghiên cứu xâm nhập mặn phổ biến trên thế giới gồm có: - Mô h nh động lực cửa sông FWQA; - Mô h nh thời gian thủy triều của ee và Harleman và của Thatcher và Harleman; - Mô hình SALFLOW; - Mô hình MIKE 11; - Mô hình ISIS; - Mô hình EFDC. b Xâm nhập mặn nước ngầm Có thể chia các nghiên cứu về xâm nhập mặn nƣớc ngầm thành một số hƣớng nhƣ sau: - ánh giá hiện trạng và xác định nguyên nhân De Vries [25] và Zubari [34] đã kế thừa kết quả nghiên cứu của các học giả đi trƣớc về xâm nhập mặn nƣớc ngầm để giải thích sự phân bố của các thể chứa nƣớc mặn, nhạt ở các vùng ven biển bằng các yếu tố cấu trúc địa chất và lịch sử phát triển địa chất, địa mạo; đồng thời phân ra một số kiểu nhiễm mặn và đề xuất các khả năng quản lý chất lƣợng nƣớc. Năm 2007, Narayan đã nghiên cứu và xác định ảnh hƣởng của khai thác nƣớc ngầm đến xâm nhập mặn ở đồng bằng Burdekin, Australia [31]. Nguyên nhân đƣợc chỉ ra chính là do khai thác nƣớc quá mức.
Đây là công trình có ý nghĩa tham khảo với các nghiên cứu tại khu vực có điều kiện khai thác nƣớc dƣới đất tƣơng tự. - Nghiên cứu cơ chế dịch chuy n vật chất, ảnh hưởng của tỷ trọng D. Allen (2006) đã chỉ ra ảnh hƣởng của quá trình khuếch tán đến sự phân bố độ mặn đồng bằng sông Fraser, Canada. Các tác giả đã đƣa ra mô hình về quá trình hình thành và phân bố độ mặn theo chiều thẳng đứng khu vực cửa sông: nƣớc mặn từ cửa sông xâm nhập vào tầng chứa nƣớc và từ tầng chứa nƣớc khuếch tán xuống lớp thấm nƣớc yếu bên dƣới [24].
Ngoài ra, một số học giả đã kết hợp sử dụng phƣơng pháp đồng vị trong quá trình nghiên cứu quá trình dịch chuyển vật chất nhƣ Groen, Velstra, Meesters [29] xác 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com định quá trình muối hóa tầng chứa nƣớc ven biển qua việc phân tích thành phần đồng vị 37Cl và mô hình khuếch tán. - Dự báo và đánh giá xâm nhập mặn bằng mô hình số Phatcharasak Arlai (2007) [32] đã mô hình hóa các cơ chế xâm nhập mặn tại ven biển vịnh Thái Lan bằng phần mềm SEAWAT-2000 và MODFLOW/MT3DMS. Với việc đánh giá điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, tác giả đã xác định nguồn gốc xâm nhập mặn chính ở một số nơi là nƣớc biển hiện tại xâm nhập xuống các tầng chứa nƣớc. Bithin Datta và những ngƣời khác (2009) [23] đã kết hợp sử dụng mô hình FEMWATER để mô hình hóa và điều chỉnh xâm nhập mặn vùng Andhra Pradesh, Ấn Độ.
Nhìn chung, từ các công bố khoa học về xâm nhập mặn nƣớc ngầm trên thế giới có thể đƣa ra nhận định: nguyên nhân gây nên xâm nhập mặn nƣớc ngầm ở mỗi khu vực khác nhau có thể khác nhau, phụ thuộc vào điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, hiện trạng khai thác nƣớc ngầm cũng nhƣ lịch sử tiến hóa địa chất của từng khu vực. Các công trình nghiên cứu đã sử dụng nhiều phƣơng pháp khác nhau để xác định cơ chế xâm nhập mặn nƣớc ngầm, dịch chuyển vật chất trong các tầng chứa nƣớc… Có thể phân thành 4 nhóm phƣơng pháp chính đƣợc sử dụng bao gồm: - Nhóm phƣơng pháp thủy địa hóa/thủy động lực; - Nhóm phƣơng pháp đồng vị; - Nhóm phƣơng pháp địa vật lí; - Nhóm phƣơng pháp mô hình số. Qua các công bố khoa học nêu trên, rõ ràng bài toán xâm nhập mặn nƣớc ngầm không thể giải quyết tốt bằng một phƣơng pháp đơn lẻ mà cần phải sử dụng kết hợp các phƣơng pháp khác nhau để nghiên cứu. Nghiên cứu về xâm nhập mặn trong nước a Các nghiên cứu về xâm nhập mặn ở Việt Nam Về nghiên cứu xâm nhập mặn nƣớc mặt, nƣớc ta đã tiến hành từ những năm 1960 với công tác quan trắc độ mặn ở đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long.
Do đồng bằng sông Cửu Long là khu vực sản xuất nông nghiệp quan trọng nhất cả nƣớc, và đặc điểm địa hình khu vực không có đê bao nên đƣợc chú ý hơn cả. Vào những năm 80, các mô hình tính toán xâm nhập mặn đã đƣợc xây dựng và 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ứng dụng vào việc nghiên cứu quy hoạch phát triển châu thổ sông Cửu Long. Kết quả đƣợc nhìn nhận khả quan và bƣớc đầu một số mô hình đã thử nghiệm ứng dụng dự báo xâm nhập mặn. Theo thời gian, do sự phát triển của công nghệ nên có nhiều mô hình tính toán xâm nhập mặn đƣợc chuyển giao vào Việt Nam nhƣ ISIS (Anh), MIKE 11 (Đan Mạch), HEC-RAS (Mỹ).
đều có các module tính toán lan truyền xâm nhập mặn. Đối với xâm nhập mặn nƣớc ngầm, Đặng Hữu Ơn (1996) đã đƣa ra tính toán, dự báo khả năng nhiễm mặn với công trình khai thác nƣớc ngầm ở Bà Rịa – Vũng Tàu bằng thí nghiệm bơm hút nƣớc [12]. Kết quả xác định đƣợc vận tốc dòng thấm trung bình từ biển và tính thời gian nƣớc mặn xâm nhập vào công trình. Năm 2007, Nguyễn Nhƣ Trung đã nghiên cứu dự báo xâm nhập mặn nƣớc dƣới đất vùng Hải Phòng bằng mô hình điện trở và địa chất thủy văn.
Tác giả đã sử dụng phƣơng pháp địa vật lí và mô hình số để nghiên cứu hiện trạng và dự báo xâm nhập mặn cho vùng Hải Phòng. Các kết quả cho thấy tầng chứa nƣớc tại khu vực bị suy thoái nghiêm trọng, tác giả chỉ ra các khu vực nên giảm khai thác nhằm hạn chế xâm nhập mặn [17].