Nghiên cứu đặc điểm hình thành và đề xuất hướng sử dụng hợp lý tài nguyên nước dưới đất vùng cát ven biển quảng bình

Nhằm góp phần giải quyết những vấn đề cấp thiết nêu trên, nội dung luận án “Nghiên cứu đặc điểm hình thành và đề xuất hướng sử dụng hợp lý tài nguyên nước dưới đất vùng cát ven biển Quản

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI - TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Phan Văn Trường

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÀNH VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT

VÙNG CÁT VEN BIỂN QUẢNG BÌNH

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ

Chuyên ngành: Sử dụng và bảo vệ tài nguyên môi trường

Mã số: 62 85 15 01

Hà Nội - 2012

CÁC TỪ VIẾT TẮT

BSNT Bổ sung nhân tạo

BTNMT Bộ Tài nguyên - Môi trường

ĐCTV Địa chất thủy văn

GIS Hệ thống thông tin địa lý HDPE Vải địa kỹ thuật chống thấm

KHCN Khoa học công nghệ

KHKT Khoa học kỹ thuật

KT - XH Kinh tế - xã hội

KTST Kỹ thuật sinh thái

KTTN Khai thác tiềm năng

KT-TV Khí tượng - thủy văn

LK Lỗ khoan LKQT Lỗ khoan quan trắc

MT Môi trường NDĐ Nước dưới đất NXB Nhà xuất bản PET Lượng bốc hơi tiềm năng nnk Những người khác PTBV Phát triển bền vững

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

TM - DV Thương mại - Dịch vụ

TrCN Trước Công nguyên UNICEF Quỹ nhi đồng Liên hiệp quốc

USEPA Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa kỳ

MỤC LỤC

Các từ viết tắt 1

Mục lục 3

Danh mục các bảng 5

Danh mục các hình 6

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG CÁT VEN BIỂN 12

1.1 Tổng quan nghiên cứu về sự hình thành nước dưới đất vùng cát ven biển 12

1.1.1 Trên thế giới 12

1.1.2 Ở Việt Nam 18

1.2 Các cơ sở khoa học về nghiên cứu nước dưới đất 21

1.2.1 Khái niệm và phân loại nước dưới đất 21

1.2.2 Nguồn gốc và sự hình thành trữ lượng 24

1.3 Quan điểm tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 29

1.3.1 Quan điểm tiếp cận 29

1.3.2 Quy trình nghiên cứu 31

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu nước dưới đất vùng cát ven biển 32

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN HÌNH THÀNH VÀ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG CÁT VEN BIỂN QUẢNG BÌNH 36

2.1 Vị trí địa lý và tính đặc thù vùng nghiên cứu 36

2.2 Điều kiện hình thành nước dưới đất 38

2.2.1 Cơ chế hình thành nước nhạt ven biển 38

2.2.2 Tính toán độ sâu lý thuyết phân bố ranh giới “mặn - nhạt” 39

2.3 Các yếu tố quyết định đến sự hình thành nước dưới đất 40

2.3.1 Địa chất 40

2.3.2 Đặc điểm địa mạo 51

2.3.3 Khí hậu 58

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến nước dưới đất 62

2.4.1 Chế độ thủy văn, hải văn 62

2.4.2 Thổ nhưỡng 67

2.4.3 Thảm thực vật 68

2.4.4 Các yếu tố nhân sinh 69

CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG CÁT VEN BIỂN QUẢNG BÌNH 72

3.1 Đặc điểm phân bố nước dưới đất 72

3.1.1 Tầng chứa nước lỗ hổng trong các trầm tích Holocen 72

3.1.2 Tầng chứa nước lỗ hổng trong các trầm tích Pleistocen 73

3.2 Đặc điểm động thái nước dưới đất 79

3.2.1 Khu vực động thái khí tượng 79

3.2.2 Khu vực động thái triều 80

3.2.3 Khu vực động thái thủy văn 80

3.3 Sự hình thành trữ lượng nước dưới đất 81

3.3.1 Cơ sở lý thuyết 81

3.3.2 Các nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất 83

3.4 Nguồn gốc và sự hình thành chất lượng nước dưới đất 87

3.4.1 Nguồn gốc nước dưới đất 87

3.4.2 Sự hình thành và biến đổi của các thành phần chủ yếu trong nước dưới đất 88 3.4.3 Sự hình thành một số thành phần khác trong nước dưới đất 92

3.4.4 Loại hình hóa học nước dưới đất 96

3.5 Quá trình xâm nhập mặn và nhiễm bẩn nước dưới đất 97

3.5.1 Quá trình xâm nhập mặn 97

3.5.2 Quá trình nhiễm bẩn 98

3.6 Phân vùng nước dưới đất 101

3.6.1 Bản chất và nguyên tắc phân vùng 101

3.6.2 Tính chất đặc thù và ý nghĩa của phân vùng nước dưới đất 102

3.6.3 Tiêu chí phân vùng 102

3.6.4 Kết quả phân vùng 106

CHƯƠNG 4: ĐỊNH HƯỚNG KHAI THÁC, SỬ DỤNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG CÁT VEN BIỂN QUẢNG BÌNH 113

4.1 Hiện trạng khai thác, sử dụng nước 113

4.2 Định hướng phát triển kinh tế - xã hội và nhu cầu sử dụng nước 114

4.2.1 Định hướng phát triển kinh tế - xã hội 114

4.2.2 Dự báo nhu cầu sử dụng nước 116

4.3 Xác định không gian và định hướng khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên nước dưới đất 119

4.3.1 Xác định không gian khai thác, sử dụng nước dưới đất 119

4.3.2 Định hướng khai thác, sử dụng nước dưới đất 119

4.3.3 Các giải pháp khai thác, sử dụng và bảo vệ nước dưới đất 125

KẾT LUẬN 138

Danh mục các công bố của tác giả liên quan đến luận án 140

Tài liệu tham khảo 141

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Sự phân bố nước phần lục địa vỏ Trái đất 23

Bảng 1.2: Phân loại nước dưới đất theo điều kiện chiều sâu, thế nằm 24

Bảng 2.1: Thành phần độ hạt của đất đá và mức độ chứa nước 43

Bảng 2.2: Lượng mưa trung bình tháng và năm 59

Bảng 2.3: Lượng bốc thoát hơi tiềm năng 60

Bảng 2.4: Nhiệt độ không khí trung bình tháng và năm 61

Bảng 2.5: Chế độ gió vùng cát ven biển Quảng Bình 62

Bảng 2.6: Tốc độ gió mạnh nhất trung bình tháng 62

Bảng 2.7: Đặc trưng hình thái lưu vực các sông ở Quảng Bình 63

Bảng 2.8: Chất lượng nước mặt trong vùng nghiên cứu 66

Bảng 2.9: Các ảnh hưởng của hoạt động nhân sinh đến nước dưới đất 71

Bảng 3.1: Các thông số Địa chất thủy văn tầng chứa nước 78

Bảng 3.2: Lượng cung cấp ngấm của nước mưa cho nước dưới đất 84

Bảng 3.3: Các thành phần tham gia hình thành trữ lượng tiềm năng nước dưới đất 86

Bảng 3.4: Các tỷ số xác định nguồn gốc nước dưới đất 87

Bảng 3.5: Hàm lượng các ion chủ yếu trong NDĐ 87

Bảng 3.6: Nguồn gốc NDĐ vùng cát ven biển Quảng Bình 88

Bảng 3.7: Tỷ lệ tham gia của nước mưa vào nước dưới đất 91

Bảng 3.8: Hàm lượng nhóm hợp chất nitơ trong nước dưới đất 93

Bảng 3.9: Phân bố hàm lượng sắt trong nước dưới đất 94

Bảng 3.10: Hàm lượng một số kim loại trong NDĐ 94

Bảng 3.11: Hàm lượng các chỉ tiêu vi sinh trong NDĐ 95

Bảng 3.12: Hàm lượng một số thành phần khác của NDĐ 96

Bảng 3.13: Phân vùng nước dưới đất theo sự phân hóa địa hình 105

Bảng 3.14: Phân vùng nước dưới đất theo tiềm năng 106

Bảng 3.15: Phân vùng nước dưới đất vùng cát ven biển Quảng Bình 106

Bảng 3.16: Trữ lượng khai thác tiềm năng NDĐ theo vùng và tiểu vùng 107

Bảng 4.1: Quy mô phát triển kinh tế - xã hội vùng cát ven biển Quảng Bình 116

Bảng 4.2: Nhu cầu sử dụng nước nhạt phục vụ phát triển kinh tế - xã hội 117

Bảng 4.3: Quy hoạch khai thác, sử dụng nước sông 118

Bảng 4.4: Quy hoạch khai thác sử dụng nước ao hồ 118

Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm của một số công trình thu nước trong vùng nghiên cứu 126 Bảng 4.6: Xác định thời gian xâm nhập mặn của nước biển 128

Bảng 4.7: Xác định giá trị TDS theo thời gian khai thác 129

Bảng 4.8: Các công trình kỹ thuật sinh thái và khả năng ứng dụng 132

Bảng 4.9: Khả năng xử lý ô nhiễm của các công trình kỹ thuật sinh thái 133

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Tính bền vững trong khai thác, sử dụng nước dưới đất 30

Hình 1.2: Những tác động chính đối với nước dưới đất vùng cát ven biển 31

Hình 1.3: Quy trình nghiên cứu nước dưới đất vùng cát ven biển Quảng Bình 32

Hình 2.1: Vị trí địa lý vùng nghiên cứu 36

Hình 2.2: Cơ chế hình thành nước nhạt vùng cát ven biển 38

Hình 2.3: Sơ đồ quan hệ giữa nước nhạt dưới đất và nước mặn vùng ven biển 39

Hình 2.4: Bản đồ Địa chất vùng cát ven biển Quảng Bình 44

Hình 2.5: Mặt cắt địa chất dọc vùng cát ven biển Quảng Bình 45

Hình 2.6: Sơ đồ địa mạo vùng cát ven biển Quảng Bình 56

Hình 2.7: Sơ đồ địa hình vùng cát ven biển Quảng Bình 57

Hình 2.8: Mối quan hệ giữa mực NDĐ và các yếu tố khí hậu 65

Hình 2.9: Mối quan hệ giữa mực triều và mực NDĐ 67

Hình 3.1: Bản đồ phân bố các tầng chứa nước vùng nghiên cứu 76

Hình 3.2: Phân bố NDĐ theo mặt cắt ngang vùng nghiên cứu 77

Hình 3.3: Phân tích biểu đồ dao động mực nước dưới đất 82

Hình 3.4: Biểu đồ xác định lượng cung cấp ngấm tại lỗ khoan TR1 85

Hình 3.5: Biểu đồ xác định lượng cung cấp ngấm tại lỗ khoan TR3 85

Hình 3.6: Bản đồ chất lượng NDĐ vùng cát ven biển Quảng Bình 100

Hình 3.7: Bản đồ phân vùng nước dưới đất vùng cát ven biển Quảng Bình 111

Hình 4.1: Bản đồ đi ̣nh h ướng khai thác, sử dụng nước dưới đất vùng cát ven biển Quảng Bình 127

Hình 4.2: Khai thác nước dưới đất bằng giếng tia 131

Hình 4.3: Khai thác nước dưới đất bằng hành lang thu nước nằm ngang 131

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Vùng cát ven biển Quảng Bình nằm trong miền đồng bằng chịu tác động bởi các yếu tố tự nhiên khắc nghiệt như nền nhiệt cao, bão, lốc, cát bay, cát chảy, thảm thực vật kém phát triển v.v tạo nên một đơn vị lãnh thổ địa lý có nhiều đặc điểm riêng biệt trong cả dải ven biển miền Trung

Với thành phần chủ yếu là đất cát, vùng nghiên cứu phân bố dưới dạng dải hẹp về chiều ngang nhưng trải dài suốt phần phía đông của tỉnh Tuy vùng nghiên cứu có ít lợi thế về tài nguyên thiên nhiên, nhưng nước nhạt dưới đất được xem như nguồn tài nguyên đặc biệt, có vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội (KT - XH) của địa phương

Kết quả điều tra, đánh giá về nguồn nước nói chung tại khu vực chưa nhiều, trong đó mức độ tìm kiếm, thăm dò nước dưới đất (NDĐ) chỉ mới được thực hiện ở những phạm vi hẹp và phân tán với mức độ chi tiết khác nhau, nguồn thông tin, số liệu về các đơn vị chứa NDĐ trong khu vực còn nhiều hạn chế

Việc khai thác và sử dụng NDĐ của nhân dân trong vùng còn mang tính tự phát, thiếu sự quy hoạch và quản lý cụ thể, mặt khác chưa có các giải pháp bảo

vệ thích hợp, nên đã xảy ra các hiện tượng suy thoái nguồn nước bởi sự xâm nhập mặn, nhiễm bẩn và thất thoát, nhiều nơi đã có dấu hiệu thiếu hụt nguồn nước cấp, nhất là vào mùa khô hạn

Nhằm góp phần giải quyết những vấn đề cấp thiết nêu trên, nội dung luận

án “Nghiên cứu đặc điểm hình thành và đề xuất hướng sử dụng hợp lý tài nguyên nước dưới đất vùng cát ven biển Quảng Bình” sẽ tập trung nghiên cứu

một cách toàn diện về điều kiện phân bố, đặc điểm hình thành trữ lượng và chất lượng cũng như các giải pháp khai thác, sử dụng và bảo vệ nguồn tài nguyên NDĐ trong vùng cát ven biển Quảng Bình

2 Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu: Làm sáng tỏ đặc điểm phân bố, nguồn gốc, điều kiện hình thành

trữ lượng, chất lượng NDĐ vùng cát ven biển Quảng Bình, từ đó đề xuất hướng khai thác, sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi không gian nghiên cứu là vùng cát ven biển Quảng Bình: phía ngoài giáp với mực nước biển, phía trong đất liền đến mức địa hình +25m

- Đối tượng nghiên cứu là NDĐ trong các trầm tích Đệ tứ

4 Điểm mới của đề tài

- Lần đầu tiên nước nhạt dưới đất trong vùng cát ven biển Quảng Bình được đánh giá một cách tổng hợp, có hệ thống và tương đối định lượng bằng việc xử lý khối lượng tài liệu phong phú và tiến hành điều tra, nghiên cứu bổ sung về điều kiện hình thành các tầng chứa nước, trữ lượng khai thác tiềm năng và chất lượng nước dưới đất

- Đã xây dựng được định hướng khai thác, sử dụng nước nhạt dưới đất trong vùng nghiên cứu, đó là kết hợp giữa quy hoạch với việc áp dụng các kỹ thuật công nghệ khai thác và quản lý nguồn nước hợp lý

5 Các luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Vùng cát ven biển Quảng Bình với cấu trúc địa chất khá

phức tạp, các hoạt động tân kiến tạo tương đối mạnh, thành phần thạch học của trầm tích Đệ tứ đa nguồn gốc, địa hình có hướng nghiêng thoải dần từ lục địa ra biển và sự phân hóa điều kiện khí hậu với nền nhiệt cao, lượng bốc hơi

và lượng mưa lớn là những yếu tố đóng vai trò quyết định đến sự hình thành hai tầng chứa nước lỗ hổng Holocen (ký hiệu qh) và Pleistocen (ký hiệu qp) trong trầm tích Đệ tứ Chế độ thủy văn, hải văn, đặc điểm thổ nhưỡng, thảm thực vật và các hoạt động nhân sinh là những yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành trữ lượng và chất lượng NDĐ trong vùng

Luận điểm 2: Nước nhạt dưới đất trong trầm tích Đệ tứ vùng nghiên cứu

được hình thành chủ yếu từ nước mưa với hệ số cung cấp ngấm đạt 15 - 16%, trữ lượng tiềm năng không lớn khoảng trên 1.850.000m3/ngày, được hình thành chủ yếu từ trữ lượng động tự nhiên (95%) và một phần từ trữ lượng tĩnh

tự nhiên (5%) Tuy nhiên, nước có chất lượng tốt, có thể khai thác đáp ứng được nhu cầu về sinh hoạt và phát triển các ngành kinh tế bằng các giải pháp kết hợp quy hoạch với kỹ thuật công nghệ khai thác và bảo vệ, quản lý

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Làm sáng tỏ điều kiện hình thành, quy luật phân bố, đặc

điểm trữ lượng, chất lượng nước nhạt dưới đất trong trầm tích Đệ tứ vùng cát ven biển Quảng Bình; Đề xuất các giải pháp mang tính khoa học nhằm bảo vệ nước dưới đất khỏi bị hao hụt trữ lượng và suy giảm về chất lượng

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu là tài liệu có thể sử dụng để định

hướng khai thác, sử dụng nước dưới đất và hỗ trợ công tác quy hoạch cấp nước cho vùng cát ven biển Quảng Bình cũng như các vùng khác có điều kiện tương tự

7 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện luận án, tác giả đã sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp kế thừa

Bằng việc kế thừa, sử dụng có chọn lọc những số liệu, kết quả đã nghiên cứu của các đề tài nghiên cứu khoa học, các dự án điều tra chuyên ngành đã được công bố từ trước có liên quan đến khu vực để phục vụ mục tiêu của đề tài luận án

- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa

Quá trình điều tra khảo sát ngoài thực địa nhằm đánh giá điều kiện tự nhiên gồm đặc điểm địa mạo, khí hậu, chế độ thủy văn, hải văn, thảm thực vật, lớp phủ thổ nhưỡng và các hoạt động nhân sinh ảnh hưởng đến NDĐ trong vùng

Tiến hành đo vẽ các mặt cắt địa chất, địa chất thủy văn, chính xác hóa cột địa tầng các lỗ khoan, các thông số tầng chứa nước, đo đạc thu thập các số liệu về động thái NDĐ, lấy mẫu phân tích thành phần hóa học và đánh giá chất lượng NDĐ tại khu vực

- Phương pháp xử lý và tổng hợp tài liệu

Bằng các phương pháp tổng hợp và xử lý có chọn lọc các tài liệu, tác giả tiến hành phân tích, so sánh, đánh giá để xác định những đặc điểm, tính đặc trưng phù hợp theo từng mục tiêu nghiên cứu

Áp dụng phương pháp toán (giải tích, xác suất thống kê, ) trong tính toán thủy động lực nhằm xác định sự hình thành trữ lượng và chất lượng NDĐ

- Phương pháp bản đồ và hệ thông tin địa lý (GIS)

GIS là phương pháp phù hợp trong nghiên cứu điều tra đánh giá tài nguyên thiên nhiên, gồm tập hợp các công cụ nhằm mô phỏng, phân tích và thể hiện các

dữ liệu không gian địa lý và chuyển đổi chúng nhằm tạo khả năng giao diện các thuộc tính của các nguồn dữ liệu thông qua bản đồ Từ bản đồ có thể nhận thức các hiện tượng tự nhiên và xã hội tác động đến đối tượng nghiên cứu, từ đó có định hướng khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên

8 Cơ sở tài liệu và cấu trúc luận án

- Cơ sở tài liệu

Luận án được hoàn thành trên cơ sở các nguồn tài liệu chính như sau: + Các báo cáo điều tra về NDĐ; Các đề tài, dự án nghiên cứu đánh giá tài nguyên NDĐ liên quan đến vùng nghiên cứu, gồm các tài liệu của Khoa Địa lý

- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên; Viện Khoa học vật liệu, Viện Địa lý thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam; Trường Đại học Mỏ - Địa chất; Viện Khí tượng Thủy văn; Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn, Chi cục Đo lường - Tiêu chuẩn - Chất lượng và Trung tâm Nước sạch và Vệ sinh môi trường nông thôn tỉnh Quảng Bình; Các báo cáo điều tra tài nguyên nước của Liên đoàn Quy hoạch & Điều tra Tài nguyên nước miền Bắc và Cục Quản lý tài nguyên nước thuộc Bộ Tài nguyên Môi trường;

- Các công trình nghiên cứu khoa học trong nước và nước ngoài dưới dạng tạp chí, báo cáo hội thảo, hội nghị chuyên ngành tài nguyên nước, địa lý, địa chất, địa chất thủy văn (ĐCTV), địa mạo, môi trường;

- Các công trình nghiên cứu khoa học của tác giả có liên quan đã công bố

trên các tạp chí, báo cáo hội nghị - hội thảo khoa học trong nước trong thời gian từ năm 2005 đến nay

- Các tài liệu về động thái NDĐ, kết quả thí nghiệm thấm, kết quả phân tích mẫu nước, các tài liệu về điều kiện tự nhiên, KT - XH của vùng nghiên cứu được công bố trong các công trình sau:

+ Đề tài cấp Nhà nước, mã số KC.09.08/06.10 năm 2010: Luận chứng khoa học về mô hình quản lý và phát triển bền vững đới bờ biển các tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, do Nguyễn Cao Huần chủ trì.

+ Đề tài cấp Nhà nước, mã số KC.08.21 năm 2005: Nghiên cứu xây dựng giải pháp tổng thể sử dụng hợp lý các giải cát ven biển miền Trung từ Quảng Bình đến Bình Thuận, do Trần Văn Ý chủ trì.

+ Đề tài KHCN cấp tỉnh năm 2007: Nghiên cứu đề xuất giải pháp sử dụng hợp lý tài nguyên nước dưới đất ở vùng cát ven biển bắc Quảng Bình nhằm phát triển kinh tế - xã hội bền vững, do Lại Vĩnh Cẩm và Nguyễn Xuân Tặng đồng chủ trì

+ Đề tài KHCN cấp tỉnh năm 2005: Nghiên cứu các yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến nuôi tôm trên cát và giải pháp khắc phục, do Trần Văn Ý

và Nguyễn Xuân Tặng đồng chủ trì

- Cấu trúc của luận án

Ngoài phần Mở đầu và Kết luận, luận án gồm 4 chương như sau:

Chương 1: Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu nước dưới đất

vùng cát ven biển

Chương 2: Điều kiện hình thành và các nhân tố ảnh hưởng đến nước

dưới đất vùng cát ven biển Quảng Bình

Chương 3: Đặc điểm nước dưới đất vùng cát ven biển Quảng Bình

Chương 4: Định hướng khai thác, sử dụng nước dưới đất vùng cát ven

biển Quảng Bình

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG CÁT VEN BIỂN

1.1 Tổng quan nghiên cứu về sự hình thành nước dưới đất vùng cát ven biển

1.1.1 Trên thế giới

1) Nghiên cứu sự hình thành trữ lượng nước dưới đất

NDĐ được biết đến và khai thác, sử dụng từ thời cổ xưa (cách đây khoảng 3.000 năm), ở Châu Á, Bắc Phi và kéo dài từ Afghanistan đến Moroco, người ta đã đào các giếng nằm ngang để lấy nước ở những vùng có địa hình cao cấp nước cho các nông trại [8]

Song song với quá trình sử dụng nước đã xuất hiện những giả thiết và những ý niệm đầu tiên về NDĐ, đó là: NDĐ bắt nguồn từ nước đại dương đi lên theo các khe nứt của đá dưới áp lực bề mặt (Thales ở Mille, 650 - 548 TrCN) hay người ta cho rằng nước trong các con sông, trong các mạch nước, hơi nước 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 ngưng đọng của hơi nước từ khí quyển (Aristotel, 384 - 322 TrCN) Muộn hơn nữa, Lucrexius Carus (98 - 53 TCN) lại chỉ ra rằng NDĐ do nước biển đi lên và nhạt hóa hay

do nước mưa 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 đường ngấm sâu vào lòng đất của nước mưa, nước tuyết tan và các loại nước trên mặt đất (Mark Vitruvi Polio, Perrp P.V., Mariolt E., Lomonoxov M.V.) [8,44]

Tiếp đến, thuyết ngưng tụ ra đời với nội dung cơ bản khi coi NDĐ được hình thành do bề mặt các vật liệu dạng hạt lạnh hơn đã hút hết hơi ẩm từ không khí và ngưng tụ hơi nước trong trong nhiều lỗ hổng nguội lạnh của lớp thổ nhưỡng và đất đá nằm phía dưới (Aristot, thế kỷ IV, TrCN)

Từ những năm đầu của thế kỷ 17, khoa học nghiên cứu NDĐ đã có chiều hướng phát triển nhiều hơn Các nước đi đầu nghiên cứu và đặt nền móng cho ngành khoa học ĐCTV phải kể đến là Nga, Hà Lan, Pháp, Mỹ, Đức, v.v nổi bật có Lomonoxov M.V, Becnoulli D., Euler (1750), Jucovxki N.E [100]

Nhằm phục vụ cho các hoạt động của con người, sử dụng NDĐ vùng ven biển đã được nhiều nước trên Thế giới tiến hành với hình thức khai thác bằng các lỗ khoan nông, lấy nước 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 nước vùng khô hạn và bán khô hạn, đồng thời đưa ra những thông số đặc trưng phục vụ cho công tác khai thác thuận lợi (Alex du Toit, 1906) [44]

Khái niệm về các tầng chứa nước vùng cát ven biển còn được coi như

mỏ nước 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.M., Plotnikov N.J (1930) [55]

Yếu tố hải văn với đặc trưng là chế độ triều ảnh hưởng rất lớn đến động thái NDĐ, đó là tác động của sóng làm thay đổi mực NDĐ trong các tầng chứa nước ven biển Để nghiên cứu các tác động của thủy triều đối với NDĐ vùng ven biển, người ta đã sử dụng phương 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 được sự ảnh hưởng giữa triều vào mực NDĐ là đồng pha và đã nhận diện được mức độ ảnh hưởng của thủy triều đến chất lượng NDĐ thông qua các đặc trưng về độ pH,

EC và DO (Nielsen, 1990; Ataie - Ashtiani và nnk, 1999; Raubenheimer, 1999; Singh và Gupta, 1997) [107,109]

Một phương pháp nhằm đánh giá lượng cung cấp thấm từ nước mưa đã được Bindeman N.N (1963), Stamm (1967) tính toán dưới dạng giá trị phần trăm lượng nước mưa thấm theo chiều sâu của lớp chứa nước thông qua chuỗi

số liệu quan trắc thủy văn trong các lỗ khoan thí nghiệm [17]

Những kết quả nghiên cứu có tính ưu việt và được sử dụng nhiều nhất là tính thực nghiệm khi tính toán khối lượng cung cấp của nước mưa cho NDĐ dựa trên đặc tính trơ của nguyên tố clorua (Cl-) giữa hàm lượng Cl- có trong NDĐ và nước mưa và gọi là phương pháp cân bằng clorua Phương pháp này được đề xuất bởi Allison và Hughes (1978), sau đó, nó được 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

Gaye (1994), Kennet - Smith và nnk (1994), de Silva (1996), Sukhija và nnk (1996), và de Silva (1998), Martin (2000) [103,106,108,111]

Việc xác định cấu trúc chứa nước, nguồn gốc hình thành, tuổi và sự cung cấp hay tiêu thoát của NDĐ cũng như bảo vệ chúng dựa trên quá trình phân rã của các đồng vị phóng xạ như 13

C, 14C, D, T, 18O, 36Cl, 226Ra và 222Rn, và được gọi là phương pháp đồng vị Phương pháp này đã được 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 (1992), Mazor và George (1992), Wener U và Doerr H (1994), Allison (1994), Moor (1996), Hussian (1999), Burnett (2001), v.v

Một trong những phương pháp xác định nguồn gốc và điều kiện thành tạo NDĐ đã được Vinogradov A.P., Xulin V.A., Buneev A.N., đề xuất trên

cơ sở xác lập các tỷ số đặc trưng giữa hàm lượng các nguyên tố có mặt trong nước của các đại lượng thuộc chu trình thủy văn, sau đó so sánh với nước biển Các tỷ số này có dạng rNa/rCl, Cl/Br, Br/I, [44]

Nghiên cứu sự vận động của nước nhạt ven biển đã được Girinxki N.N (1948) xác lập nhiều phương trình tính toán lưu lượng dòng nước ngầm trên

bờ biển và trong các đảo cát ở biển khi giả thuyết rằng giữa nước nhạt và nước mặn được ngăn cách bởi đường 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 nước đồng nhất Nghiên cứu lượng NDĐ tiêu thoát ra biển là một vấn đề phức tạp, đòi hỏi có chuỗi quan trắc lâu dài cũng như khối lượng thông tin đa dạng, việc tính toán thông thường dựa trên các nguyên lý thủy động lực NDĐ (Smiles và Stokes, 1976; Nielsen,1989; Gourlay, 1992; Turner, 1997; Li, 2004) Sau đó đã được đơn giản hóa bằng phương 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 hưởng của thảm thực vật đến quá trình hình thành NDĐ cũng được đề cập đến từ đầu thế kỷ XX Bằng phương pháp cân bằng nước, cân bằng lượng clorua và các phương pháp tỷ lưu lượng có thể xác định được lưu lượng 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 như khi bị xáo trộn Trên cơ sở đó, kết quả nghiên cứu này đã đưa ra được những phương pháp luận đúng đắn cho khai thác,

sử dụng NDĐ trong vùng cát ven biển bằng các giải pháp tăng cường nguồn nước nhạt cung cấp cho tầng chứa nước nhằm sử dụng lâu dài và có hiệu quả (George P.J., 1985) [108]

Đến nay các nước tiên tiến trên Thế giới đã tiến hành nghiên cứu và đạt được nhiều kết quả quan trọng về sự tác động của việc thay đổi khí hậu đến tài nguyên nước nói chung Trong yếu tố khí hậu được chú trọng nhiều nhất là lượng mưa bổ cập cho nước ngầm và quá trình tăng nhiệt độ kèm theo sự dâng cao mực nước biển xâm nhập vào đất liền Các dự án điều tra đánh giá tài nguyên nước được kết hợp với nhiều lĩnh vực khác và được 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 được dự báo trực tiếp đối với nước 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 nước khi có sự thay đổi của lượng mưa và nhiệt độ Trên bình diện quốc tế, chỉ một vài nghiên cứu thể hiện dưới dạng các báo cáo thường 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 lượng các quá trình thủy văn và liên kết giữa chúng với NDĐ bằng phương mô hình dự báo và tính toán (York, 2002) [81-84,89]

Nghiên cứu đặc điểm hình thành NDĐ đến nay đã đạt được nhiều kết quả nhất định, đặc biệt bằng phương pháp mô hình (mô hình vật lý, mô hình toán, mô hình tỷ lệ, ), nhiều công trình đã đi sâu đánh giá định lượng quá trình hình thành trữ lượng động tự nhiên, trữ lượng khai thác tiềm năng, trong

đó, việc xác định trữ lượng thấm xuyên từ tầng chứa nước này sang tầng chứa nước khác hay trữ lượng cuốn theo khi có các hoạt động khai thác, sử dụng NDĐ, xác định quá trình lan truyền vật chất trong nước 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.V (1711 - 1765) trên cơ sở nghiên cứu quá trình hóa

lý của NDĐ với đất đá hình thành nên tổng khoáng hóa trong nước Ông cũng

đã nêu lên bản chất và tính đa dạng của thành phần hóa học bởi sự hòa tan và

rửa lũa của đất đá Tiếp theo đó, nhiều nhà khoa học đã đi sâu giải quyết vấn

đề này như Bunsen R (1871), Fresenius, Clusius (1857), Than K (1864) và Arrhenius S (1887) [79,85,91,95,99,107]

Chất lượng NDĐ được hình thành từ tổng hợp của nhiều quá trình thành tạo của tầng chứa nước 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 trường thạch học cũng như các chất mà nó tiếp xúc Vernatxki V.I cho rằng sự hình thành thành phần hóa học NDĐ là kết quả của sự phá hủy trạng thái cân bằng của hệ thống đất đá - nước - khí - vật chất sống

Chất lượng nước đối với đời sống con người và phát triển kinh tế luôn là vấn đề được quan tâm hàng đầu của nhiều quốc gia, trong khi, những vùng đồng bằng kể cả vùng ven biển là địa thế thuận lợi cho dân cư tập trung đông đúc và có nhu cầu sử dụng nước rất lớn Khởi đầu nghiên cứu thành phần nước nhạt trong cát ven biển phải kể đến các nước Scotland, Hà Lan, Australia, Trung Quốc, Slilanka, tiêu điểm là nghiên cứu chất lượng nước trong các tầng nông, có ảnh hưởng mạnh mẽ của nước biển, đối tượng chính

là hàm lượng sắt, độ kiềm, canci (Ranwell, 1972; Gibble và Hall, 1985; Pettijohn, 1987; Paterson, 1997) [90,93,97,98]

Nghiên cứu sự hình thành và biến đổi thành phần hoá học của NDĐ là một trong những vấn đề được các nhà khoa học địa chất thuỷ văn, đặc biệt là các nhà thủy địa hoá quan tâm như Picheva K.E., Poxokhop E.V, Beluxova A.P., Karxep A.A., Pinheker E.V., Xamarina V.X., Appelo A.J., Postma D., Fetter C.W [85] Các tác giả đã tiếp cận vấn đề biến đổi chất lượng NDĐ theo nhiều cách khác nhau nhưng mục đích cuối cùng là đánh giá mức độ biến đổi thành phần hoá học nhằm bảo vệ NDĐ khỏi bị nhiễm mặn bởi nước biển

và nhiễm bẩn từ các yếu tố gây bẩn Có những tác giả đi sâu nghiên cứu điều kiện, yếu tố hình thành thành phần hoá học của NDĐ hay nghiên cứu chi tiết

về điều kiện môi trường địa hoá ảnh hưởng đến sự biến đổi các nguyên tố Beluxova A.P đã đề cập đến nguyên tắc và phương pháp nghiên cứu các quá trình hình thành chất lượng NDĐ, phân tích tiến trình phát triển của thành phần hoá học NDĐ dưới ảnh hưởng của quá trình kỹ sinh và đánh giá được mức độ tổn thương của NDĐ bằng cách sử dụng các chỉ số, chỉ thị đặc trưng cho sự chống lại nhiễm bẩn Picheva K.E đã xác nhận quy luật biến đổi thành phần hoá học của nước thiên nhiên và đánh giá sự bền vững của các nguyên

tố phổ biến trong vỏ Trái đất là sắt, canci, magie, natri, kali, silic, phốt pho, cacbon, lưu huỳnh, clorua, Sự bền vững của các thành phần trong nước được xác định bằng độ hoà tan của các hợp chất tạo thành từ các nguyên tố đó, đánh giá được vai trò của các yếu tố trong sự hình thành thành phần hoá học của nước ở mức độ khác nhau, thông thường chúng phụ thuộc vào độ tổng khoáng hoá, điều kiện thế nằm của tầng chứa nước, điều kiện trầm tích và hoàn cảnh nhiệt động, v.v

Các tác giả như Appelo A.J., Postma D., Fetter C.W (1993), David K.Todd [85] nghiên cứu chi tiết hơn về địa hoá và các quá trình nhiễm bẩn NDĐ, sự tương tác chặt chẽ giữa đất đá và nước cùng với sự tham gia của vi sinh vật đã gây nên sự biến đổi về thành phần cũng như hàm lượng của các nguyên tố trong NDĐ Các tác giả này cũng nhấn mạnh vai trò của quá trình thuỷ động lực, quá trình hóa lý xảy ra trong môi trường nước đến sự hình thành và biến đổi thành phần hoá học của NDĐ Trên cơ sở nghiên cứu sự phát triển của các loài thực vật sống trong môi trường đất cát ven biển đã xác định được khả năng hấp thu nước và tác động đến chất lượng NDĐ (Oosting và Billings, 1982; Asprey và Loveless, 1958; Martin, 1959; Sauer, 1976) [99,107] Quá trình thành phần hóa học NDĐ từ trước đến nay có thể được tổng hợp thành các nhóm chính gồm các quá trình thủy phân và rữa lũa các đất đá; hấp phụ và trao đổi ion; khuếch tán; pha trộn; bốc hơi và quá trình sinh vật [44] Trong Thế kỷ XX, nghiên cứu NDĐ nói chung và nước vùng cát ven biển nói riêng đã bước vào thời kỳ phát triển cao, các tác giả nổi tiếng như Dachler R., Imbeause E., Keilhak K., Koehne W., Them G., đã không những đóng góp

về mặt lý thuyết, mà còn tìm ra các giải pháp bảo vệ, sử dụng hợp lý hơn tài nguyên NDĐ từ phạm vi và quy mô nghiên cứu riêng lẻ sang nghiên cứu và quản lý tổng hợp Các công trình nghiên cứu góp phần đảm bảo tính bền vững trong sử dụng tài nguyên, tránh bị cạn kiệt và ô nhiễm môi trường NDĐ

Kết quả nghiên cứu sự phân tán của nước mặn vào NDĐ cho thấy có sự gia tăng tuyến tính với vận tốc dòng chảy, quyết định bởi hệ số thấm cao hay thấp;

độ lỗ hổng và độ dốc thủy lực (Fetter, 1993) và sự dao động tạo áp lực của thủy triều cũng gây nên quá trình pha lẫn của chúng (Cooper, 1959) [85,112]

Vùng cát có diện tích rộng lớn nhất phải kể đến sa mạc Sahara (Angeria), chiếm diện tích trên 15.000 km2

Phần lớn, các dải cát ở đây có nguồn gốc hiện đại thuộc các trầm tích biển gió và sông biển Những khảo sát đầu tiên được

Dervieux bắt đầu từ thời kỳ năm 1953 đến 1956, tiếp đến là nghiên cứu thành phần hóa học NDĐ bằng phương pháp thủy văn đồng vị, điển hình có công trình của Guendouz (1985), Guendouz (1992, 1993); Anrh (1993); Bneder (1992); Moulla (1992, 1995, 1996) Ngoài ra, các khảo sát khác về mặt thủy động lực như mô hình hóa có công trình của Levassor (1978), Cote (1993), Bonard và Gardel (1998) [101]

Từ việc nghiên cứu mặt ranh giới mặn - nhạt trong các tầng chứa nước ven biển đã tạo tiền đề cho các công trình khoa học sau này về nghiên cứu quá trình pha trộn giữa nước biển và NDĐ hay sự xâm nhập mặn của nước biển vào tầng chứa nước, quá trình tiêu thoát NDĐ ra biển dưới dạng dòng thấm liên tục của đới chứa nước ven biển cho thấy dòng thấm xảy ra trong cả vùng nước nhạt và nước mặn, nước nhạt thấm ngược lên để tiêu thoát ở gần

bờ biển và có một dòng tuần hoàn trong nước mặn gần mặt ranh giới, kết quả nghiên cứu này được trích dẫn rộng rãi và đã được nâng lên thành nguyên lý Ghyben - Herzberg (DuCommun J., 1828; Cooper,1959) Kết quả nghiên cứu quá trình phân tán thấm và vận chuyển khối của nước nhạt ven biển với nước biển cho thấy vùng phân tán thường mỏng so với toàn bộ chiều dày của các thấu kính nước nhạt, mặt khác chúng hình thành và vận chuyển theo nhiều quá trình phức tạp (Bredehoeft và Pinder, 1973; Segol, Pinder và Grey, 1975)

Sự phân tán của nước mặn gia tăng tuyến tính với việc tăng vận tốc dòng chảy, quyết định bởi hệ số thấm, độ lỗ hổng và độ chênh thủy lực (Fetter, 1993) Sự dao động và tạo áp lực của thủy triều cũng gây nên quá trình pha lẫn của chúng và dấu hiệu nổi bật của triều dễ nhận biết hơn qua hệ số thấm cao hay thấp (Cooper, 1959) [85-87,90,94,102,112,105,113]

Trên Thế giới, ngày càng có nhiều công trình khoa học được thực hiện trên nhiều khu vực ven biển nhằm nghiên cứu nguồn gốc hình thành NDĐ, xác định diện thay đổi mực nước, xác định nguồn gốc và đánh giá mức độ nhiễm mặn NDĐ, xác định mối quan hệ tuổi của NDĐ và khảo sát về mặt thời gian của quá trình biến đổi trữ lượng và nguồn gốc của chúng

1.1.2 Ở Việt Nam

Vấn đề địa chất khu vực miền Trung nói chung và vùng Quảng Bình nói riêng đã được tiến hành điều tra từ những năm đầu thế kỷ 20, thể hiện trên tờ bản đồ địa chất tỷ lệ 1:500.000 (Jacob C., 1921 và Fromaget J., 1927) Thời

kỳ Pháp thuộc, trong tờ bản đồ địa chất Huế - tỷ lệ 1/500.000 (Hoffet J.H.,

1935) đã nghiên cứu và đánh giá quá trình thành tạo đụn cát và thành phần của chúng Các thành tạo cát màu vàng ven biển từ Quảng Bình đến Thừa Thiên - Huế được gọi là phù sa mới thuộc trầm tích Đệ tứ [11-13,23]

Sau năm 1954, quá trình thành tạo cát ven biển miền Trung đã được đầu

tư nghiên cứu nhiều hơn, trong đó, Tổng Cục Địa chất đã tiến hành chỉnh lý

và khảo sát thực địa trên toàn miền Bắc Việt Nam Đặc điểm địa tầng địa chất vùng nghiên cứu trong đó có các trầm tích Đệ tứ đa nguồn gốc được thể hiện trên tờ bản đồ Mahaxay - Đồng Hới, tỷ lệ 1:200.000 thành lập trong những năm 1979 - 1983 và được hiệu đính năm 1992-1993; Bản đồ địa chất Đệ tứ Việt Nam, tỷ lệ 1/500.000 (Nguyễn Đức Tâm và Đỗ Tuyết, 1994), Ngoài

ra, một số hợp phần tự nhiên cũng đã được tiến hành nghiên cứu ở nhiều mức

độ khác nhau như về sử dụng đất cát biển (Lê Đức An, 1982, 1996; Phan Liêu, 1987); về địa mạo bờ biển, lịch sử phát triển đồng bằng (Đặng Văn Bào, Nguyễn Vi Dân, Bùi Văn Nghĩa, 1977, 1996; Nguyễn Đức Tâm, 1982); về trầm tích cát (Trần Nghi, 1996); về phân loại cát bề mặt (Nguyễn Tiến Hải, 2001), về địa mạo, xói lở bờ biển miền Trung trong mối tương quan đến sự vận động các dải cồn cát (Vũ Văn Phái, 1996 - 2006) [11-13,17-19,21-23,25,26,50]

Những năm gần đây, việc nghiên cứu và đánh giá tài nguyên trong khu vực nhằm phục vụ phát triển KT - XH đã được tiến hành khá tỷ mỷ Điển hình về đánh giá tổng thể sử dụng hợp lý dải cát ven biển miền Trung và bảo vệ môi trường đã được thể hiện trong nội dung của Đề tài cấp Nhà nước, mã số KC.08.07 (Trương Quang Học, 2003) và KC08-21 (Trần Văn Ý, 2005) [36,77] Vấn đề nghiên cứu cân bằng bảo vệ, sử dụng có hiệu quả nguồn nước phục vụ phát triển kinh tế xã hội ven biển miền Trung đã được thực hiện trong

Đề tài cấp Nhà nước, mã số KC-12-03 (Ngô Đình Tuấn, Lê Văn Nghinh, Nguyễn Văn Lai, Nguyễn Trọng Sinh,…,1995)

Đới bờ biển Quảng Bình - Quảng Trị - Thừa Thiên Huế đã được nghiên cứu xác lập luận chứng khoa học về điều kiện tự nhiên, tài nguyên, KT - XH, môi trường và tai biến thiên nhiên, mâu thuẫn trong khai thác và sử dụng tài nguyên làm căn cứ đầu vào cho phân vùng chức năng để xác lập mô hình quản lý tổng hợp và phát triển bền vững (PTBV) (Nguyễn Cao Huần, 2010) [39,40]

NDĐ là đối tượng đã được các tổ chức, cơ quan chuyên ngành trong

nước nghiên cứu và đã đạt được những kết quả nhất định Các công trình được triển khai trên hầu khắp lãnh thổ Việt Nam với nhiều vấn đề khác nhau, gồm có ĐCTV khu vực (Nguyễn Thượng Hùng, 1967; Nguyễn Văn Túc, 1974; Nguyễn Kim Cương, 1988 - 1995; Đặng Hữu Ơn, 1995, ); thủy địa hóa (Vũ Ngọc Kỷ, 1975,1988,1992; Nguyễn Kim Ngọc, 1983 - 1988), đồng

vị NDĐ (Vũ Kim Tuyến, 1996; Bùi Học, 2006), [34,35,58,59,61]

Giai đoạn 1976 - 1980 có nhiều chương trình cấp Nhà nước và đề tài nghiên

cứu tổng hợp ĐCTV lãnh thổ ra đời Đề tài “NDĐ Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam”, mã số 44-04-01-01 do Vũ Ngọc Kỷ chủ biên tổng hợp được hầu hết

các tài liệu ĐCTV và NDĐ từ trước đến những năm đầu của thập kỷ 80 Đây là công trình đã phản ánh khách quan điều kiện ĐCTV của đất nước và đã đánh giá đầy đủ các khía cạnh của lĩnh vực ĐCTV và NDĐ trong mấy chục năm qua Khu vực ven biển miền Trung đã có hàng loạt các công trình điều tra về

ĐCTV - ĐCCT phục vụ cho công tác thành lập bản đồ chuyên đề, đó là NDĐ các đồng bằng ven biển miền Trung và Nam Trung Bộ (Nguyễn Trường Giang, 1992), Báo cáo lập bản đồ ĐCTV Việt Nam tỷ lệ 1:500.000 (Trần Hồng Phú, 1988) [37]

Công tác điều tra cơ bản về tài nguyên, môi trường, đánh giá tổng hợp hiện trạng chất lượng nước và khả năng cung cấp nước ở dải ven biển miền Trung, trong đó có vùng cát ven biển Quảng Bình đã được tiến hành bởi Ngô Ngọc Cát (1999), Đoàn Văn Cánh (2003), Nguyễn Xuân Tặng (2008), Phạm Văn Thanh (2005), Lê Thị Thanh Tâm (2009) [7,72,73]

Kết quả tìm kiếm NDĐ vùng Đồng Hới - Bình Trị Thiên (Nguyễn Trường Đỉu, 1978) và vùng Quảng Trạch - Quảng Bình (Nguyễn Trường Giang, 1995)

đã xác lập và phân chia ra các phân vị địa tầng trầm tích Kainozoi theo nguồn gốc, thành phần thạch học và tuổi, phân chia các tầng chứa nước và tính toán trữ lượng khai thác dự báo cũng như chất lượng NDĐ Những năm đầu thế kỳ XXI, việc đánh giá tiềm năng NDĐ một số vùng thuộc đồng bằng ven biển miền Trung, trong đó vùng cát ven biển Quảng Bình được Bộ Tài nguyên - Môi trường giao cho Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước miền Bắc thực hiện trong năm 2008 Kết quả đạt được còn mang tính chất suy luận một cách định tính, chưa có số liệu thực tế minh chứng đầy đủ như: nguồn gốc NDĐ, tính chất và quy luật nhiễm mặn (hoặc rửa mặn), mức độ và nguyên nhân nhiễm bẩn, những tác động tiêu cực hoặc tích cực của đối với môi trường sinh thái,

Ngoài ra, một số kết quả điều tra nghiên cứu cấp nước phạm vi nhỏ thuộc các vùng ven biển Quảng Bình đã xác định được trữ lượng khai thác tiềm năng cũng như chất lượng NDĐ trong dải cát ven biển tuổi mvQ23 và đã định hướng khai thác, sử dụng NDĐ phục vụ phát triển các mục đích KT - XH trên một số diện tích thuộc vùng nghiên cứu, điển hình có các công trình của Trần Văn Ý (2004), Lại Vĩnh Cẩm, Nguyễn Xuân Tặng (2007), Nguyễn Văn Canh (2009) [5,9,21-27,48,77,78]

Tầm quan trọng của NDĐ vùng cát ven biển Quảng Bình đã được khẳng định rằng, nó có thể góp phần cải tạo và ổn định môi trường sinh thái khi khai thác, sử dụng một cách hợp lý Nhằm tránh suy thoái và lãng phí nguồn NDĐ tại khu vực cần phải kết hợp các giải pháp khoa học kỹ thuật, công tác quản lý

và bảo vệ môi trường NDĐ (Phan Văn Trường, 2005 - 2010)

Một vấn đề quan trọng đối với vùng ven biển nói chung là sự xâm nhập mặn của nước biển Nằm cân bằng động với nước biển, NDĐ bị chi phối về động thái, trữ lượng và chất lượng do tác động của chế độ triều Nghiên cứu nhiễm mặn đã được Nguyễn Văn Hoàng, Nguyễn Thành Công, Đặng Tiến Dũng (2003) tính toán tối ưu khai thác nước nhạt dưới đất vùng ven biển miền Trung trên cơ sở xác lập mô hình lan truyền mặn và dự báo xâm nhập mặn Những kết quả nghiên cứu ĐCTV tại một số diện tích thuộc vùng ven biển Quảng Bình phần nào đã xác định được mặt cấu trúc, điều kiện phân bố tầng chứa nước trong các trầm tích Đệ tứ trên cơ sở thăm dò, tìm kiếm và đánh giá sơ bộ tài nguyên nước

Nghiên cứu NDĐ trong khu vực đóng vai trò hết sức quan trọng nhằm góp phần nâng cao tính hiệu quả trong khai thác sử dụng tài nguyên phục vụ phát triển KT - XH của khu vực, chính vì vậy, nhất thiết cần phải nghiên cứu sâu hơn, toàn diện hơn về điều kiện phân bố, nguồn gốc, điều kiện hình thành trữ lượng và chất lượng cũng như mức độ ảnh hưởng của các hợp phần tự nhiên và nhân sinh đối với NDĐ, từ đó định hướng khai thác, sử dụng hợp lý

và bảo vệ tài nguyên môi trường

1.2 Các cơ sở khoa học về nghiên cứu nước dưới đất

1.2.1 Khái niệm và phân loại nước dưới đất

1) Khái niệm

Tài nguyên nước bao gồm nước mưa, nước mặt (nước sông, ao hồ, hồ

chứa, ), NDĐ và nước biển Chúng được coi là các nguồn tài nguyên thiên nhiên đặc biệt, tính linh động cao và có khả năng tái tạo Nước phân bố rất rộng trên Trái đất và có mặt ở tất cả các quyển (khí quyển, thủy quyển, địa quyển và sinh quyển) và có vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển tự nhiên, đời sống loài người và sinh vật

NDĐ được xem là toàn bộ nước thiên nhiên ở tất cả các dạng lỏng, hơi, rắn tồn tại trong lòng đất, bao gồm cả nước trong đới bão hòa (có áp và không áp) và đới thông khí (hơi nước, nước ngưng tụ, nước thổ nhưỡng, nước thượng tầng, nước đóng băng)

Phần nước trọng lực ở trong tầng chứa nước thứ nhất tính từ trên mặt thường được gọi là “nước ngầm” Phía trên tầng nước ngầm thường không có lớp cách nước che phủ và nước trọng lực không chiếm toàn bộ bề dày của đất đá chứa nước, nên bề mặt gương nước ngầm là mặt thoáng tự do Trong một số trường hợp, đới thông khí có lớp cách nước hoặc thấu kính cách nước, sẽ làm nước ngầm có áp lực cục bộ

NDĐ tham gia vào vòng tuần hoàn của nước trong thiên nhiên và chiếm

tỷ trọng không lớn so với nước trên vỏ Trái đất Khối lượng NDĐ phần lục địa được đánh giá từ nhiều nguồn tài liệu [44] là rất khác nhau: theo Lvovic M.I có khoảng 64 triệu km3 (chiếm 72,41% tổng lượng nước trong khí quyển); theo Plotnikov N.I.: 23.700 triệu km3

(chiếm 49,43%), còn theo Cục Khảo sát địa chất Hoa kỳ chỉ có 4,0 triệu km3

(chiếm 14,16 %) (bảng 1.1) Cũng như các loại khoáng sản rắn khác, NDĐ tồn tại trong lòng đất với các tầng chứa nước được đánh giá dưới 3 dạng trữ lượng khác nhau như sau:

- Trữ lượng tĩnh tự nhiên: Tầng chứa nước luôn luôn có một lượng nước

nhất định, đó là trữ lượng tĩnh tự nhiên (gọi tắt là trữ lượng tĩnh) và được thể hiện ở hai dạng: đối với nước có áp là trữ lượng tĩnh đàn hồi và đối với nước không áp là trữ lượng tĩnh trọng lực

- Trữ lượng động tự nhiên: là lượng nước lưu thông trong tầng chứa nước

do có nguồn cung cấp và nguồn thoát Sự hình thành trữ lượng động tự nhiên trong các thành tạo chứa nước Đệ tứ vùng cát ven biển chủ yếu do cơ chế thấm

từ nước mưa qua đới thông khí, miền cấp trùng với miền phân bố

- Trữ lượng khai thác tiềm năng: là lượng nước có thể khai thác được với

điều kiện kỹ thuật cho phép và chất lượng nước đảm bảo yêu cầu trong suốt thời

gian khai thác, đồng thời không làm nhiễm bẩn và cạn kiệt tầng chứa nước, không gây tác động xấu đến môi trường sống Các nguồn tham gia hình thành trữ lượng khai thác tiềm năng gồm có trữ lượng động tự nhiên và một phần trữ lượng tĩnh tự nhiên

Bảng 1.1: Sự phân bố nước phần lục địa vỏ Trái đất

nước (103km3)

Tỷ lệ (%)

Thể tích nước (103km3)

Tỷ lệ (%)

Thể tích nước (103km3)

Tỷ lệ (%)

Nước dưới đất 64.000 72,41 23.700 49,43 4.000 14.16 Băng tuyết 24.000 27,15 24.064 50,18 24.000 84.95

Trong khi đó, cách phân loại NDĐ ở Mỹ và một số nước Châu Âu thường dựa vào lưu lượng khai thác và tổng chất rắn hòa tan (Freeze and Cherry, 1979) hoặc dựa vào đặc điểm áp lực và điều kiện phân bố và hoặc dựa vào các tiêu chuẩn sử dụng nước

Trên cơ sở điều kiện thế nằm, đặc điểm áp lực, đặc điểm động thái, nguồn gốc và khả năng sử dụng nước trong mục đích phát triển KT - XH tại

vùng nghiên cứu, NDĐ được phân thành nước trong đới thông khí, nước ngầm và nước acterzi - phù hợp với cách phân loại của Ovtsinnicov A.M - Klimentov P.P (1967) (bảng 1.2) [44,46]

Bảng 1.2: Phân loại nước dưới đất theo điều kiện chiều sâu, thế nằm

Đặc điểm động thái

Nguồn gốc

Đối tượng

sử dụng nước Nước

Trùng nhau

Không thường xuyên

Ngấm, ngưng

tụ

Nông nghiệp

cỏ, hoang mạc, bán hoang mạc, deluvi, proluvi vùng núi và vùng cát ven biển

Mực nước dao động phụ thuộc nguồn cấp trên mặt, sự bốc hơi và mức truyền

áp lực

Sinh hoạt, nông nghiệp, lâm nghiệp, công nghiệp

Nước

acterzi Có áp

Nước áp lực giữa tầng (nước mỏ dầu, nước dưới băng, nước nóng, nước khoáng, )

Không trùng nhau

Mực nước dao động do

sự truyền áp lực

Ngấm

từ biển

và nguyên sinh

Nước nhạt để cấp nước, nước khoáng hóa để chữa bệnh

Nguồn: theo Ovtsinnicov A.M - Klimentov P.P (1967) [ 44 ]

1.2.2 Nguồn gốc và sự hình thành trữ lượng

1) Nguồn gốc

Căn cứ vào điều kiện địa chất, kiến tạo, thành phần thạch học, đặc điểm địa hình và mối quan hệ của nó với các yếu tố tự nhiên mà NDĐ có nguồn gốc khác nhau Trong môi trường địa chất là các trầm tích Đệ tứ, nguồn gốc NDĐ có thể tồn tại các dạng sau:

a Nguồn gốc ngấm: NDĐ do nước mưa ngấm xuống mà thành, nằm ở

phần ngoài cùng của vỏ Trái đất, là kiểu nguồn gốc phổ biến có mực nước dao động phù hợp với sự biến đổi của lượng mưa và đặc điểm của địa hình,

cho nên nó cũng tạo ra những lưu vực giống như lưu vực sông, nước di chuyển từ nơi địa hình cao đến nơi địa hình thấp dưới dạng các dòng ngầm Các quá trình cơ bản quyết định thành phần hóa học của nước ngấm là sự hòa tan và rửa lũa đất đá, hỗn hợp với nước biển, trầm đọng chất khoáng, vi sinh vật và các quá trình hóa lý

b Nguồn gốc ngưng tụ: Trong đới thông khí tồn tại hơi nước, chúng có thể

ngưng tụ và bám vào các hạt vật chất hình thành nên các giọt nước sau đó có thể ngấm xuống phía dưới sâu Những khu vực có lượng mưa lớn và thường xuyên ít tạo nên nước ngưng tụ, còn những vùng khô hạn ít mưa, lượng bốc hơi lớn sẽ xuất hiện sự ngưng tụ hơi nước trong đất đá

c Nguồn gốc khoáng vật: Một khối lượng nhỏ nước được hình thành từ quá

trình tách thoát nước dạng kết tinh của một số khoáng vật tồn tại trong đới nhiệt

độ cao Tuy nhiên, loại nước này không đáng kể và ít có điều hiện hình thành

d Nguồn gốc trầm tích: Nước tồn tại cùng với quá trình trầm tích biển, sau

một quá trình biến đổi các trầm tích đó không chịu ảnh hưởng trực tiếp của biển và nằm ở lục địa, so với xung quanh, nước ở đây có độ khoáng hóa cao Đôi nơi, nước bị ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên như nước mưa, nhiệt độ,

vi khuẩn, có thể được rửa nhạt hoặc bị biến đổi về chất lượng Trong những đồng bằng bị chôn vùi mà trước đây chịu tác động của nước biển thường tồn tại nước trầm tích

e Nguồn gốc chôn vùi: Sau khi được hình thành, do điều kiện thay đổi của

vỏ Trái đất, chúng bị chôn vùi cùng với các đất đá chứa nước Nước chôn vùi được hình thành ở lục địa, có sau quá trình trầm tích đất đá và không còn tiếp xúc với khí quyển

2) Sự hình thành trữ lượng

Theo tính toán chung thì lượng hơi nước có trong khí quyển khoảng 12.900 km3, bằng 1/41 tổng lượng mưa rơi hàng năm trên toàn bộ Trái đất, có nghĩa là trong một năm diễn ra 41 vòng tuần hoàn hay 9 ngày là một vòng khép kín Chính vì vậy, sự hình thành và phân bố của NDĐ trong tầng chứa nước cũng rất đa dạng, trong đó quá trình vận động đóng vai trò quan trọng hơn cả và được quyết định bởi các yếu tố khí tượng (quá trình cung cấp ngấm của nước mưa, lượng bốc hơi), cấu trúc của tầng chứa nước (đồng nhất hay không đồng nhất), tính đẳng hướng hay dị hướng, tính phân lớp của đất đá và

thế nằm của đáy cách nước (nằm ngang hay nghiêng), chiều dày tầng chứa nước (ổn định hay thay đổi), đặc điểm áp lực của tầng chứa (có áp hay không áp), v.v [4,6-8]

Vùng cát ven biển được bao bọc về phía lục địa bởi các vùng đất cao, còn về phía biển là đường bờ biển Vật liệu và các loại đá trầm tích ở đây được hình thành hoặc do trầm tích lục địa hoặc do trầm tích biển Trầm tích lục địa có xu hướng trầm đọng ở phía bờ còn trầm tích biển thì trầm đọng ở phía biển và giao nhau, chiều dày thường mỏng ở phía lục địa và dày lên về phía biển Các đồng bằng ven biển nói chung hầu như đều có mặt các trầm tích Đệ tứ và hình thành nên các lớp chứa nước

Miền thoát nước chủ yếu của nước nhạt là bốc hơi qua bề mặt, thảm thực vật và các dòng bên sườn (dòng mặt và dòng ngầm) theo hướng dốc của thế nằm của tầng chứa nước Ngoài ra nước nhạt còn tiêu thoát theo cơ chế trộn lẫn với nước mặn dưới đất ở đới khuếch tán hoặc thấm qua lớp bán thấm Ở những nơi địa hình thấp giữa các đụn cát, NDĐ thường tạo nên các hồ trên cát

3) Sự hình thành chất lượng

Chất lượng của NDĐ được hình thành từ tổng hợp của nhiều quá trình thành tạo tầng chứa nước 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 trường thạch học cũng như các chất mà nó tiếp xúc Có thể sự hình thành thành phần hóa học NDĐ là kết quả của sự phá hủy trạng thái cân bằng của hệ thống đất đá - nước - khí - vật chất sống (Vernatxki V.I.)

Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy khi thành phần hóa học của NDĐ được hình thành hay bị biến đổi thường tạo thành các chất hóa học hòa tan hoặc dạng phân tử sau đó thông qua các quá trình hóa lý hay cơ học khác nhau để xâm nhập vào NDĐ Các quá trình ảnh hưởng trực tiếp đến NDĐ thuộc phạm vi nghiên cứu chủ yếu như sau:

a) Quá trình thủy phân và rửa lũa các đất đá

Quá trình thủy phân diễn ra dưới sự tác dụng của các phân tử nước với các pha rắn (khoáng vật) tạo thành màng mỏng bao quanh bề mặt khoáng vật hoặc xâm nhập vào các khe nứt của đá với tác nhân chính là các phân tử nước và nhóm (OH)-, Việc thủy phân phụ thuộc vào bản chất về thành phần hóa học cũng như cấu trúc tinh thể của khoáng vật và thời gian duy trì phản ứng Nếu trong

môi trường nước có mặt các axit (độ pH thấp) thì quá trình phân hủy khoáng vật diễn ra nhanh chóng và mạnh mẽ hơn so với môi trường khác

Sau giai đoạn thủy phân là diễn ra quá trình rửa lũa, các vật chất hòa tan vận chuyển trong môi trường nước đến vị trí khác Thông thường, trong NDĐ, các tác nhân phong hóa như hợp chất CO2, O2, Cl- có nhiều trong thành phần nước mưa, trong khi nước mưa là nguồn cung cấp chính cho NDĐ vùng cát ven biển đã đẩy nhanh tốc độ phá hủy kết cấu đất đá Ngoài ra, sự chênh lệch nồng

độ các thành phần vật chất trong nước và trong khoáng vật, quá trình vận động của NDĐ cũng là yếu tố làm tăng quá trình hòa tan, rửa lũa Sản phẩm của quá trình rửa lũa chủ yếu là nước có độ khoáng hóa thấp

b) Quá trình hấp phụ và trao đổi ion

Điển hình cho quá trình hấp phụ là các khoáng vật sét được hình thành trong quá trình rửa lũa cacbonic với thành phần hóa học của NDĐ Các khoáng vật sét không những lấy từ nước các ion riêng biệt mà cả các phân tử cũng như phân tử keo

Bản chất của quá trình hấp phụ rất đa dạng, trong đó, hấp phụ vật lý thể hiện dưới sức hút bề mặt của các hạt sét; hấp phụ hóa học là khi tác dụng hóa học của chất hút và các hạt sét; hấp phụ sinh học là sự hút các vật chất hữu cơ do các hạt sét

Một dạng của quá trình hấp phụ chiếm vị trí chủ yếu trong mối tương tác giữa nước và các tác nhân hấp phụ là quá trình trao đổi ion Bản chất của quá trình này là sự hấp thụ và thay thế các ion trong nước và các ion nằm trong các cấu trúc hạt sét

c) Quá trình khuếch tán

Điều kiện diễn ra khi có sự chênh lệch nồng độ trong môi trường, hướng di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp Quá trình này phu ̣ thuô ̣c rất nhiều vào sự chênh lê ̣ch nồng đô ̣ của các thành phần khuếch tán, nhiê ̣t đô ̣ và môi trường diễn tra khuếch tán Ở những nơi có sự chênh lệch nồng độ lớn và sự vận động của nước kém sẽ diễn ra quá trình khuếch tán ma ̣nh mẽ Đối với một số ion như Ca 2+, Mg2+, SO42-, Cl-,…thườ ng khuếch tán thuâ ̣n lợi trong môi trường axit và môi trường kiềm thuâ ̣n lợi cho khuếch tán các ion Na+

, HCO3- d) Quá trình pha trộn

Khi có mặt nhiều loại nước sẽ diễn ra quá trình pha trộn, trong đó có các

phản hứng hóa học tạo nên một loại nước có chất lượng khác so với các thành phần ban đầu

Quá trình hỗn hợp nước là khi pha trộn hai hoặc nhiều loại nước có thành phần và nguồn gốc khác nhau sẽ tạo thành một loại nước hỗn hợp có thành phần và nguồn gốc khác với loại nước ban đầu Theo Oghinvi (1925) thì đối với nước có độ tổng khoáng hoá không lớn sẽ tạo thành một loại nước hỗn hợp

có độ tổng khoáng hoá và hàm lượng của một thành phần bất kỳ tuân theo quy luật đường thẳng:

y = ax +b (1.1) Trong đó :

y: độ khoáng hoá của nước hỗn hợp;

x: hàm lượng của một thành phần bất kỳ trong nước hỗn hợp Tuy nhiên, quá trình hỗn hợp nước diễn ra phức tạp hơn nhiều do xảy ra các quá trình trầm đọng muối hoặc các phản ứng hoá học khác nhau trong khi pha trộn các loại nước với nhau phụ thuộc vào điều kiện nhiệt động của môi trường Đối với các loại nước có thành phần phức tạp và độ tổng khoáng hoá lớn sẽ không tuân theo quy luật đường thẳng nữa

Đối với NDĐ vùng cát ven biển thường tồn tại trong các tầng chứa nước nằm nông, chịu ảnh hưởng của quá trình ngấm từ nước mưa, có thể coi chúng

là sản phẩm của quá trình hỗn hợp giữa nước mưa, NDĐ và nước biển

Các phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình hỗn hợp nước mưa và NDĐ

có thể suy luận tương đối chính xác bằng các tính toán hàm lượng các thành phần của nước hỗn hợp Theo lý thuyết hỗn hợp nước, nồng độ của một ion nào đó trong nước hỗn hợp từ quá trình trên sẽ là:

mi, hỗn hợp = f mi, ndđ + (1- f).mi, n.mưa (1.2) Trong đó: mi, hỗn hợp; mi, ndđ; mi, n,mưa; mCl, n.biển - hàm lượng của nguyên tố

i nào đó (mg/l) trong nước hỗn hợp, NDĐ, nước mưa và nước biển

f - phần tham gia của nước biển, thường được tính theo hàm lượng ion Cl

-trong NDĐ so với nước biển vì ion Cl

được coi là có nguồn gốc biển là chính

f = mCl, ndđ/ mCl, n.biển (1.3) e) Quá trình bốc hơi

Bốc hơi thường diễn ra thông qua đới thông khí và thảm thực vật dưới tác dụng của việc tăng nhiệt độ trong môi trường nước và gây nên hiện tượng tăng

1.3 Quan điểm tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Quan điểm tiếp cận

1) Quan điểm phát triển bền vững tài nguyên NDĐ

Phát triển bền vững (PTBV) là một thuật ngữ mới, xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1987, trong một báo cáo của Uỷ ban Môi trường và Phát triển Thế giới (WCED) nhan đề “Tương lai chung của chúng ta” “Phát triển bền vững”

được định nghĩa một cách khái quát “là sự phát triển đáp ứng những yêu cầu của hiện tại, nhưng không gây trở ngại cho việc đáp ứng nhu cầu của các thế

hệ mai sau” Đối với tài nguyên NDĐ vùng nghiên cứu, việc quy hoạch khai

thác và sử dụng, đề xuất các giải pháp bảo vệ phải được tiến hành một cách cụ thể, hợp lý nhằm phục vụ công cuộc phát triển KT - XH tại khu vực và tránh tình trạng suy thoái tài nguyên và ô nhiễm môi trường, nhất là khu vực nông thôn vùng cát ven biển [34,41,42]

Tính bền vững trong việc khai thác, sử dụng NDĐ phải được thể hiện cả trên hai mặt cơ bản, đó là bền vững về chất lượng: chất lượng NDĐ được đảm bảo khi đáp ứng được các nhu cầu cấp nước cho các mục đích sử dụng, đồng thời phải đảm bảo từ các hoạt động KT - XH không đem đến tác động xấu, không gia tăng chất ô nhiễm trong NDĐ và bền vững về lượng: quá trình khai thác, sử dụng NDĐ phải được sự giám sát và quy hoạch cụ thể, tránh hiện tượng gây sụt giảm mất cân bằng nguồn nước [28,34,41]

Nguồn: theo Bùi Học (2005) [ 34 ]

Hình 1.1: Tính bền vững trong khai thác, sử dụng nước dưới đất

2) Tiếp cận tổng hợp và hệ thống

NDĐ được hình thành qua nhiều cơ chế và được quyết định bởi cấu trúc địa chất, thành phần thạch học, đặc điểm địa hình, khí hậu và chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của các yếu tố tự nhiên và nhân sinh khác Chính vì vậy, nhằm làm sáng tỏ bản chất sự hình thành trữ lượng, chất lượng, sự phân bố, nguồn gốc cũng như thành phần vật chất trong NDĐ thì cần phải tiếp cận nghiên cứu một cách tổng hợp và theo hệ thống các mối liên hệ, tác động lẫn nhau trong từng đơn vị lãnh thổ (hình 1.1)

3) Tiếp cận không gian và thời gian

Vùng cát ven biển Quảng Bình có sự phân hoá phức tạp về các điều kiện

tự nhiên, tài nguyên, môi trường và thành phần KT - XH cả theo chiều Bắc - Nam và Đông - Tây Với sự đa dạng không gian, biến đổi theo thời gian, lưu

Về mặt kinh tế

Tài nguyên nước dưới đất

Biến đổi MT sinh thái

Khai thác

sử dụng

Không bền vững Không bền vững

Công trình kiên

cố

Ổn định, đảm bảo chất

và lượng

Quản

lý, vận hành thuận lợi

Phát triển kinh tế, sản xuất

vực dòng ngầm trong khu vực nghiên cứu trùng khớp với các lưu vực sông, tuy nhiên ở nhiều tiểu vùng với các điều kiện không thật giống nhau nên sự phân

bố cũng có sự đa dạng linh hoạt Trên cơ sở đó, có thể phân chia vùng nghiên cứu theo từng lưu vực và tiểu vùng tùy theo đặc thù của chúng để thuận lợi trong việc đánh giá tài nguyên và khai thác, sử dụng hợp lý

Hình 1.2: Những tác động chính đối với nước dưới đất vùng cát ven biển

1.3.2 Quy trình nghiên cứu

Để thực hiện đề tài luận án, bước đầu tiên là nghiên cứu tổng quan các kết quả nghiên cứu nhằm xác định mục tiêu, nhiệm vụ của đề tài và lựa chọn phương pháp nghiên cứu Tiếp đến là từng bước xác định điều kiện hình thành, các nhân tố ảnh hưởng đến NDĐ nhằm nghiên cứu đặc điểm phân bố tầng chứa nước, nguồn gốc, thành phần hóa học và chất lượng nước tiến tới nghiên cứu đặc điểm hình thành trữ lượng và chất lượng NDĐ Từ đó, kết hợp nghiên cứu định hướng phát triển KT - XH, nhu cầu sử dụng nước và khả năng cung cấp nước cũng như các biện pháp khai thác, sử dụng để đề xuất hướng khai thác sử dụng, bảo vệ tài nguyên NDĐ (hình 1.3)

Chế độ thủy văn – hải văn

Biến đổi khí hậu:

- Biến đổi động thái

- Biến đổi môi trường sinh thái NDĐ

Hình 1.3: Quy trình nghiên cứu nước dưới đất vùng cát ven biển Quảng Bình

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu nước dưới đất vùng cát ven biển

1) Nghiên cứu sự hình thành trữ lượng

Nghiên cứu sự hình thành trữ lượng NDĐ là cần phải xác định các nguồn hình thành, cơ chế hình thành và tiêu thoát của chúng trên nguyên tắc vận động

và phân bố của NDĐ Trữ lượng NDĐ bao gồm ba thành phần chính là trữ lượng động tự nhiên, trữ lượng tĩnh tự nhiên và trữ lượng khai thác tiềm năng Trữ lượng động tự nhiên của NDĐ là giá trị cung cấp tự nhiên biểu thị lưu lượng của dòng ngầm, nó thường xuyên bổ sung cho NDĐ trong quá trình tuần hoàn của nước trên Trái đất Điều kiện tiên quyết để có sự lưu thông là phải vừa có nguồn bổ sung vừa có lối thoát Trữ lượng động tự nhiên chịu ảnh hưởng của các yếu tố như lượng mưa, bốc hơi, thủy văn, thảm thực vật,v.v nên nó luôn thay đổi theo thời gian, khi có nước ngấm đến, lượng nước lưu

- Nghiên cứu đặc điểm hình thành trữ lượng NDĐ

- Nghiên cứu quá trình hình thành thành phần hóa học NDĐ

Đề xuất hướng khai thác sử dụng , bảo vệ tài nguyên NDĐ

Đánh giá những ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên và nhân sinh đến NDĐ

Nghiên cứu định hướng phát triển KT-XH và nhu cầu sử dụng nước

Xác định điều kiện hình thành NDĐ vùng cát ven biển

Nghiên cứu đặc điểm

Đánh giá khả năng cung

cấp nước và các biện

pháp khai thác sử dụng

hợp lý

thông tăng dần với khối lượng tùy thuộc vào nguồn bổ sung Khi lượng nước

bổ sung chấm dứt thì lượng nước lưu thông dần dần giảm đi theo một qui luật nhất định

Tại khu vực nghiên cứu có thể xác định được nguồn hình thành NDĐ bằng các phương pháp giải tích trong việc tính toán gần đúng giá trị cung cấp thấm W của nước mưa cho NDĐ thông qua chuỗi số liệu quan trắc động thái NDĐ trong thời gian ít nhất là một năm, phương pháp này được đề xuất bởi Bindeman N.N (1963)

Phương pháp cân bằng cũng được áp dụng khi lập cân bằng giữa lượng nước chảy đến và chảy đi của dòng thấm Do tính đặc thù sự hình thành NDĐ vùng nghiên cứu, phương trình cân bằng NDĐ thường có một số đại lượng chính là trữ lượng khai thác tiềm năng, trữ lượng động tự nhiên và trữ lượng tĩnh tự nhiên Phương pháp tương tự trong ĐCTV dùng để ngoại suy những đặc trưng của tầng chứa nước, các yếu tố hình thành NDĐ từ khu vực đã được nghiên cứu kỹ sang khu vực nghiên cứu sơ sài khi có đủ tài liệu khẳng định giữa chúng có sự tương tự nhau

Công tác thu thập số liệu và đo đạc ngoài thực địa đã được tác giả thực hiện trên 220 điểm, bao gồm giếng khoan, giếng đào, sông, suối và hồ Khối lượng chủ yếu đo mực NDĐ theo mùa mưa và mùa khô và thí nghiệm xác định các thông số tầng chứa nước

2) Nghiên cứu sự hình thành chất lượng

Để nghiên cứu sự hình thành chất lượng NDĐ vùng cát ven biển Quảng Bình, tác giả đã lấy mẫu nước và phân tích thành phần theo mùa khô và mùa mưa tại các điểm tương ứng trong nghiên cứu trữ lượng NDĐ Mẫu nước phân tích thành phần hóa học các ion chủ yếu và thứ yếu trong NDĐ, sau đó bằng phương pháp thủy địa hóa dựa trên cơ sở hình thành thành phần hóa học NDĐ tiến hành xác định sự hình thành của chúng Các chỉ tiêu cơ bản để nghiên cứu sự hình thành thành phần hóa học và chất lượng NDĐ bao gồm: + Tổng chất rắn hòa tan của nước (TDS): là tổng lượng các chất khoáng

có trong thành phần của nước, là chỉ tiêu quan trọng để phân loại NDĐ, vì rằng khi TDS thay đổi thì thành phần hóa học của chúng cũng thay đổi theo Căn cứ giá trị TDS có thể xác định NDĐ là siêu nhạt (TDS<0,2g/l), nhạt

+ Kiểu hóa học và tính chất cơ bản của nước được quyết định bởi các ion chủ yếu là H+

, Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, SO42-, HCO3- Ngoài ra, các hợp chất của nitơ và các nguyên tố thứ yếu khác như K, Fe, Mn là những nguyên tố phổ biến rộng rãi trong vỏ Trái đất cũng phản ánh chất lượng của NDĐ

+ Đối với các vi nguyên tố khác như Cr, Cu, Zn, thường không quyết định kiểu hóa học của nước nhưng chúng có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất đặc trưng cho thành phần của nước

Ngoài thành phần hóa học của NDĐ, chất lượng của nó còn được phản ảnh bởi các chỉ tiêu quan trọng như đã quy định trong Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước ngầm QCVN09:2008/BTNMT của Bộ Tài nguyên - Môi trường

và Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN01:2009/BYT của Bộ Y tế đối với các mục đích sử dụng nước sau đây: + Hàm lượng các chỉ tiêu hóa sinh:

- Hàm lượng ôxy hòa tan (DO): chỉ tiêu này thường tham gia vào quá trình trao đổi chất, duy trì năng lượng cho quá trình phát triển, sinh sản và tái sản xuất cho các sinh vật trong môi trường nước

- Nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD): là thông số quan trọng để đánh giá mức độ

ô nhiễm của nước do các chất hữu cơ có thể bị sinh vật phân hủy trong điều kiện hiếm khí

- Nhu cầu ôxy hóa học (COD): cũng là một chỉ tiêu để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước, nó biểu thị lượng chất hữu cơ có thể bị ôxy hóa bằng hóa học + Hàm lượng các hợp chất phốt pho: là nguồn dinh dưỡng cho các thực vật dưới nước, chúng cũng tham gia gây ô nhiễm và góp phần thúc đẩy hiện tượng phú dưỡng, nhất là ở các bàu hồ có nước thường xuyên

+ Hàm lượng các hợp chất nitơ: chúng tồn tại dưới dạng protein hay các sản phẩm phân rã và dạng tự do Chúng cũng là những chỉ tiêu gây ô nhiễm môi trường NDĐ

+ Hàm lượng các kim loại nặng: chúng tồn tại ở môi trường có độ pH (hàm lượng hydro) khác nhau và gây độc đối với môi trường sống Phần lớn,

sự có mặt các kim loại nặng do xâm nhập từ các nguồn chất thải

+ Chỉ tiêu dầu mỡ: gồm cả dầu mỡ khoáng và thực vật, chúng thường gây cản trở quá trình vận động của nước trong môi trường lỗ hổng của đất đá chứa nước, ngăn cản quá trình hòa tan ôxy trong nước và tạo lớp phân cách bề

mặt với môi trường xung quanh

+ Các chỉ tiêu vi sinh: gồm nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng và các đơn bào, chúng xâm nhập vào nước từ nguồn rác thải, các chất hữu cơ dễ phân hủy gây ô nhiễm nước trầm trọng

+ Độ cứng của nước: là chỉ tiêu rất quan trọng trong việc quyết định chất lượng nước dùng cho sinh hoạt và công nghiệp Nó được biểu thị qua lượng ion canci (Ca2+) và magie (Mg2+) trong nước Nếu xác định độ cứng theo hàm lượng CaCO3, người ta có thể chia ra: nước mềm (mCaCO3 ≤ 50mg), nước cứng trung bình (mCaCO3 > (50 - 150mg) và nước rất cứng (mCaCO3 > 300mg)

Kết luận chương 1

NDĐ vùng cát ven biển là đối tượng được nhiều Quốc gia trên thế giới tập trung nghiên cứu Những mục tiêu chính là xác định nguồn gốc hình thành, đặc điểm trữ lượng, chất lượng và nghiên cứu đề xuất các hướng khai thác sử dụng hợp lý phục vụ cho các ngành kinh tế và phát triển xã hội

Ở Việt Nam, nghiên cứu NDĐ trên cả nước nói chung và vùng ven biển nói riêng mới được chú trọng từ sau năm 1954 và đã đạt được những kết quả nhất định Riêng đối với vùng cát ven biển Quảng Bình, nghiên cứu về NDĐ chưa nhiều, bước đầu xác định được cấu trúc ĐCTV tầng chứa nước và một

số định hướng khai thác sử dụng cấp nước cho dân sinh trên cơ sở đánh giá tiềm năng NDĐ tại một số khu vực trong phạm vi nghiên cứu

Vì vậy, việc nghiên cứu chuyên sâu, đồng bộ và toàn diện về NDĐ trên vùng cát ven biển Quảng Bình nhằm làm sáng tỏ nguồn gốc, đặc điểm phân bố, điều kiện hình thành trữ lượng và chất lượng cũng như mức độ ảnh hưởng của các hợp phần tự nhiên và nhân sinh đối với NDĐ để từ đó đề xuất định hướng khai thác, sử dụng tài nguyên NDĐ phục vụ phát triển bền vững KT-XH của tỉnh cũng như khu vực này là rất cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn

Hình 2.1: Vị trí địa lý vùng nghiên cứu

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN HÌNH THÀNH VÀ CÁC NHÂN TỐ

ẢNH HƯỞNG ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG CÁT

VEN BIỂN QUẢNG BÌNH

2.1 Vị trí địa lý và tính đặc thù vùng nghiên cứu

Trên cơ sở ranh

giới phân bố địa chất các

kinh độ đông Phía bắc

chắn bởi Đèo Ngang -

một nhánh Hoành Sơn

của dãy Trường Sơn,

phía đông tiếp giáp với

biển Đông có đường bờ

biển dài khoảng 116km,

phía tây là phần diện

kỳ Đệ tứ, mặt khác, các thành tạo cát ven biển có chiều dày nhất định để nghiên cứu đánh giá tiềm năng NDĐ phân bố đến độ cao tương đối trùng với mức địa hình 25 mét

Do yếu tố địa lý đã tạo cho vùng nghiên cứu có những đặc thù so với các vùng khác trong dải ven biển miền Trung Trước hết, có thể nhận thấy, với diện tự nhiên khoảng 1.100km2, phân bố trải dài từ bắc vào nam trên 4 đơn vị hành chính cấp huyện là Quảng Trạch, Bố Trạch, Quảng Ninh, Lệ Thủy và thành phố Đồng Hới (hình 2.6)

Phần lớn diện tích đất cát phân bố thành dạng dải kéo dài song song theo

bờ biển, hẹp về chiều ngang, bề mặt địa hình không bằng phẳng, đặc trưng nhất

là dạng đụn (cồn) cát ven biển chiếm 30% diện tích của vùng và bị chia cắt bởi các cửa sông ven biển như sông Roòn, sông Gianh, sông Lý Hòa, sông Dinh và sông Nhật Lệ Từ bắc vào nam, sự mở rộng các đụn cát có chiều hướng tăng dần, từ Đèo Ngang đến bắc sông Roòn có chiều rộng trung bình 200m, độ cao 5

- 6m và tăng lên 1.200 - 2.000m đến bắc sông Gianh với độ cao trung bình 10 - 11m; từ nam sông Gianh đến bắc sông Nhật Lệ các đụn cát mở rộng chiều ngang đến 3.000 - 3.500m dưới dạng các lưỡi liềm, độ cao khoảng 10m; khu vực phía nam sông Nhật Lệ nối liền với đồng bằng ven biển Quảng Trị, các đụn cát phát triển chiều rộng lớn nhất đạt đến 6.000m và kéo dài trên 50km, độ cao có nơi đạt 45m, độ dốc sườn khoảng 50 - 600, bao gồm các đụn cát di động, bán di động và

cố định, giữa chúng là các trảng cát bằng phẳng [6,9,16,20,33,36]

Dưới tác động của nhiều yếu tố tự nhiên khắc nghiệt, trong đó phải kể đến

sự phân hóa rõ rệt của chế độ mưa không đồng đều trong năm, nền nhiệt độ cao thường tập trung vào mùa hè Ngoài ra, lượng bốc hơi lớn chiếm đến 39% tổng lượng mưa trong năm, chế độ bão, lốc và các hiện tượng xâm nhập mặn, cát bay, cát nhảy, thảm thực vật kém phát triển v.v tạo nên một đơn vị lãnh thổ địa lý có nhiều nét đặc thù của miền Trung [38,47,62,76,77]

Vùng nghiên cứu còn là nơi tập hợp của nhiều hệ sinh thái rất nhạy cảm với điều kiện môi trường tự nhiên, đặc biệt, phân bố dân cư cũng tuân theo sự phân hóa tự nhiên Mật độ dân cư trong vùng khá lớn đạt 478người/km2

, thường tập trung ở những vùng cửa sông và dọc theo các đụn cát ven biển Bên cạnh đó, vùng cát còn là nơi tập trung nhiều khu kinh tế trọng điểm

NDĐ cùng với một số dạng tài nguyên khác như đất, khí hậu, địa hình, khoáng sản,…là những yếu tố có tác động mang tính quyết định đến sự phát triển

về KT - XH vùng nghiên cứu

Chính vì những nét đặc thù nêu trên, “Vùng cát ven biển Quảng Bình”

đã trở thành tên gọi đặc trưng cho vùng đồng bằng ven biển Quảng Bình

2.2 Điều kiện hình thành nước dưới đất

2.2.1 Cơ chế hình thành nước nhạt ven biển

Nước nhạt dưới đất trong trầm tích Đệ tứ trong vùng nghiên cứu được hình thành chủ yếu bằng con đường thấm của nước mưa, nước mặt qua lớp cát cung cấp cho tầng chứa nước Thật vậy, bản thân nước ban đầu trong tầng chứa nước là nước mặn được hình thành cùng thời gian với sự hình thành trầm tích, sau đó, nước mưa và nước mặt ngấm qua lớp cát và dưới tác động của trọng lực và tỷ trọng của nước, theo thời gian, nước nhạt sẽ chèn ép nước mặn (nước nguyên sinh) ra khỏi tầng chứa nước

Khái niệm của Baydon W - Giben (1091) mô phỏng điều kiện hình thành nước nhạt dưới đất vùng ven biển và xác định giữa khối nước nhạt trong đất liền luôn có sự cân bằng thủy tĩnh với nước biển, ranh giới tiếp xúc giữa nước nhạt lục địa và nước biển là đường cong thoải, hướng từ biển vào lục địa, dọc theo đường tiếp xúc tồn tại sự cân bằng thủy tĩnh (hình 2.2) [85]

Nguồn: theo Fetter C.W (1993)[ 85 ]

Hình 2.2: Cơ chế hình thành nước nhạt vùng cát ven biển

Mực NDĐ

Nước mặn dưới đất Nước nhạt dưới đất

Hướng thoát nước dưới đất

Đới chuyển tiếp

Biển

Bốc hơi Mưa

Bốc hơi

2.2.2 Tính toán độ sâu lý thuyết phân bố ranh giới “mặn - nhạt”

Độ sâu lý thuyết phân bố ranh giới “mặn - nhạt” khu vực nghiên cứu được tính toán như sau:

Gọi độ cao mực NDĐ so với mực nước biển là z; độ sâu của nước nhạt đến nước mặn tại một điểm A bất kỳ nào đó dưới mực nước biển là h, thì áp lực thủy tĩnh tại điểm này sẽ bằng:

pA = (h - z)m.g (2.1) Tại điểm B trong lục địa trên đường ranh giới giữa nước mặn và nước nhạt ở cùng độ sâu h - z, áp lực thủy tĩnh do nước nhạt gây ra sẽ là:

pB = (h - z)n.g + z.n.g (2.2) Theo nguyên tắc Giben thì pA = pB, do đó:

m z

n z

Hình 2.3: Sơ đồ quan hệ giữa nước nhạt dưới đất

và nước mặn vùng ven biển

2.3 Các yếu tố quyết định đến sự hình thành nước dưới đất

2.3.1 Địa chất

1) Cấu trúc - kiến tạo

Sự thay đổi của cấu trúc địa chất được tính bằng chu kỳ địa chất và những tác động đến NDĐ rất khó có thể ghi lại Tuy nhiên, những tính chất về cấu trúc địa chất và các hoạt động kiến tạo là điều kiện hình thành nên NDĐ Vùng nghiên cứu nằm trên hai đới cấu trúc Long Đại và Hoành Sơn, thuộc miền uốn nếp Lào Việt, chúng được cấu thành bởi đầy đủ các phức hệ thạch kiến tạo Paleozoi, Mesozoi và Kainozoi, trong đó, phức hệ Kainozoi có mặt trong khu vực nghiên cứu, diện phân bố hầu khắp vùng cát ven biển, gồm thành tạo Neogen

và Đệ tứ, chúng phản ảnh các hoạt động tân kiến tạo khá mạnh [11,29-32] Các đới cấu trúc trong khu vực được phân chia và mô tả như sau:

Đới Hoành Sơn: Nằm về phía bắc tỉnh Quảng Bình và còn tiếp tục mở rộng về

phía bắc trên diện tích tỉnh Hà Tĩnh theo phương kéo dài Tây bắc - Đông nam Đới Hoành Sơn ngăn cách với đới Long Đại ở phía nam bởi đứt gẫy Rào Nậy (sông Gianh) Chúng được cấu tạo nên bởi các đá magma phun trào và xâm nhập

có tuổi Mesozoi sớm Phần phía đông nam của đới là trũng sụt Kainozoi đồng bằng Ba Đồn, được lấp đầy các thành tạo trầm tích lục nguyên và lục địa gắn kết yếu và bở rời tạo thành các tập trầm tích hạt thô và mịn xen kẽ nhau, dạng bở rời Các thành tạo Neogen có tổng chiều dày từ 70 - 160m tăng dần về phía biển, cấu tạo dạng lớp thoải, uốn làn sóng nhẹ Các trầm tích Đệ tứ đa nguồn gốc, chiều dày

từ 30 - 70m và cũng tăng dần từ rìa đồng bằng về phía biển [11,23]

Đới Long Đại: Phân bố về phía nam đứt gẫy sông Rào Nậy, chiếm diện

tích chủ yếu trong tỉnh Quảng Bình, gồm các phức hệ đá phức tạp có tuổi từ Paleozoi đến Kainozoi Có thể phân chia sơ bộ thành các tổ hợp đá thuộc phần móng kết tinh Paleozoi sớm giữa và tổ hợp các đá thuộc các phức hệ chồng gối liên quan với các hoạt động muộn sau Paleozoi Trong tầng cấu tạo, các đất đá

hệ Neogen gồm có cuội sỏi hỗn tạp, các lớp cát sét, sét là những lớp kẹp hoặc thấu kính trong cuội sỏi, đôi nơi bị phong hóa mềm bở, còn các đất đá hệ Đệ tứ gồm sạn sỏi, cát sét cấu tạo rời rạc (Trần Văn Trị, 1993) [11]

Các khối cấu trúc điển hình gồm có: