Nghiên cứu và dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình (tt)

Xuất phát từ thực tiễn trên, vấn đề “Nghiên cứu và dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình” là cấp thiết để đánh giá sự thay đổi chất lượ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Địa chất thủy văn, trường Đại học Mỏ - Địa chất

Người hướng dẫn khoa học: 1 GS.TS Đặng Hữu Ơn

2 PGS TS Đỗ Văn Bình

Phản biện 1: PGS.TS Phạm Quý Nhân

Phản biện 2: PGS.TS Đoàn Văn Cánh

Phản biện 3: TS Lê Thị Thanh Tâm

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi … giờ … ngày … tháng… năm…

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội

hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của Luận án

Thái Bình là một tỉnh ven biển nằm ở đồng bằng châu thổ sông Hồng, được bao bọc bởi hệ thống sông, biển khép kín với đường bờ biển chạy dài trên 50 km Tuy nhiên, do nằm gần biển, nên tài nguyên nước nhạt dưới đất ở đây có trữ lượng không lớn Các tầng chứa nước (TCN) có đặc điểm thuỷ địa hoá rất phức tạp Nước mặn và nước nhạt phân bố xen nhau không theo quy luật, gây khó khăn cho việc khai thác và sử dụng nước của

cư dân trong tỉnh Hiện tượng nhiễm mặn và nhiễm bẩn các tầng chứa nước tăng lên theo thời gian Những thách thức về thiếu nước, khan hiếm nước nhạt hay nhiễm mặn nguồn nước đang trở thành vấn đề cấp bách tại Thái Bình đặc biệt trước tác động của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng

(BĐKH&NBD) Xuất phát từ thực tiễn trên, vấn đề “Nghiên cứu và dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình” là cấp thiết để đánh giá sự thay đổi chất lượng, trữ

lượng nước dưới đất (NDĐ) khu vực nghiên cứu và xây dựng kế hoạch ứng phó với sự xâm nhập mặn do BĐKH&NBD gây ra cho địa phương

2 Mục đích của Luận án

Nghiên cứu đánh giá cấu trúc Địa chất thủy văn (ĐCTV), đánh giá mối quan hệ giữa NDĐ với các yếu tố khí hậu, nước biển và hiện trạng khai thác Phân vùng ảnh hưởng của nước mưa, nước mặt đến NDĐ khu vực nghiên cứu Dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến sự dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt tầng chứa nước Holocen (qh) và Pleistocen (qp), từ đó tính toán trữ lượng nước nhạt khu vực nghiên cứu trong tương lai

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: ảnh hưởng của khí hậu và nước biển dâng tác

động đến TCN Holocen và Pleistocen tỉnh Thái Bình;

- Phạm vi nghiên cứu: diện phân bố nước nhạt trong TCN Holocen và

Pleistocen tỉnh Thái Bình

4 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu chủ yếu được sử dụng, gồm: phương pháp thu thập xử lý và tổng hợp tài liệu; phương pháp kế thừa chuyên gia; phương pháp khảo sát thực địa; phương pháp thủy địa hóa/thủy động lực và phương pháp mô hình hóa

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án

- Ý nghĩa khoa học: Luận án đã nghiên cứu được quan hệ của các nhân tố

khí hậu, mực nước sông, biển đến nước dưới đất khu vực nghiên cứu

Trong đó, nước sông - biển có quan hệ với nước dưới đất theo quy luật tuyến tính ở phạm vi 1,5 km so với bờ biển, càng vào sâu trong đất liền mức độ ảnh hưởng giảm dần Nước mưa có ảnh hưởng đến toàn bộ tầng chứa nước qh với lượng bổ cập thay đổi tùy thuộc đặc trưng thạch học, khả năng thấm nước và diện tích sử dụng đất khu vực nghiên cứu Từ đó dự báo được sự thay đổi ranh giới mặn – nhạt nước dưới đất ở 2 tầng chứa nước qh, qp theo các kịch bản Biến đổi khí hậu và nước biển dâng trong cả

2 trường hợp đê biển hiện tại và có nâng cấp hệ thống đê biển bảo vệ

- Ý nghĩa thực tiễn: từ kết quả đánh giá dự báo sự dịch chuyển ranh giới

mặn – nhạt NDĐ theo kịch bản BĐKH&NBD, luận án đã đề xuất định hướng khai thác hợp lý cho từng khu vực trong tỉnh đối với cả 2 TCN qh,

qp đồng thời đề xuất các giải pháp giảm thiểu, bảo vệ nhằm khai thác và

sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên này

6 Cơ sở tài liệu của Luận án

Thu thập các số liệu từ kết quả nghiên cứu về địa chất thủy văn khu vực của Trung tâm quan trắc tài nguyên nước quốc gia cùng tài liệu khảo sát thực địa, các thí nghiệm hiện trường như: quan trắc nồng độ Cl- và TDS với hơn 200 mẫu ở cả 2 TCN để đánh giá sự phân bố ranh giới mặn – nhạt; đổ nước thí nghiệm để xác định hệ số thấm bề mặt và kết quả quan trắc dao động mực nước sông, biển với nước dưới đất tại các điểm đo khu vực ven biển Ngoài ra, tác giả còn tổng hợp, thống kê các số liệu về khí tượng, thủy văn từ Trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia cùng kịch bản Biến đổi khí hậu và nước biển dâng của Bộ Tài nguyên và Môi trường làm

cơ sở dự báo những tác động của chúng đến NDĐ tỉnh Thái Bình trong tương lai

7 Luận điểm bảo vệ

- Luận điểm 1: TCN Holocen chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi nước mưa

và nước sông, biển trong phạm vi 1,5 đến 3,0 km so với đường bờ với quan hệ tuyến tính Lượng mưa tăng, lượng bổ cập cho TCN qh trung bình ước tính khoảng 0,0003 m/ng đã góp phần rửa mặn nước dưới đất với diện tích mặn thu hẹp khoảng 180 km2 so với năm 1996 Tầng chứa nước Pleistocen không chịu ảnh hưởng của nước mưa mà chịu tác động trực tiếp của hoạt động khai thác nước dưới đất và một phần của quá trình thấm xuyên từ TCN qh xuống với lượng thấm trung bình khoảng 2,03.10-7 ÷ 6,3.10-7 m/ng TCN qp cũng chỉ chịu ảnh hưởng của nước sông, biển trong

phạm vi từ 1,5 đến 2,0 km so với đường bờ qua con đường truyền áp

- Luận điểm 2: Biến đổi khí hậu và nước biển dâng ảnh hưởng trực

tiếp đến TCN qh Tùy theo đặc trưng của TCN, hiện trạng sử dụng đất và

đê điều, diện tích vùng nước nhạt TCN qh tính đến năm 2100 theo kịch

bản phát thải A2 bị thu hẹp khoảng 109,7 km2 trong trường hợp đê biển hiện tại và 42,9 km2 khi nâng cấp hệ thống đê biển, dẫn đến sự suy giảm trữ lượng nước nhạt trên toàn tỉnh trong tương lai Tuy nhiên, TCN qp ít chịu ảnh hưởng của BĐKH&NBD mà chủ yếu chịu tác động của hoạt động khai thác NDĐ với diện tích vùng nước nhạt bị thu hẹp khoảng 25

km2 tính đến năm 2100 và tập trung ở khu vực phía Bắc của tỉnh

8 Những điểm mới của Luận án

Tác giả đã sử dụng kết quả khảo sát hiện trạng chất lượng mặn nhạt để chính xác hóa lại ranh giới mặn – nhạt, đánh giá sự dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt NDĐ từ năm 1996 đến nay làm cơ sở đánh giá dự báo cho tương lai Phân vùng những khu vực chịu ảnh hưởng của nước sông – biển, tính toán lượng bổ cập của nước sông, biển, nước mưa đến sự thay đổi mực nước dưới đất khu vực nghiên cứu cùng mối tương quan giữa chúng với sự thay đổi khí hậu, nước biển dâng Từ kết quả tính toán, sử dụng mô hình VISUAL MODFLOW với phần mềm SEAWAT để dự báo

sự dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt NDĐ trước tác động của BĐKH&NBD, ước tính trữ lượng nước nhạt cho khu vực nghiên cứu và đề xuất các giải pháp quản lý, khai thác phù hợp

9 Cấu trúc Luận án

Cấu trúc Luận án gồm 4 chương không kể mở đầu và kết luận

Chương 1:

Tổng quan các nghiên cứu ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước

biển dâng đến nước dưới đất

1.1 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới

Việc nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của BĐKH&NBD đến NDĐ trên thế giới đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm trong đó tập trung đánh giá ảnh hưởng của lượng mưa, lượng bốc hơi, nhiệt độ hay do hoạt động khai thác nước ngầm đến nước dưới đất như: Tony Arnel (1999), Sherif and Singh (1999), Ghosh Bobba (2002), N Mzila và E B Shuy (2003), Dough Weatherill (2005), Melloul và Collin (2006), Loáiciga, Pigel et al (2009), Sun Woo Chang, T Prabhakar Clement (2011), P Rasmussen el al (2013) Hầu hết các công trình khoa học đều tập trung nghiên cứu tại các vùng ven biển do NDĐ là nguồn nước nhạt rất quan trọng ở các khu vực này Hơn nữa, những vùng này chịu tác động trực tiếp của quá trình xâm nhập mặn do nước biển Biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng lớn đến cường độ bổ sung nguồn nước cho NDĐ và ảnh hưởng đến khả năng cung cấp nước nhạt cho các vùng ven biển Các công trình đã đánh giá toàn diện tác động của nước biển dâng đến quá trình xâm nhập mặn trong cả hai hệ thống nước dưới đất (có áp và không áp) Các nghiên cứu

đã chỉ ra cơ chế gây ra quá trình xâm nhập mặn và đưa ra các công thức tính toán, dự báo giúp quản lý tốt hơn các tác động do sự gia tăng mực nước biển đến các tầng chứa nước ven biển

Việc đánh giá ảnh hưởng của BĐKH&NBD đến NDĐ là một bài toán khá phức tạp, không thể giải quyết tốt bằng một phương pháp đơn lẻ mà cần phải sử dụng tổng hợp nhiều kiến thức cũng như kết hợp của nhiều phương pháp khác nhau trong nghiên cứu Hầu hết các nghiên cứu đều sử dụng mô hình toán học, cơ chế dịch chuyển mặn – nhạt hay sử dụng mô hình số để tính toán như mô hình MODFLOW với phần mềm SEAWAT,

mô hình FEFLOW, SUTRA

1.2 Tổng quan các nghiên cứu tại Việt Nam

Hiện nay những công trình nghiên cứu tác động của BĐKH&NBD đến NDĐ còn hạn chế, hầu hết mới chỉ tập trung vào môi trường chung, đến kinh tế - xã hội và tài nguyên nước mặt Các nghiên cứu đối với nước dưới đất mới chỉ tập trung xác định ranh giới mặn nhạt, nghiên cứu xâm nhập mặn, tính toán thời gian và tốc độ dịch chuyển của ranh giới trên cơ

sở điều kiện địa chất thủy văn của vùng nghiên cứu, lưu lượng khai thác yêu cầu cũng như mối quan hệ giữa nước biển với NDĐ ở những khu vực ven biển Hầu hết các nghiên cứu cũng đưa ra cảnh báo về khả năng nhiễm mặn của các công trình khai thác và sự dịch chuyển ranh giới mặn nhạt tuy nhiên những nghiên cứu tổng hợp về sự biến đổi các điều kiện tự nhiên cùng hoạt động khai thác đến sự dịch chuyển ranh giới mặn nhạt nước dưới đất còn ít, có thể kể đến một số công trình như: Nguyễn Văn Lâm (2004, 2015), Nguyễn Sơn (2007), Trần Thanh Xuân (2011), Nguyễn Văn Hoàng (Năm 2012), Đỗ Huy Cường (2012), Bùi Trần Vượng (2013), Trịnh Hoài Thu (2014), Nguyễn Thị Hạ (2016)

Tổng hợp các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy vùng ven biển chịu tác động mạnh mẽ của BĐKH&NBD Khi đánh giá ảnh hưởng của chúng đến tài nguyên nước dưới đất, cần xác định ranh giới mặn

- nhạt bằng các tài liệu đo TDS, Cl- của mẫu nước hoặc kết quả thăm dò địa vật lý điện Nghiên cứu các quy luật biến đổi của các yếu tố khí hậu, nước sông, nước biển ảnh hưởng đến tài nguyên nước dưới đất trong quá khứ, từ

đó dự báo sự thay đổi trong tương lai và tác động của chúng đến sự dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt nước dưới đất

Chương 2:

Đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn và kịch bản Biến đổi khí hậu,

nước biển dâng tỉnh Thái Bình

2.1 Đặc điểm địa chất

Địa hình Thái Bình là đồng bằng thấp, bằng phẳng thuộc châu thổ

sông Hồng Độ cao tuyệt đối (1  2 m), dốc về phía Đông với độ dốc rất nhỏ Địa tầng vùng Thái Bình phân tầng từ cổ đến trẻ có các phân vị địa tầng gồm: giới Proterozoi, giới Mesozoi, giới Kainozoi – hệ Neogen và hệ Đệ

tứ (trầm tích Pleistocen hạ - hệ tầng Lệ Chi, trầm tích Pleistocen trung – thượng – hệ tầng Hà Nội, trầm tích Pliestocen thượng – hệ tầng Vĩnh Phúc, trầm tích Holocen hạ - trung - hệ tầng Hải Hưng và trầm tích Holocen thượng – hệ tầng Thái Bình) Khu vực được giới hạn bởi các đứt gãy sâu Sông Hồng, Sông Chảy và Sông Lô theo phương Tây Bắc - Đông Nam tạo nên đường bờ biển hiện nay và là cơ sở cho sự tồn tại, lưu thông

và vận động của nước dưới đất Từ các đặc điểm biến đổi trầm tích hình thành các TCN chính trong khu vực như: Neogen, Pleistocen và Holocen Trong đó hầu hết các TCN có triển vọng đều liên quan đến nhóm tướng lục địa thuộc pha biển lùi Còn các tầng thấm nước yếu có thành phần chủ yếu là sét bột thuộc tướng vũng vịnh, bãi bồi, hồ đầm lầy ven biển đặc trưng cho các pha biển tiến lớn vào đồng bằng TCN Neogen hình thành với nguồn gốc biển, nhưng do quá trình phong hóa, rửa lũa kéo dài và có mối quan hệ với TCN bên trên, bên dưới nên nước thường là nước nhạt TCN Pleistocen được hình thành trong các giai đoạn biển lùi cuối thời kỳ Pleistocen sớm, Pleistocen giữa - muộn và cuối Pleistocen muộn thuộc

hệ tầng Lệ Chi, Hà Nội và Vĩnh Phúc Tuy nhiên, nước trong hệ tầng Lệ Chi và Hà Nội có chất lượng tốt hơn do có sự lưu thông, trao đổi nước tốt, nước thường nhạt, chỉ có những vùng ven biển do chịu tác động của quá trình biển tiến nên chất lượng nước mặn Chất lượng nước trong hệ tầng Vĩnh Phúc có chất lượng kém hơn, thường lợ đến mặn TCN Holocen được hình thành trong giai đoạn Holocen sớm – giữa và muộn, chịu ảnh hưởng nhiều của quá trình biển tiến, biển thoái và quá trình hình thành các trầm tích trên bề mặt ở khu vực ven biển, cửa sông, cửa biển… TCN này chịu ảnh hưởng của địa hình, xâm thực của sông cùng quá trình rửa trôi bề mặt bởi nước mưa xen kẽ giữa mùa mưa và mùa khô, hoạt động của nước chảy tràn trên bề mặt vào những ô trũng ngập nước làm chất lượng nước ở TCN Holocen mặn - nhạt đan xen trên toàn bộ vùng nghiên cứu

2.2 Đặc điểm địa chất thủy văn

Thái Bình nằm ở vị trí gần biển nên có đặc điểm ĐCTV tương đối phức tạp Các tập đất đá vụn thô xen kẽ hạt mịn là cơ sở để phân chia mặt cắt địa chất ra các tầng chứa nước khác nhau luân phiên với các thành tạo chứa nước kém hoặc cách nước, gồm các đơn vị địa chất thủy văn: tầng chứa nước lỗ hổng (Holocen, Pleistocen, Neogen) và các thành tạo thấm nước yếu Holocen dưới – giữa, Pleistocen giữa và lớp cách nước trầm tích Neogen Trong đó, TCN Holocen phân bố ngay trên bề mặt khu vực nghiên cứu với chất lượng nước nhạt và nước lợ, mặn đan xen Vùng nước nhạt

y = 0.0061x + 11.141 22

22.5 23 23.5 24 24.5

ở phần phía Nam của tỉnh bao gồm huyện Kiến Xương, Tiền Hải, Vũ Thư

và một phần diện tích huyện Thái Thuỵ

TCN Neogen có độ giàu nước và chất lượng nước không đồng đều, phụ thuộc vào điều kiện thành tạo, thành phần thạch học và điều kiện địa chất thuỷ văn TCN này có thể chứa nước nóng, nước khoáng Tuy nhiên trong phạm vi nghiên cứu ảnh hưởng của BĐKH&NBD đến NDĐ, tác giả không tập trung đánh giá TCN này do chúng nằm ở dưới sâu

2.3 Đặc điểm khí hậu, thủy văn và kịch bản Biến đổi khí hậu, nước biển dâng tỉnh Thái Bình

2.3.1 Đặc điểm khí hậu

Thái Bình có khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, gió mùa, được chia thành hai mùa rõ rệt, mùa mưa và mùa khô Theo kết quả tổng hợp từ năm 1960 trở lại đây về diễn biến khí hậu cho thấy nhiệt độ, độ bốc hơi trung bình có xu hướng gia tăng, độ ẩm không khí ít biến đổi và lượng mưa có xu hướng giảm dần nhưng từ năm 1995 trở lại đây thì lượng mưa có xu hướng gia tăng

Hình 2.5 Sự thay đổi nhiệt độ trung bình năm theo thời gian

Hình 2.9 Sự thay đổi lượng mưa theo thời gian 2.3.2 Đặc điểm thủy văn

Thái Bình được xem như một ốc đảo, ba mặt giáp sông, một mặt giáp biển Biển Thái Bình có chế độ nhật triều đều với hơn 50 km bờ biển, biên

độ triều đạt tới 2 m, nước biển có độ mặn (24  25) % Trong tỉnh Thái Bình có 3 con sông lớn chảy qua, đó là sông Hồng, sông Luộc, sông Trà

Lý với tổng chiều dài các con sông khoảng 200 km Hướng dòng chảy của các con sông đa số theo hướng Tây Bắc – Đông Nam Theo kết quả quan trắc từ năm 1960 đến nay cho thấy mực nước sông Hồng, sông Trà Lý và nước biển có xu hướng gia tăng Mực nước tại sông Luộc có xu hướng giảm do phân lưu sông Luộc ít chịu tác động của sông Hồng và biển mà chủ yếu chịu ảnh hưởng của hoạt động khai thác nước phục vụ nhu cầu tưới tiêu, thủy lợi và sinh hoạt cho dân cư ở trên nhiều khu vực

2.3.3 Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng tỉnh Thái Bình

Mức thay đổi lượng mưa trong 50 năm qua có xu hướng giảm dần theo thời gian Trong đó mức giảm theo thống kê tại tỉnh Thái Bình trung bình năm là - 7% Dựa trên kết quả quan trắc theo thời gian, giả thiết các kịch bản BĐKH&NBD của Bộ tài nguyên và Môi trường đã đưa ra sự gia tăng nhiệt độ, lượng mưa và sự dâng cao mực nước biển theo các mức phát thải B1, B2, A2 Trên cơ sở ki ̣ch bản BĐKH&NBD cho thấy đến năm 2100 tương ứng với mức 50 cm, 70 cm và 85 cm theo các kịch bản thì vùng ven biển Thái Thụy, Tiền Hải và Kiến Xương bị ngập Vùng ít ngập là Quỳnh Phụ, Hưng Hà, Đông Hưng, Vũ Thư Diện tích ngập trên toàn tỉnh chiếm khoảng 35 % ứng với mực nước biển dâng 85 cm (bảng 2.2)

Bảng 2.2 Diện tích ngập nước do nước biển dâng theo các kịch bản phát thải

Vùng nghiên

cứu

Diện tích tự nhiên (km 2 )

Diện tích ngập ứng với các kịch bản NBD (km 2 )

% Diện tích ngập ứng với các kịch bản NBD

50 cm 70 cm 85 cm 50 cm 70 cm 85 cm

Tiền Hải 195,97 58,79 117,58 156,78 30 60 80 Thái Thụy 258,77 38,82 90,57 168,20 15 35 65 Kiến Xương 215,51 32,33 43,10 86,20 15 20 40 Quỳnh Phụ 208,40 10,42 20,84 52,10 5 10 25 Đông Hưng 205,83 6,18 14,41 20,58 3 7 10 Hưng Hà 212,93 4,26 10,65 17,04 2 5 8

Vũ Thư + TP

Thái Bình 244,84 19,59 29,38 36,73 8 12 15 Toàn tỉnh 1.542,24 170,37 326,53 537,62 11,05 21,17 34,86

Chương 3:

Nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu, thủy hải văn và hoạt động khai

thác đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình

3.1 Cấu trúc ĐCTV và mối quan hệ với nhân tố khí hậu, thủy văn

3.1.1 Tầng chứa nước Holocen

Dựa trên kết quả khảo sát địa chất thủy văn trên toàn tỉnh cùng một số tài liệu địa chất công trình, xây dựng sơ đồ phân bố cấu trúc ĐCTV trên toàn tỉnh nhằm đánh giá toàn diện các TCN Ngoài ra, căn cứ trên kết quả thí nghiệm đổ nước hiện trường cùng lấy mẫu phân tích thành phần thạch học trong phòng thí nghiệm, đánh giá tính thấm của TCN, tác giả đã xây dựng sơ

đồ phân bố vùng thấm khu vực nghiên cứu với 3 vùng có mức độ thấm nước khác nhau Trong đó, vùng có tính thấm trung bình tập trung chủ yếu ở khu vực phía Đông và Đông Nam vùng nghiên cứu thuộc huyện Thái Thụy, Kiến Xương, Vũ Thư Vùng có tính thấm yếu phân bố trên toàn bộ khu vực và vùng có khả năng thấm nước kém phân bố chủ yếu phía Bắc và Tây Bắc thuộc huyện Hưng Hà và một phần huyện Vũ Thư Từ kết quả đánh giá thành phần thạch học, cùng hiện trạng sử dụng đất, phân bố lớp phủ thực vật tính toán phân vùng lượng bổ cập cho TCN qh Đây là cơ sở nhằm đánh giá vai trò bổ cập của nước mưa cho TCN này Ngoài ra, sử dụng kết quả khảo sát chất lượng NDĐ để xác định sự phân bố ranh giới mặn – nhạt của TCN nhằm đánh giá sự dịch chuyển của chúng theo thời gian (hình 3.6)

Hình 3.6 Ranh giới mặn – nhạt TCN

So với kết quả nghiên cứu năm 1996 của Lại Đức Hùng, diện tích vùng nước mặn trên toàn tỉnh của TCN qh năm 2014 thu hẹp khoảng 180

km2 trong đó tổng diện tích vùng mặn trước đây là 700,5 km2 và diện tích vùng nhạt hiện nay là 521,1 km2 Với diện tích vùng nước mặn thu hẹp tập trung ở khu vực ven biển, theo sơ đồ phân bố vùng thấm cho thấy tại khu vực có khả năng thấm nước trung bình, ít bị che phủ bề mặt nên dễ dàng bị thấm bởi nước mưa, làm hòa tan, rửa trôi các thành phần mặn, gây nhạt hóa tầng chứa nước Một số điểm tại khu vực huyện Hưng Hà, Quỳnh Phụ, diện tích vùng nước mặn bị thu hẹp không nhiều do lớp thấm nước kém lộ ngay trên bề mặt, lượng bổ cập cho TCN Holocen không lớn

3.1.2 Tầng chứa nước Pleistocen

Do được ngăn cách bởi lớp thấm nước yếu nên TCN ít chịu ảnh hưởng của nước mưa mà phần nhỏ do thấm xuyên từ TCN bên trên xuống Tổng hợp kết quả thu thập, khảo sát thực địa với hơn 100 điểm quan trắc và lấy mẫu phân tích chất lượng nước tại các giếng khoan đường kính nhỏ trên toàn bộ khu vực, tác giả đã xây dựng được bản đồ phân bố ranh giới mặn – nhạt TCN như hình 3.7 Trong đó khu vực nước nhạt phân bố chủ yếu ở phía Bắc của tỉnh So với kết quả nghiên cứu năm 1996, ranh giới mặn – nhạt hiện nay đã có sự dịch chuyển nhưng không nhiều chủ yếu tập trung tại những khu vực có lượng khai thác nước nhiều Diện tích vùng nước nhạt ước tính giảm 17 km2 từ 922,5 km2 năm 1996 xuống 905,4 km2

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu tới NDĐ

3.2.1 Nghiên cứu mối quan hệ giữa nước mưa với NDĐ

Để đánh giá mối quan hệ giữa nước mưa và NDĐ, tác giả đã thiết lập mối quan hệ giữa mực nước dưới đất với lượng mưa theo thời gian (hình 3.9)

Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi lượng mưa và cốt cao mực nước

dưới đất tại các lỗ khoan quan trắc theo thời gian

Kết quả đánh giá cho thấy dao động mực nước tại các lỗ khoan quan trắc ở TCN Holocen trên (Q155, Q159, Q158, Q156) có xu hướng tăng, biến đổi đồng đều với lượng nước mưa Riêng lỗ khoan quan trắc TCN Pleistocen (Q159b, Q158a, Q156a) có xu hướng giảm mạnh Kết quả này cho thấy nước mưa có ảnh hưởng nhất định đến dao động mực nước của các

lỗ khoan TCN Holocen, có vai trò bổ cập cho nước dưới đất của TCN này song chúng ít có quan hệ với TCN Pleistocen

3.2.2 Xác định lượng bổ cập của nước mưa cho nước dưới đất

- Đối với TCN Holocen: trên cơ sở tài liệu quan trắc liên tục TCN qh và

nước mưa theo thời gian cùng các số liệu điều tra cơ bản, ước tính lượng

y = 0.0002x + 0.9579

y = -0.0226x + 1.7022

y = 0.1186x + 117.33

0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00

Cốt cao

mực

nước, m

bổ cập của nước mưa vào tầng chứa nước theo phương pháp của Bindeman và Healy & Cook Trong đó, theo tính toán lượng nước mưa bổ cập vào mùa mưa chiếm khoảng (25  27) % lượng mưa với tổng lượng nước bổ cập tính toán khoảng (0,0003  0,00032) m/ng Vào mùa khô, lượng nước dưới đất bốc hơi thay đổi từ (0,000068  0,000098) m/ng Với 70% diện tích đất sử dụng trong nông nghiệp và các mục đích chưa sử dụng khác, tác giả đã tính toán được lượng nước dưới đất gia tăng trung bình trên toàn tỉnh với diện tích 1.542,24 km2 là 345.460 m3/ng

- Đối với TCN Pleistocen: do bị ngăn cách bởi TCN bên trên và lớp thấm

nước yếu nên TCN này không chịu ảnh hưởng trực tiếp của nước mưa mà chủ yếu chịu tác động của quá trình thấm xuyên từ TCN bên trên xuống do

sự chênh lệch mực nước giữa các TCN trong cùng một thời gian và qua cửa sổ ĐCTV tại Vũ Thư, Quỳnh Phụ, Đông Hưng Lượng nước thấm xuyên trung bình vào TCN ít có sự thay đổi theo mùa Lưu lượng đơn vị

bổ cập có giá trị rất nhỏ, trung bình năm từ 2,03.10-7 ÷ 6,3.10-7 m/ng

3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nước sông, biển với nước dưới đất

3.3.1 Nghiên cứu mối quan hệ giữa nước sông, biển với NDĐ

Để đánh giá mối quan hệ giữa nước sông, biển với NDĐ, tác giả đã tiến hành thu thập tài liệu mực nước sông, biển từ Trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia, tài liệu quan trắc mực nước dưới đất từ Trung tâm quy hoạch và điều tra tài nguyên nước quốc gia cùng kết quả khảo sát thực địa được tác giả thực hiện tại khu vực ven biển Thái Thụy, Tiền Hải Tuyến quan trắc được bố trí ở cả 2 TCN qh và qp theo phương song song và vuông góc so với đường bờ biển tại khoảng cách 1,5 km đến 3,0 km Tổng

số điểm quan trắc là 20 điểm Tuyến quan trắc mực nước dưới đất thực hiện liên tục theo thời gian đồng thời với chu kỳ lên xuống của thủy triều trong ngày bằng thiết bị quan trắc tự động Thời gian thực hiện quan trắc 1 giờ/1 lần đo và kéo dài trong 1 tháng theo chu kỳ hoạt động của mặt trăng

- Đối với TCN Holocen: hầu hết mực nước tại các trạm sông – biển

đều có mối quan hệ đồng biến với mực nước tại các lỗ khoan quan trắc Trong 1 tháng mực nước biển dao động theo 2 chu kỳ và tăng dần từ đầu tháng đến cuối tháng Ở khoảng cách (1,5 ÷ 3,0) km so với đường bờ biển, NDĐ đều có quan hệ với dao động của nước biển Những lỗ khoan quan trắc nằm ở khu vực gần cửa sông ven biển (Q155) cũng có dao động đồng biến với nước biển Vào sâu trong đất liền, mức độ ảnh hưởng của nước biển đến NDĐ giảm dần (hình 3.17) Để ước tính vai trò của nước biển đến TCN qh, tác giả đã thiết lập mối quan hệ giữa mức độ gia tăng mực nước biển với mức độ gia tăng mực NDĐ theo thời gian quan trắc tại khoảng cách 1,5 km so với đường bờ biển Kết quả tính toán cho thấy khi mực nước biển tăng lên 10% thì mực NDĐ tăng lên 3,5 ÷ 4%

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

-5 -4.8 -4.6 -4.4 -4.2 -4 -3.8 -3.6 -3.4 -3.2 -3

QT2-3

QT 2-4 QT2-5 QT2-1 QT2-11 Nước biển

Mực nước dưới đất, m Mực nước biển, m

Thời gian quan trắc

- Đối với tầng chứa nước Pleistocen: Nước dưới đất ở khoảng cách (1,5

÷ 2,0) km so với đường bờ biển đều có quan hệ đồng biến với dao động của nước biển chứng tỏ chúng có quan hệ thủy lực với nhau do ảnh hưởng gián tiếp của quá trình truyền áp từ nước biển vào TCN (hình 3.23)

Hình 3.23 Đồ thị so sánh dao động mực nước TCN qp với nước biển ở

Càng vào sâu trong đất liền, ở khoảng cách 3,0 km trở vào, mức độ ảnh hưởng của nước biển đến NDĐ giảm dần Kết quả nghiên cứu cho thấy

sự dao động lên xuống của mực nước dưới đất trong tầng chứa nước Pleistocen khu vực ven biển tương đồng với chu kỳ lên xuống của thủy triều nhưng trễ hơn (hình 3.24) Để đánh giá vai trò của nước biển đến tầng chứa nước qp, tác giả đã xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuyến tính giữa

sự gia tăng mực nước biển và mực nước dưới đất ở khoảng cách 1,5 km so với đường bờ biển trong đó khi mực nước biển dâng lên 10 % thì mực nước dưới đất tầng chứa nước qp tăng rất nhỏ từ 0,1 đến 0,2 %

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 0.5

1 1.5

2 2.5

3

QT1-1

Q 155 QT1-5 QT1-10 QT1-12 Nước biển

Thời gian quan trắc