Nghiên cứu đề xuất mô hình khai thác bền vững thấu kính nước nhạt trong cồn cát ven biển huyện thạch hà, tỉnh hà tĩnh

Hướng nghiên cứu của luận văn là “ Nghiên cứu đề xuất mô hình khai thác bền vững thấu kính nước nhạt trong cồn cát ven biển huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh” Nó là một phần nghiên cứu trong

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu kết quả trình bày trong luận văn này là đúng sự thật, có nguồn gốc rõ ràng, và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Tác giả

Trần Văn Quang

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được thực hiện ở bộ môn Địa kỹ thuật, khoa Công trình trường Đại học

Thủy Lợi Hướng nghiên cứu của luận văn là “ Nghiên cứu đề xuất mô hình khai thác bền vững thấu kính nước nhạt trong cồn cát ven biển huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh”

Nó là một phần nghiên cứu trong đề tài cấp Nhà nước mã số XHTN, thuộc chương trình Độc lập cấp nhà Nước của Bộ Khoa học và Công nghệ do Viện khoa học thủy lợi Việt Nam chủ trì thực hiện

62/2015-ĐTĐL.CN-Để có thể hoàn thành luận văn một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự cố gắng, nỗ lực hết mình của bản thân còn có sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật Xây dựng trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội, đặc biệt dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy TS Nguyễn Văn Lộc và của PGS.TS Nguyễn Thành Công chủ nhiệm đề tài độc lấp cấp nhà Nước mã số 62/2015-ĐTĐL.CN-XHTN

Tác giả xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, đã tận tâm hướng dẫn khoa học suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến khi hoàn thành luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật, khoa Công trình

đã giúp đỡ và tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận văn này Xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp tại phòng Địa kỹ thuât- Viện Thủy công đã cung cấp những số liệu cần thiết và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả xử lý kết quả trong phòng và hỗ trợ khảo sát tại hiện trường

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

PHẦN I MỞ ĐẦU 9

1 Tính cấp thiết của đề tài 9

2 Mục đích của đề tài 12

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 12

3.1.1 Phạm vi nghiên cứu 12

3.1.2 Đối tượng nghiên cứu: 12

4 Nội dung nghiên cứu 12

5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 12

1.1 Cách tiếp cận 12

1.2 Phương pháp nghiên cứu sử dụng 12

6 Kết quả dự kiến đạt được 13

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 14

1.1 Các nghiên cứu về nước dưới đất trong các dải cồn cát ven biển 14

1.1.1 Ngoài nước 14

1.1.2 Trong nước 19

1.2 Tổng quan về đặc điểm địa chất thủy văn của các trầm tích Đệ Tứ khu vực Hà Tĩnh 22

1.2.1 Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Holocen trên (qh2): 22

1.2.2 Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Holocen dưới (qh1) 23

1.2.3 Kết quả nghiên cứu nước dưới đất vùng cát ven biển Hà Tĩnh 24

1.3 Tổng quan về các mô hình khai thác nước trong các vùng cồn cát ven biển 26

1.3.1 Giếng đào 27

1.3.2 Giếng khoan đơn 28

1.3.3 Hành lang giếng 31

1.3.4 Giếng tia 32

1.3.5 Giếng đứng kết hợp công trình thu nước nằm ngang 34

1.3.6 Giếng đào thu nước thành bên 35

1.4 Kết luận chương 1 36

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ ĐỀ XUẤT CÁC MÔ HÌNH KHAI THÁC BỀN VỮNG VỚI VÙNG NGHIÊN CỨU 38

2.1 Cơ sở khoa học 38

2.1.1 Đặc điểm địa chất thủy văn dải cồn cát ven biển huyện Thạch Hà 38

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành nước dưới đất vùng nghiên cứu 38 2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng của ranh giới mặn đến tầng chứa nước 40

2.1.4 Cơ chế xâm nhập mặn tầng chứa nước 42

2.1.5 Các phương trình vi phân vận động của nước dưới đất 46

2.1.6 Phương pháp đánh giá trữ lượng tầng chứa nước 49

2.1.7 Phân tích đánh giá sự tồn tại của các của các công trình khai thác 56

2.1.8 Đánh giá sự tồn tại của các công trình khai thác 56

2.2 Phân tích đề xuất các mô hình khai thác phù hợp với đặc điểm địa chất thủy văn của khu vực nghiên cứu 58

2.2.1 Mô hình giếng đào thu nước thành bên 59

2.2.2 Mô hình giếng tia 62

2.2.3 Mô hình giếng đứng kết hợp công trình thu nước nằm ngang 65

2.3 Kết luận chương 2 69

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG VÀ TÍNH TOÁN CHO DỰ ÁN 70

3.1 Giới thiệu chung về Dự án 70

3.1.1 Tên Dự án: 70

3.1.2 Địa điểm xây dựng: 70

3.1.3 Sự cần thiết phải xây dựng công trình: 70

3.1.4 Nhiệm vụ của công trình: 71

3.1.5 Quy mô của Dự án: 71

3.2 Đặc điểm địa hình, địa chất thủy văn khu vực dự án 72

3.2.1 Đặc điểm địa hình dải cồn cát 72

3.2.2 Đặc điểm địa chất thủy văn khu vực đầu mối cấp nước 72

3.2.3 Hiện trạng xâm nhập mặn 74

3.3 Lựa chọn mô hình và phương pháp tính toán 77

3.3.1 Lựa chọn mô hình 77

3.3.2 Phương pháp tính toán 77

3.4 Tính toán theo phương pháp mô hình đã lựa chọn 80

3.4.1 Mô hình số khu vực nghiên cứu 80

3.4.2 Kết quả tính toán mô phỏng 83

3.4.3 Lựa chọn thông số kích thước mô hình đầu mối 86

3.5 Kết luận chương 3 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91

4.1 Kết luận 91

4.2 Những tồn tại 92

4.3 Kiến nghị 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Mặt cắt địa chất ngang dải cồn cát Nghi Xuân 25

Hình 1.2 Mặt cắt địa chất ngang dải cồn cát Lộc Hà – Cẩm Xuyên 26

Hình 1.3 Cấu tạo của giếng đào 27

Hình 1.4 Cấu tạo của giếng khoan đơn 29

Hình 1.5 Sơ đồ khai thác nước dưới đất dạng hành lang giếng 32

Hình 1.6 Sơ đồ khai thác nước dưới đất bằng giếng tia 32

Hình 1.7 Hình chiếu đứng 3D kết cấu giếng tia 33

Hình 1.8 Mô hình cấp nước ven sông Năk Dong, thành phố ChangWon, Hàn Quốc 33 Hình 1.9 Mặt bằng và thực tế thi công nâng công suất cấp nước nhà máy KiNuta 33

Hình 1 10 Sơ đồ khai thác nước dưới đất bằng công trình thu nước nằm ngang 34

Hình 1 11 Cắt ngang công trình thu nước nằm ngang 35

Hình 1.12 Sơ đồ khai thác nước dưới đất bằng giếng đào thu nước thành bên 35

Hình 1.13 Thi công, lắp đặt giếng đào thu nước thành bên 36

Hình 2.1 Ranh giới mặn nhạt ứng với mực nước triều cao 41

Hình 2.2 Ranh giới mặn nhạt ứng với mực nước triều trung bình 41

Hình 2.3 Ranh giới mặn nhạt ứng với mực nước triều thấp 41

Hình 2.4 Hình dạng thấu kính nước nhạt khi nằm trực tiếp trên tầng nước mặn 42

Hình 2.5 Hình dạng thấu kính nước nhạt khi nằm trực tiếp trên tầng cách nước 42

Hình 2.6 Nón xâm nhập mặn từ dưới lên các công trình khai thác nước dưới đất 43

Hình 2.7 Sơ đồ các tầng chứa nước khu vực ven biển (C.W Fetter, 2001) 44

Hình 2.8 Sơ đồ cơ chế hoà trộn nước nhạt-mặn(C.W Fetter, 2001) 44

Hình 2.9 Quan hệ cột nước ngầm mặn nhạt ven biển(C.W Fetter, 2001) Dagan and Bear3 45

Hình 2.10 Nón xâm nhập mặn và các ký hiệu dùng tính toán 46

Hình 2.11 Phân tố trong dòng thấm 47

Hình 2.12 Phân tố trong dòng phẳng ngang không áp 48

Hình 2.14 Phân tich đồ thị dao động mực nước ở lỗ khoan để xác định đại lượng cung cấp 51 Hình 2.15 Kết cấu giếng và sơ đồ dòng thấm chảy vào giếng đào trường hợp không kết cấu hết bề dày tầng chứa nước 59

Hình 2.16 Kết cấu giếng và sơ đồ dòng thấm chảy vào giếng đào trường hợp kết cấu hết bề dày tầng chứa nước 60

Hình 2.17 Sơ đồ tính toán nguyên tố dòng thấm chảy vào giếng 61

Hình 2.18 Hình chiếu đứng 3D kết cấu mô hình giếng tia 63

Hình 2.19 Mặt bằng kết cấu mô hình giếng tia 64

Hình 2.20 Mặt bằng mô hình giếng đứng kết hợp công trình thu nước nằm ngang 66

Hình 2.21 Cắt dọc mô hình giếng đứng kết hợp công trình thu nước nằm ngang 66

Hình 2.22 Tầng chứa nước có đáy cách nước nằm ngang 67

Hình 2.23 Tầng chứa nước có đáy cách nước nằm nghiêng 68

Hình 3.1 Sơ đồ bố trí tổng thể hạng mục công trình cấp nước 71

Hình 3.2 Bản đồ địa chất thủy văn dải cồn cát ven biển Thạch Hà – Cẩm Xuyên 73

Hình 3.3 Mặt cắt địa chất thủy văn ngang khu đầu mối 73

Hình 3.5 Bản đồ phân bố mặn tầng chứa nước qh năm 2016 75

Hình 3.6 Mặt cắt địa điện qua vị trí cồn cát xã Thạch Lạc – Thạch Hà 75

Hình 3.7 Bản đồ phân bố mặn nhạt tầng chứa nước qp năm 2016 76

Hình 3.8 Sơ đồ rời rạc hoá không gian trong mô hình 79

Hình 3.9 Lượng nước mưa bổ cập (mm/ng) cho tầng chứa nước 81

Hình 3.10 Đồ thị dao động mực nước tại giếng bơm năm hạn hán 83

Hình 3.11 Đồ thị dao động mực nước tại giếng bơm năm có mưa 83

Hình 3.12 Mặt cắt ngang mực nước qua giếng bơm khu vực cồn cát thời điểm tháng II/2017 84

Hình 3.13 Đường đẳng mực nước khu vực cồn cát thời điểm tháng II/2017 84

Hình 3.14 Mặt cắt ngang mực nước qua giếng bơm khu vực cồn cát thời điểm tháng X/2017 84

Hình 3.15 Biểu đồ quan hệ khả năng thu nước của các ống lọc trong cát vùng nghiên cứu với đường kính khác nhau 87

Hình 3.16 Biểu đồ quan hệ khả năng thu nước của các ống lọc trong cát hạt thô với đường kính khác nhau 88

Hình 3.17 Cắt dọc mô hình khai thác 89

Hình 3.18 Mặt bằng mô hình khai thác 90

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thực trạng công trình đang khai thác nước trong TCN qh2 trên các dải cát

ven biển Hà Tĩnh 56Bảng 2.2 Sự giảm trị số hạ thấp mực nước khi tăng bán kính giếng 63Bảng 3.1: Các thông số địa chất thủy văn của tầng chứa nước qh2 72Bảng 3.2 Khả năng thu nước của các loại ống lọc theo chiều cao cột nước thấm trong

cát hạt mịn đến trung 87Bảng 3.3 Khả năng thu nước của các loại ống lọc trong cát hạt thô 88Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm khả năng thu nước của ống lọc 89

PHẦN I MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Chương trình MTQG Nước sạch và VSMTNT, sau 15 năm triển khai kể từ 2001, tính chung tới nay đã đạt được độ bao phủ là 84% nước hợp vệ sinh cho các vùng nông thôn trên toàn quốc Tuy nhiên, mức độ bao phủ về cấp nước giữa các tỉnh, và các vùng trong một tỉnh còn có khác biệt lớn Riêng khu vực dân cư vùng ven biển Bắc Trung bộ do có đặc thù riêng về điều kiện tự nhiên địa hình, địa chất và khí hậu nên là khu vực có rất nhiều khó khăn để đảm bảo nguồn và đáp ứng nhu cầu cấp nước Trong tình trạng biến đổi khí hậu, đã có rất nhiều vùng trong khu vực này đang lâm vào cảnh thiếu nước đặc biệt là vào thời điểm mùa khô Theo số liệu thống kê mới nhất của Bộ Tài nguyên & Môi trường đã cho thấy, tại 4 tỉnh (gồm Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị) đã có tới 12 vùng với trên 17 xã của 8 huyện nằm trải dọc dải ven biển khu vực Bắc Trung Bộ hiện là các khu vực đang hết sức khó khăn về điều kiện cấp nước sinh hoạt và đã được liệt kê vào danh sách 500 khu vực khan hiếm và khó khăn về cấp nước sinh hoạt trong toàn quốc

Như vậy, để đảm bảo mục tiêu tăng nhanh độ che phủ về cấp nước cho các vùng nông thôn dọc ven biển Miền Trung nói chung và vùng Hà Tĩnh nói riêng, bên cạnh việc tiếp tục ưu tiên cao về vốn cho đầu tư xây dựng các công trình cấp nước thì đồng thời cần tăng cường triển khai nghiên cứu ứng dụng tiến bộ kỹ thuật, tìm kiếm các giải pháp, mô hình khai thác tiên tiến, phù hợp để đảm bảo tính bền vững và kịp thời thích ứng với điều kiện biến đổi toàn cầu về khí hậu và ảnh hưởng của nước biển dâng trong thời gian tới

Vùng ven biển khu vực Hà Tĩnh với đặc điểm là các dải cát kéo dài dọc bờ biển, do

đó, nguồn nước chính cấp cho sinh hoạt là nước ngầm tồn tại chủ yếu trong các thành tạo trầm tích Đệ tứ với các tầng chứa nước chính như sau:

*Tầng chứa nước trong các trầm tích Holocen thượng nguồn gốc sông (aQ23), sông biển (amQ23) và biển gió (mvQ23) Đây là tầng chứa nước thứ nhất với đặc thù là tầng chứa nước không áp với chiều dày tầng khai thác không lớn (từ 2,0m-3,0m cho đến 8,0-10,0m), và độ sâu mực nước tĩnh không nhỏ (từ 0,3-2,5m về mùa mưa và 1,5-2,0m

về mùa khô) Do xuất lộ trực tiếp trên mặt đất nên tầng chứa nước có quan hệ chặt chẽ với các yếu tố khí tượng thủy văn, do đó chất lượng nước không ổn định, dễ bị ô nhiễm sinh vật và nhiễm mặn Nhìn chung tầng chứa nước Holocen thượng có độ chứa nước được đánh giá từ nghèo đến trung bình, điều kiện khai thác tương đối thuận lợi nên từ lâu đã là nguồn cấp quan trọng cho người dân vùng ven biển

Theo số liệu thống kê, hiện nay quá trình khai thác và sử dụng nước trong khu vực này còn mang tính tự phát, khai thác theo mô hình hộ cá nhân không có sự quản lý hoặc quy hoạch cụ thể Ngoài ra, các tác động của môi trường đến chất lượng nước còn chưa có các biện pháp ngăn ngừa nên ngày càng dẫn đến gây lãng phí, cạn kiệt, ô nhiễm và nhiễm mặn nguồn nước ngọt dưới đất hữu hạn của khu vực này

Ở trong nước, việc nghiên cứu ứng dụng các thành tựu khoa học thế giới áp dụng vào điều kiện Việt Nam đặc biệt cho khu vực Miền Trung để giải quyết vấn đề khai thác nước hạn chế khả năng nhiễm mặn cũng đã được triển khai tiến hành từ những năm

1996 - 2003 của nhiều tác giả như Đặng Hữu Ơn năm 1996 [Dự báo khả năng nhiễm mặn đối với một số công trình ở Vũng Tàu song vẫn ở phạm vi nhỏ trên một số vùng Ứng dụng các chương trình tính toán bằng phương pháp Lập trình tuyến tính (LTTT)

và lập trình động (LTĐ) để giải quyết bài toán khai thác tối ưu cho tầng chứa nước không áp theo các điều kiện biên khác nhau, thay đổi theo thời gian và không gian đã tính toán và thử nghiệm cho một số vùng (điểm) nằm rải rác tại một số tỉnh như Quảng Ngãi, Quảng Trị (Nguyễn Văn Hoàng, Nguyễn Thành Công 2001) Trong các kết quả

nghiên cứu đã khẳng định vai trò, tiềm năng khai thác nguồn nước từ thấu kính nước nhạt trong các giải cát ven biển luôn đóng vai trò quan trọng; Nó có thể góp phần cải tạo và ổn định môi trường sinh thái khi được khai thác, sử dụng một cách hợp lý Tuy nhiên số liệu và phạm vi nghiên cứu chưa bao trùm chi tiết và hệ thống cho các cấu trúc chứa nước đặc trưng nhất trên toàn vùng nghiên cứu

Thực tế cho thấy: trong thời điểm hiện nay, với định hướng chiến lược về phát triển lĩnh vực kinh tế biển đã đem lại những thay đổi lớn về diện mạo cho khu vực dân cư dải ven biển miền Trung; tuy nhiên, những thay đổi về kinh thế đã kéo theo những biến động về dân cư cũng như sự tăng theo các nhu cầu khác về đời sống sinh hoạt Sự gia tăng dân số, phát triển dich vụ du lich, các hoạt động sản xuất, kinh tế khu vực ven

biển đã kéo theo những hệ lụy không nhỏ đối với nguồn tài nguyên nước dưới đất của khu vực này trong đó cả về chất lượng và số lượng Việc khai thác NDĐ trong khu vực các cồn cát ven biển phục vụ sản xuất, nuôi trông thuỷ sản không theo quy hoạch và năng lực khai thác thực tế đã dẫn đến nguy cơ gây cạn kiệt nguồn tài nguyên nước tầng nông đồng thời tạo điều kiện cho xâm nhập mặt, thu hẹp vùng khai thác gây suy thoái nguồn Tình trạng thiếu nước và mặn xâm nhập luôn đe dọa nhiều vùng dân cư sinh sống trên khu vực phân bố các dải cát ven biển như: vùng Thạch Lạc, Thạch Trị, Thạch Xuyên, huyện Thạch Hà tỉnh Hà Tĩnh Nơi đây có trên 7.800 người dân trong

13.200 người (chiếm 62,0%) của 8 xã hàng năm vẫn phải luôn đối đầu với cảnh thiếu nước sinh hoạt cũng như không đảm bảo về chất lượng nước do nhiễm mặn , đời sống sinh hoạt hết sức khó khăn đặc biệt vào mùa khô

Nước trong thấu kính cồn cát là loại nước ngầm tầng nông không áp nằm ở trên tầng không thấm thứ nhất hoặc là tầng nước mặn (không có tầng không thấm phủ kín bên trên) Do đó nước tầng thấu kính thường thay đổi về trữ lượng cũng như mực nước theo từng thời kỳ trong năm, vì nó chịu ảnh hưởng trực tiếp của điều kiện khí hậu, thuỷ văn như lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ bốc hơi mặt đất mực nước của sông ngòi, hồ ao lân cận trong khu vực Nguồn cung cấp chủ yếu là do nước mưa ngấm vào đất, và một phần có thể là do dòng thấm từ sông, ngòi, ao, hồ bổ sung trực tiếp Ở một

số trường hợp, do điều kiện địa hình mực nước hồ, ao hạ thấp hơn cả mực nước trong thấu kính hoặc có các công trình khai mỏ lộ thiên (mỏ sắt Thạch Khê, các khu mỏ khai thác Titane ), nên nước từ thấu kính lại thấm bổ sung cho ao hồ, vùng trũng Vì vậy, mực nước ngầm và trữ lượng nước ngầm trong thấu kính đều giảm Để đảm bảo là nguồn khai thác ổn định cần có các giải pháp bảo vệ cho các thấu kính như: Nghiên cứu các giải pháp khai thác phù hợp kết hợp với việc bổ cập trực tiếp về lưu lượng cho vùng phễu hạ thấp khai thác, bổ cập để đảm bảo duy trì cân bằng mặn- ngọt hạn chế xâm nhập mặn, bảo vệ chống ô nhiễm về chất lượng vệ sinh nguồn nước,

Trong giai đoạn hiện nay, trước tình hình biến đổi khí hậu đang diễn ra một cách mạnh

mẽ, vùng dải cồn cát ven biển sẽ là đối tượng chịu ảnh hưởng tác động sớm nhất và trực tiếp theo chiều hướng xấu; Chính vì vậy việc thực hiện đề tài" Nghiên cứu đề xuất

và ứng dụng các mô hình khai thác hiệu quả, bền vững nguồn nước trong các thấu kính nước nhạt ven biển huyện Thạch Hà – Hà Tĩnh” có tính khoa học và thực tiễn, làm cơ

sở đối chứng, so sánh phân tích với mô hình khai thác hiện có nhằm tạo cơ sở lý luận cho các tính toán, phân tích tương tự là rất cần thiết

Phạm vi nghiên cứu của đề tài thuộc khu vực ven biển huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh

3.1.2 Đối tượng nghiên cứu:

- Đặc điểm địa chất thủy văn vùng nghiên cứu

- Mô hình khai thác phù hợp với đặc điểm địachất thủy văn vùng nghiên cứu

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc điểm, tính chất, cấu trúc và phạm vi phân bố, các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành chất, trữ lượng các thấu kính nước nhạt vùng ven biển huyện Thạch

- Tiếp cận tổng hợp và hệ thống: Tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã thu thập và kết

quả điều tra khảo sát thực hiện

- Tiếp cận lịch sử, kế thừa: Kế thừa các kết quả nghiên cứu về mô hình cấp nước tầng

nông, mô hình cấp nước ven biển…

- Tiếp cận theo phương pháp quản lý và phát triển bền vững tài nguyên nước

1.2 Phương pháp nghiên cứu sử dụng

- Phương pháp thống kê thu thập tài liệu, số liệu:

Điều tra, thu thập số liệu từ các cơ quan quản lý có liên quan về: điều kiện tự nhiên, địa lý, hiện trạng dân cư, tình trạng khai thác sử dụng nguồn nước cho sinh hoat, sản xuất, hệ thống tổ chức quản lý nguồn tài nguyên nước dưới đất

- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa:

Thực hiện các khảo sát chuyên môn để xác định các thông số địa chất thủy văn tầng chứa nước phục vụ các nội dung nghiên cứu

- Phương pháp phân tích lý thuyết, tính toán mô hình khai thác bằng mô hình toán

- Phương pháp chuyên gia: Xin ý kiến tư vấn các chuyên gia về các giải pháp KHCN trong khai thác

- Phân tích, so sánh với mô hình khai thác truyền thống

- Đề xuất, lựa chọn mô hình khai thác hợp lý bền vững thấu kính nước nhạt theo hướng trước mắt và lâu dài trên địa bàn vùng nghiên cứu

do nước biển đi lên và nhạt hóa hay do nước mưa ngấm xuống mà thành 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 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 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 Nhằm phục vụ cho các hoạt động của con người, sử dụng NDĐ vùng ven biển đã được nhiều nước trên hế 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) 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) 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) 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 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].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 13C, 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 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) 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, 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) [13] 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) 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 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 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) 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 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) 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) 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) 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 Trong nước

Khi tổng hợp kết quả nghiên cứu trong nước về nước trong các vùng cát ven biển miền trung Phan Văn Trường [13] đã trích dẫn đánh giá các công trình nghiên cứu như sau: Vấn đề địa chất khu vực miền Trung 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 Nghệ An đến Thừa Thiên - Huế được gọi là phù sa mới thuộc trầm tích Đệ tứ [13]

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)

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) [13] 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) [13] 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), [13] 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) [13] 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, 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) [13] 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) [13] 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 Tổng quan về đặc điểm địa chất thủy văn của các trầm tích Đệ Tứ khu vực

Hà Tĩnh

1.2.1 Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Holocen trên (qh2):

Tầng chứa nước này bao gồm toàn bộ hệ tầng trầm tích hiện đại (Q23), được tạo thành

từ nhiều nguồn gốc: biển, gió, sông, hồ, đầm lầy và hỗn hợp

Tầng chứa nước phân bố dọc theo bờ biển từ Xuân Hội (Nghi Xuân) đến Kỳ Phương (Kỳ Anh) và dọc theo các sông: Nại, sông Gia Hội, sông Rác, sông Nhà Lê, sông Quyền… Vùng đồng bằng ven biển bề dày của tầng chứa nước thay đổi từ 1-2m đến > 10m Dải cát ven biển có chiều rộng rất khác nhau Ven các núi sát biển chỉ vài chục mét, vùng không có núi rộng vài trăm đến một vài nghìn mét Rộng nhất ở Cẩm Hoà 2800-3400m Chiều rộng của các dải ven sông thay đổi từ vài chục mét đến vài nghìn mét Chiều dày của tầng cát ven biển vùng Cẩm Xuyên là có chiều dày lớn hơn các vùng khác Chiều dày nhỏ nhất ở Cẩm Xuyên là 15m (LK6B), chiều dày lớn nhất chưa xác định, LK11 sâu 22m vẫn chưa hết Tính trung bình 19,2m Vùng Kỳ Anh nhỏ nhất 5,6m (LK31), lớn nhất 12,5m (LK20), trung bình 8,5m Do nguồn gốc đa dạng nên thành phần đất đá cũng rất phong phú: nguồn gốc biển, gió biển thường là cát hạt mịn, hạt trung, hạt thô có nơi lẫn sạn, sỏi Nguồn gốc sông: cát, sạn, sỏi, cuội, bùn cát, bùn sét Nguồn gốc hồ, đầm lầy: bùn sét, bùn cát, cát hạt mịn có lẫn nhiều di tích động, thực vật Mực nước ở các giếng và lỗ khoan từ 1,5m đến 6,0m, trung bình 2,1m Lưu lượng các giếng đào thay đổi từ 0,02 l/s đến 0,06 l/s với độ hạ thấp 0,4-0,7m, trung bình 0,04 l/s Lưu lượng giếng khoan từ 0,204 l/s với độ hạ thấp 2,86 m đến 2,41 l/s với độ hạ thấp 2,38m , trung bình 1,63 l/s với độ hạ thấp trung bình 2,95m Hệ số thấm

(K) thay đổi từ 1,49 m/ngàyđêm đến 25,91 m/ngàyđêm, trung bình 12,87 m/ngàyđêm

Hệ số nhả nước (µ) từ 0,123 đến 0,186, trung bình 0,159 Nước trong tầng thuộc loại không áp, một số nơi có áp lực cục bộ Quan hệ thuỷ lực: tuy chưa có tài liệu nghiên cứu, nhưng chắc chắn ở các dải ven sông, nước trong tầng có quan hệ thuỷ lực qua lại chặt chẽ với sông Đối với dải cát ven biển, qua tài liệu quan trắc ở các LK10, LK11, LK12 (LK12 là lỗ khoan ngoài cùng, cách mép nước khi triều lên khoảng 50-60m, khi triều xuống 80-90m) thuộc xã Cẩm Dương, huyện Cẩm Xuyên, kết quả cho thấy trong điều kiện tự nhiên, ở khoảng cách như trên, không quan sát thấy ảnh hưởng thuỷ triều Nguồn cung cấp cho tầng chứa nước là nước mưa, đối với dải ven sông suối (vùng thượng nguồn), nằm trực tiếp lên bề mặt đá gốc, không loại trừ khả năng nhận được sự

bổ cập của các địa tầng này từ những phần địa hình cao hơn Miền thoát là các tầng chứa nước nằm dưới, các suối suối liền kề và biển Do chất lượng nước tốt, lại dễ khai thác, đây là tầng chứa nước rất có ý nghĩa trong việc cung cấp nước sinh hoạt cho nhân dân Tuy nhiên cần đặc biệt chú ý vấn đề nhiễm bẩn vi khuẩn từ sinh hoạt của con người

1.2.2 Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Holocen dưới (qh1)

Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Holocen duới bao gồm các trầm tích biển (mQ21-2), sông biển (amQ 2

1-2 ) và hỗn hợp sông, hồ, đầm lầy, biển (ambQ 2

1-2

)

Tầng chứa nước có phần lộ trên mặt, có phần bị phủ bởi các trầm tích trẻ hơn Bắt gặp

ở nhiều nơi nhưng phát triển không liên tục mà tạo thành những khu, khoảnh riêng biệt, có diện tích khác nhau Phần lộ ra trên mặt ở Thạch Minh, Thạch Vĩnh, Thạch Lưu (Thạch Hà), Cẩm Sơn, Cẩm Thăng, Cẩm Tiến (Cẩm Xuyên) và một dải ven biển liền kề với tầng qh2 ở Cẩm Hoà, Cẩm Dương, Cẩm Long, Kỳ Phú, Kỳ Khang, Kỳ

Phương Phần bị phủ nằm kẹp giữa hai tầng cách nước amQ 2 1-2 và amQ 1 3 Dựa vào tài liệu lộ trình và khoan, chúng tôi khoanh định được 2 khu có diện tích lớn hơn cả ở đồng bằng Thạch Hà - Cẩm Xuyên và Kỳ Anh Từ tài liệu khoan hiện có ở phần bị phủ, độ sâu bắt gặp từ 0,5m đến 8,8m , trung bình 3,3m Các giếng dân đào chỉ trên, dưới 1m là bắt gặp tầng này Chiều dày thay đổi từ 0,4m đến 26m, trung bình 7,9m Thành phần đất đá đa dạng: cát hạt mịn, hạt trung, hạt thô, bùn cát, bùn sét chứa nhiều

di tích hữu cơ, có nơi phần đáy lớp gặp sạn, sỏi Trong lỗ khoan cũng như giếng đào: thường gặp các lớp cát, bùn cát, bùn sét nằm xen kẽ nhau với chiều dày một vài mét

đến 5-6m Tuy nhiên, tại phía đông đường 1A thuộc địa phận các xã Thạch Hội, Cẩm Hoà, Cẩm Yên, Cẩm Nam, Cẩm Long, Cẩm Phúc đã phát hiện lớp cát khá dày, có lỗ

khoan đạt tới khoảng 20m (LK1) Mực nước đo được ở các giếng và lỗ khoan từ 0,3m đến 10m, trung bình 1,1m Lưu lượng giếng đào từ 0,01 l/s đến 0,04 l/s với độ hạ thấp 0,5-0,7m, trung bình 0,2 l/s Lưu lượng giếng khoan từ 0,43 l/s với độ hạ thấp 2,35m đến 3,13 l/s với độ hạ thấp 2,35m Hệ số thấm (K) từ 2,41 m/ngàyđêm đến 20,59 m/ngàyđêm, trung bình 7,18 m/ngày đêm Hệ số nhả nước (µ) từ 0,133 đến 0,18, trung bình 0,149

1.2.3 Kết quả nghiên cứu nước dưới đất vùng cát ven biển Hà Tĩnh

Qua kết quả nghiên cứu tổng hợp các tài liệu đã có kết hợp với các tài liệu điều tra thực địa của đề tài độc lập cấp Nhà nước “Nghiên cứu đề xuất mô hình khai thác bền vững thấu kính nước nhạt trong các cồn cát ven biển phục vụ cấp nước sinh hoạt cho vùng khan hiếm nước khu vực Bắc Trung Bộ” đã thực hiện Đặc điểm địa chất thủy văn của khu vực cồn cát ven biển tỉnh Hà Tĩnh mang các đặc trưng sau:

a) Các dải cồn cát có nguồn gốc thành tạo biển gió (mvQ) ,sông biển (amQ) và trầm tích biển (mQ)

b) Nguồn cung cấp chính cho các thấu kính nước nhạt trong các cồn cát là nước mưa, miền thoát của thấu kính chảy chủ yếu về hai hướng đó là thoát ra phía biển, còn lại phía trong đất liền thì thoát ra các sông, suối, ao hồ và các tầng chứa nước bên dưới Gương nước của thấu kính trùng lặp với bề mặt địa hình của cồn cát

c) Các cồn cát này phát triển dọc theo đường bờ biển và bị phân chia bởi các cửa sông và tầng đá gốc nhô ra sát biển

d) Sự phân bố dải cồn cát trong các tỉnh nghiên cứu biến đổi rất lớn về hình dạng (chiều dài và bề rộng) đặc thù phân bố của chúng tại các vùng dải cũng khác nhau Bên cạnh đó quy mô, sơ đồ công nghệ của các mô hình khai thác nước trong các thành tạo phụ thuộc vào các đặc điểm địa chất thủy văn của các thành tạo cấu trúc nên tầng chứa nước vì vậy để đánh giá sự tồn tại của công nghệ khai thác hiện nay chúng ta phải có cáí nhìn tổng quan về sự phân bố cũng như một số đặc điểm địa chất thủy văn của các thành tạo trong các dải cồn cát để làm cơ sở đánh giá.Theo quan điểm phân

chia các vùng nghiên cứu của luận văn chúng tôi đã phân vùng nghiên cứu ra 3 vùng, đặc trưng của chúng như sau

3.1.1.1 Dải cồn cát vùng đồng bằng ven biển Nghi Xuân

Về mặt địa lý vùng đồng bằng ven biển Nghi Xuân nằm giữa sông Lam và phần nhô ra của dãy núi Hồng Lĩnh ở cuối xã Cương Gián của huyện Nghi Xuân các trầm tích biển gió, biển

và sông biển phân bố thành hình cánh cung với chiều rộng từ 200m đến 1,5 km ở khu vực

xã Xuân Thành, chiều dài dải L= 25km, diện lộ khoảng 15km2.Chiều dày tầng trung bình 10,5m

Theo số liệu hút nước tại xã Xuân Yên huyện Nghi Xuân mà đề tài đã thực hiện thì thông

số địa chất thủy văn của tầng như sau: hệ số thấm K= 6.48m/ng.đ, hệ số nhả nước m = 0.2,

hệ số truyền mực nước a= 278.35m2/ngđ Mặt cắt ĐCTV đặc trưng đối với dải cát ven biển Nghi Xuân như sau (chi tiết xem hình vẽ 1.1)

Hình 1.1 Mặt cắt địa chất ngang dải cồn cát Nghi Xuân

3.1.1.2 Dải cồn cát vùng đồng bằng ven biển Lộc Hà – Cẩm Xuyên

Dải cồn cát phân bố gần bờ biển hiện đại, có hướng song song với đường bờ, nhiều chỗ nổi cao dạng một con đê chắn sóng từ Lộc Hà đến Cẩm Xuyên Độ cao cồn cát thảy đổi từ 5-15m Chiều rộng từ 0.3km- 2.3km, nơi rộng nhất ở vùng Cẩm Hoà (Cẩm Xuyên) đến 2.300m Diện lộ 34 km2 Thành phần thạch học: cát thạch anh hạt mịn đến trung màu xámvàng, nhiều nơi lẫn mảnh vỏ sò ốc vụn nát Bề dày trung bình của tầng trầm tích này là: 11,0m Theo số liệu hút nước tại xã Thạch Lạc huyện Thạch Hà mà đề tài đã thực hiện thì thông số địa chất thủy văn của tầng như sau: hệ số thấm K= 18.21m/ng.đ, hệ số nhả nước m

= 0.1, hệ số truyền mực nước a= 2.206,6m2/ngđ

Tại khu vực xã Cẩm Hòa huyện Cẩm Xuyên thông số địa chất thủy văn của tầng như sau:

hệ số thấm K= 12.36m/ng.đ, hệ số nhả nước m = 0.11, hệ số truyền mực nước a= 1.434m2/ngđ

Mặt cắt ĐCTV đặc trưng đối với dải cát ven biển Lộc Hà –Cẩm Xuyên như sau (chi tiết xem hình vẽ 1.2)

Hình 1.2 Mặt cắt địa chất ngang dải cồn cát Lộc Hà – Cẩm Xuyên

3.1.1.3 Dải cồn cát vùng đồng bằng ven biển Kỳ Anh

Dải cồn cát phân bố gần bờ biển hiện đại, có hướng song song với đường bờ, Độ cao dải cát thay đổi từ 5-22m (ở phía Bắc xã Kỳ Phương - huyện Kỳ Anh) Chiều rộng từ 50- 500m, nơi rộng nhất ở vùng Phú Lợi, Trung Giáp, chiều dài L= 12.8 km Diện lộ khoảng 4.5km2

Bề dày trung bình của tầng trầm tích này là: 8.5m Mực nước trong tầng này nằm cách mặt đất từ 3,0m (giếng đào trong đồng đến 6.3m giếng khoan ngoài bãi sát biển (xã Kỳ Phú)

1.3 Tổng quan về các mô hình khai thác nước trong các vùng cồn cát ven biển

Các hình thức khai thác nước ngầm trong các dải cồn cát ven biển hiện nay chủ yếu là

mô hình khai thác nước ngầm theo phương thẳng đứng như giếng đào, giếng khoan, và hành lang giếng Ngoài ra trong những năm gần đây do sự phát triển của khoa học công nghệ cũng như để đáp ứng nhu cầu dùng nước ngày một tăng và để giảm thiếu sự tác động đến tầng chứa nước một số mô hình công nghệ khai thác nước ngầm theo phương ngang đã được nghiên cứu và áp dụng vào thực tế sản xuất như công nghệ giếng tia, công nghệ giếng đào thu nước thành bên, công nghệ giếng đứng kết hợp công trình thu nước nằm ngang

Giếng đào ở khu vực vùng cát ven biển thường sử dụng ống buy bằng bê tông đúc sẵn

có đường kính 0,8 ÷ 1,0m; Kết cấu giếng bao gồm nhiều ống cống chồng lại với nhau tuỳ theo chiều sâu của giếng, phía dưới cùng của giếng thường đặt ống có đáy có đục

lỗ để thu nước chảy vào hoặc để trống phía trên rải lớp cuội sỏi lọc Để giữ được vách giếng thì hình thức thu nước của giếng thường lấy từ đáy giếng cấu tạo của giếng đào được thể hiện ở hình 1.3

Hình 1.3 Cấu tạo của giếng đào Giếng đào thường có chiều sâu tính từ miệng giếng đến đáy của giếng là 3,0m đến 10

m, phổ biến thường từ 4 - 6.0m

Miệng giếng: Có đường kính từ 0,8m đến 1,0m Trên miệng giếng thường có nắp đậy

bằng bê tông cốt thép hoặc tấm tôn dầy 3mm

Thành giếng: Là ống bê tông đúc sẵn dầy 6cm đến 8cm, cao 80cm, gắn với nhau bằng vữa xi măng hoặc xây gạch dày 10cm Thành giếng được làm cao hơn mặt đất xung quanh là 0,7m

Giếng đào là loại công trình được sử dụng từ rất lâu tuy nhiên hiện nay do điều kiện kinh tế, nhu cầu dùng nước ngày một tăng, nên loại hình khai thác này ngày càng được

ít sử dụng hơn Giếng đào có một số ưu nhược điểm như sau:

- Về mặt môi trường: Đối với môi trường thì việc thi công, vật liệu xây dựng giếng và quá trình khai thác nước đều không có tác động xấu đến môi trường xung quanh

- Về mặt đáp ứng nhu cầu cấp nước: Với đặc điểm thu nước từ đáy giếng chiều sâu đào nhỏ nên khả năng đáp ứng nhu cầu dùng nước tương đối thấp đặc biệt là về mùa khô, bên cạnh đó do lấy nước gần với bề mặt đất nên khả năng nhiễm bẩn của nước giếng đào là rất cao

- Với đặc điểm là chiều dày mỏng, mực nước ngầm nằm nông thì giếng đào là một trong những giải pháp khai thác phù hợp để khai thác nước trong các dải cồn cát ven biển

- Về mặt kỹ thuật công nghệ: Giếng đào có sơ đồ công nghệ đơn giản, vật liệu có thể

tự sản xuất được, thi công bằng phương pháp thủ công, các thành phần trong sơ đồ công nghệ dễ thay thế khi bị hư hỏng, khai thác vận hành đơn giản nên về mặt kỹ thuật công nghệ thì giếng đào là giải pháp hợp lý với các vùng có điều kiện kinh tế khó khăn

và trình độ quản lý vận hành thấp

- Về mặt quản lý: Là dạng công trình có giá thành thấp thi công đơn giản, và do người dân tự làm nên về mặt quản lý loại hình này gặp rất nhiều khó khăn trong công tác quản lý cả về khâu khai thác lẫn thi công Hiện tại trên địa bàn nghiên cứu, cơ quan chức năng hầu như không kiểm soát được loại hình khai thác này

1.3.2 Giếng khoan đơn

Giếng khoan là loại hình công trình khai thác nước phổ biến nhất hiện nay để khai thác

nước phục vụ sản sinh hoạt trong các vùng cát ven biển hiện nay Giếng khoan thường được sử dụng khi tầng chứa nước tương đối sâu, cấu tạo của giếng khoan được thể hiện ở hình vẽ 1.4

Hình 1.4 Cấu tạo của giếng khoan đơn Tùy theo từng vùng cụ thể mà chiều sâu giếng khoan có độ sâu khác nhau đối với các vùng cát ven biển thì độ sâu giếng thường phổ biến từ 10 -20.0m Giếng khoan thường được cấu tạo bởi các bộ phận như sau

- Cửa giếng hay miệng giếng: Dùng để theo dõi, kiểm tra sự làm việc của giếng Trên cửa giếng là máy bơm và ống đẩy để đưa nước lên các bể lưu trữ

- Ống chống: Là ống thép hoặc ống nhựa PVC dày 3mm nối với nhau bằng măng sông Ống vách có nhiệm vụ chống nhiễm bẩn và chống sụt lở giếng Chiều dài các ống chống thường ngắn hơn chiều sâu giếng từ 3m đến 4m, đường kính ống đa phần là loại 76mm đến 100mm Miệng ống chống cao hơn mặt đất xung quanh miệng giếng là 0,2m

- Ống lọc: Hay còn gọi là bộ phận lọc của giếng khoan, đặt trực tiếp trong tầng chứa nước để thu nước vào giếng và ngăn không cho bùn cát chui vào giếng Ống lọc thường được làm bằng ống nhựa, hoặc bằng ống thép có các lỗ khoan d = 15mm, bên ngoài ống là lớp dây đồng ngăn cách có đường kính d = 3mm quấn theo hình xoắn ốc

và ngoài cùng bọc lớp đan bằng đồng có d = 1mm Chiều dài ống lọc thường từ 1,0

đến 5,0m

Trong những năm gần đây do điều kiện kinh tế phát triển, công nghệ khoan giếng có nhiều tiến bộ nên việc sử dụng giếng khoan để khai thác nước dần dần thay thế các công trình giếng đào Tuy nhiên, việc phát triển giếng khoan một cách ồ ạt trong thời gian qua đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến trữ lượng cũng như chất lượng của tầng chứa nước Giếng khoan có một số ưu nhược điểm như sau:

- Về mặt môi trường: Để giữ vách hố khoan khi khoan giếng thường phải dùng dung dịch bentonite mặc dù sau khi kết cấu giếng khoan xong đã được thổi rửa nhưng không thể làm sạch hoàn toàn cho nên dư lượng bentonite còn tồn tại là một trong những tác nhân làm giảm mức độ lưu thông của tầng chứa nước Khi thi công bằng khoan máy thường phải sử dụng nhiên liệu (xăng, dầu) nếu không kiểm soát được thì các chất này cũng có thể làm nhiễm bẩn từng chứa nước Các kết cấu của giếng như ống vách, ống lọc được làm bằng sắt hoặc nhựa sau khi hết tuổi thọ thường không thu hồi được mà

để lại và phân hủy trong tầng chứa nước nên có thể làm nhiễm bẩn tầng chứa nước

- Về mặt đáp ứng nhu cầu cấp nước: Các giếng khoan có thể đáp ứng được nhu cầu cấp nước sinh hoạt cho quy mô hộ gia đình Tuy nhiên đối với tầng chứa nước có chiều dày mỏng thì không thể tăng diện tích thu nước (kéo dài ống lọc)

- Đối với đặc điểm địa chất thủy văn của vùng cát ven biển: Với đặc điểm là chiều dày mỏng, mực nước ngầm nằm nông thì với các giếng khoan có chiều sâu không vượt quá đáy tầng chứa nước là một trong những giải pháp khai thác phù hợp để khai thác nước trong các dải cồn cát ven biển

- Về mặt kỹ thuật công nghệ: Với sự phát triển của công nghệ khoan khai thác thì ngày nay khoan giếng là một dạng công nghệ tương đối phổ biến có giá thành không cao Vật liệu làm giếng có nhiều sự lựa chọn Ngoài trừ ống lọc ra thì các các thành phần trong sơ đồ công nghệ dễ thay thế khi bị hư hỏng, khai thác vận hành đơn giản

- Vê mặt quản lý: Là dạng công trình có hiệu quả kinh tế cao, thi công tương đối đơn giản, và do người dân tự làm nên về mặt quản lý loại hình này gặp rất nhiều khó khăn trong công tác quản lý cả về khâu khai thác lẫn thi công

1.3.3 Hành lang giếng

Mô hình hành lang giếng là mô hình khá phổ biến khai thác nước ngầm với quy mô lớn thường để phục vụ sản xuất hoặc cấp nước tập trung Hành lang giếng thường là một hệ thống giếng khoan đơn được bố trính thành một hàng song song hoặc thành các cụm hình tròn sao cho trong quá trình khai thác biên hạ thấp không tiếp xúc với nhau

Mô hình hành lang giếng có một số ưu nhược điểm như sau

- Về mặt môi trường: Cũng như giếng khoan đơn khi thi công các giếng trong tập hợp của giếng của hàng lang giếng để giữ vách hố khoan thường phải dùng dung dịch bentonite mặc dù sau khi kết cấu giếng khoan xong đã được thổi rữa nhưng không thể làm sạch hoàn toàn cho nên dư lượng bentonite còn tồn tại là một trong những tác nhân làm giảm mức độ lưu thông của tầng chứa nước Khi thi công bằng khoan máy thường phải sử dụng nhiên liệu (xăng dầu) nếu không kiểm soát được thì các chất này cũng có thể làm nhiễm bẩn tấng chứa nước Các kết cấu của giếng như ống vách, ống lọc được làm bằng sắt hoặc nhựa sau khi hết tuổi thọ thường không thu hồi được mà

để lại và phân hủy trong tầng chứa nước nên có thể làm nhiễm bẩn tầng chứa nước Bên cạnh đó nếu vị trí mô hình khai thác này ở cạnh biên mặn và khai thác với lưu lượng lớn thì sẽ gây ra nguy cơ nhiễm mặn tầng chứa nước rất lớn

- Về mặt đáp ứng nhu cầu cấp nước: Hành lang giếng có thể khai thác với lưu lượng lớn nên có thể đáp ứng được nhu cầu cấp nước với quy mô lớn như cấp nước tập trung

và cấp nước sản xuất vơi quy mô công nghiệp Cho nên mô hình hành lang giếng là

mô hình cấp nước có khả năng đáp ứng được nhu cầu cho cấp nước sinh hoạt cũng như sản xuất

- Đối với điều kiện địa chất thủy văn của vùng cát ven biển: Về mặt kết cấu thì mô hình hành lang giếng phù hợp với điều kiện địa chất thủy văn của khu vực nếu bố trí tại các khu vực có bề dầy và chiều sâu khai thác hợp lý

- Về mặt kỹ thuật công nghệ: Tương tự giếng khoan đơn với sự phát triển của công nghệ khoan khai thác thì ngày nay khoan giếng là một dạng công nghệ tương đối phổ biến có giá thành không cao

Hiệu quả về mặt quản lý: Là dạng công trình có giá trị đầu tư ban đầu lớn, khi thiết

kế thi công thường là các đơn vị thi công có chuyên môn mới làm được, có thể cấp nước với quy mô tập trung hoặc cấp nước sản xuất vơi quy mô lớn nên công tác quản

lý về chất lượng cũng như lưu lượng khai thác sẽ đạt hiệu quả cao hơn so với các công trình đơn lẻ… Sơ đồ giếng khoan dạng hành lang được thể hiện ở hình 1.5

Hình 1.5 Sơ đồ khai thác nước dưới đất dạng hành lang giếng

1.3.4 Giếng tia

Giếng tia: Là loại hình khai thác nước đang được phát triển rộng rãi tại các vùng ven sông, ven biển của một số nước phát triển như Nhật Bản, Hàn Quốc Giếng tia là một giếng đứng đường kính thay đổi từ 2 -4.0 m phổ biến nhất 2,5m, trong đó từ đáy giếng

có khoan thêm các lỗ khoan thẳng đứng hoặc nằm ngang để tăng lưu lượng của giếng Tuỳ theo mức độ giàu nước của tầng chứa , giếng có thể đạt lưu lượng khai thác từ 10

- 300 m3/h Công nghệ thi công giếng tia hiện nay đang được nghiên cứu và hoàn thiện nhờ các thiết bị tạo cọc, khoan xiên, khoan ngang

Hình 1.6 Sơ đồ khai thác nước dưới đất bằng giếng tia

φ2,5m

Thành phần thạch học

CẤU TRÚC GIẾNG TIA

Sét Sét, cát

Cát Sét φ3,5m

0m

-2-4 -6 -8 -10

Hình 1.7 Hình chiếu đứng 3D kết cấu giếng tia

Một số các dự án áp dụng mô hình giếng tia đã được triển khai tại Hàn Quốc và Nhật Bản được trình bày ở hình 1.8,1.9

Hình 1.8 Mô hình cấp nước ven sông Năk Dong, thành phố ChangWon, Hàn Quốc Phục hồi giếng khoan bị lấp tắc và tăng công suất khai thác giếng tại Nhà máy nước Kinuta, khu vực Tokyo Metropolitan, thành phố Tokyo, Nhật Bản

Hình 1.9 Mặt bằng và thực tế thi công nâng công suất cấp nước nhà máy KiNuta

1.3.5 Giếng đứng kết hợp công trình thu nước nằm ngang

Hệ thống giếng đứng kết hợp hành lang thu nước nằm ngang: một dạng công trình thu nước khá phổ biến đối với các vùng cát có chiều dày mỏng, mực nước ngầm nằm nông Mỗi hệ thống như vậy bao gồm: một giếng đứng đường kính lớn để thu và chứa nước từ hai công trình thu nước nằm ngang và một máy bơm đặt trong giếng Công suất khai thác bằng hệ thống này có thể đạt 300m3/ngày Việc xây dựng các hệ thống này nhờ kỹ thuật thi công bằng thủ công, lắp đặt và vận hành dễ dàng đơn giản Hình 1.9 thể hiện cấu trúc của hệ thống giếng đứng kết hợp công trình thu nước nằm ngang Nước từ hệ thống các ống đơn thu nước được tập trung vào các giếng thu nước đường kính trung bình khoảng 3m Kết cấu giếng gồm các đoạn ống bê tông cốt thép đúc sẵn, mỗi đoạn cao 0,5m, được xếp lên nhau và chít mạch bằng vữa xi măng Năm 2008 đề tài” Nghiên cứu xây dựng mô hình khai thác nước ngầm trong cồn cát ven sông Trường Giang, tỉnh Quảng Nam” do PGS.TS Phạm Quý Nhân trường Đại học Mỏ địa chất đã thử nghiệm thành công với quy mô công trình bao gồm mô hình thu nước ngang với chiều dài 10m, sâu 4.5m đã khai thác được lưu lượng ổn định 3,5(l/s) trong

cả mùa khô và mùa mưa

Hình 1 10 Sơ đồ khai thác nước dưới đất bằng công trình thu nước nằm ngang

1 Giếng đứng; 2 Công trình thu nước nằm ngang; 3 Máy bơm; 4 Lớp vật liệu hạt thô (sỏi, sạn); 5 Lớp vật liệu hạt mịn (cát); 6 Ống bảo dưỡng; 7 Mực nước NDĐ

Hình 1 11 Cắt ngang công trình thu nước nằm ngang

1.3.6 Giếng đào thu nước thành bên

Bản chất của công nghệ là sử dụng các vách thu cỡ lớn để mở rộng diện tích khai thác, hình thức giếng này đã được áp dụng rất nhiều ở Nhật Bản Đường kính giếng có thể lên tới 10m Giếng này có ưu điểm hơn so với giếng thông thường là tăng được diện tích khai thác nhờ thành giếng khai thác hết được chiều dày hữu ích của tầng chứa nước, hạ thấp được mực nước bơm

Hình 1.12 Sơ đồ khai thác nước dưới đất bằng giếng đào thu nước thành bên

Far Greater

Permissive drop

of N.W.L

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 miền trung, 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

Tầng chứa nước (qh2) trong các dải cồn cát ven biển Hà Tĩnh bao gồm các thành tạo thuộc thống Holocen, phụ thống thượng, trung (Q23), (Q22), có nguồn gốc sông, sông biển, biển, biển gió ( a, am,m, mv) Chiều dày của tầng chứa nước tương đối mỏng, trung bình vào khoảng 10 -15,0m Thành phần thạch học của tầng chủ yếu là cát hạt mịn đến vừa màu xám trắng, xám xám vàng, kết cấu chặt vừa Tầng chứa nước này thường được ngăn cách với tầng chứa nước phía dưới bằng một lớp sét pha cách nước, hoặc phủ trực tiếp lên tầng chứa nước mặn phía dưới Nước trong các dải cồn cát chủ

yếu được hình thành từ nước mưa rơi trên bề mặt Chúng có quan hệ chặt chẽ với các yếu tố khí tượng, thủy văn, mực nước dao động theo mùa và tuỳ thuộc vào lượng mưa

Về mùa khô, mực nước thường nằm sâu từ 1,2 – 2,5m (phần trảng cát) và từ 3 - 6m (cồn cát cao), về mùa mưa nước ngầm có thể dâng cao, chảy tràn trên mặt đất và thoát

ra chỗ trũng hoặc ra biển Khối nước ngọt trong các dải cồn cát thường có dạng thấu kính, nằm cân bằng động so với nước biển, gương nước ngầm lặp lại bề mặt địa hình, đường phân thuỷ chạy dọc theo “sống trâu” của những dải cát chạy dọc bờ biển Các mô hình khai thác nước ngầm theo phương thắng đứng như giếng đào, giếng khoan đơn, hành lang giếng là các mô hình chủ yếu đang khai thác nước ngầm trong các dải cồn cát ven biển miền trung để phục vụ sinh hoạt nhân dân trong vùng Tuy nhiên các loại hình khai thác truyền thống này thường không đáp ứng được nhu cầu dùng nước, cũng như tác động xấu đến tầng chứa nước làm nhiễm bẫn, nhiễm mặn và đặc biệt là do quy mô khai thác hộ gia đình nên việc quản lý khai thác về trữ lượng và chất lượng rất khó khăn Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng các mô hình khai thác nước ngầm theo phương ngang như giếng tia, giếng đứng kết hợp công trình thu nước nằm ngang để khai thác nước trong các giải cồn cát ven biển vừa có ý nghĩa khoa học vừa

có tính thực tiễn rất cao

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ ĐỀ XUẤT CÁC MÔ HÌNH KHAI THÁC B ỀN VỮNG VỚI VÙNG NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở khoa học

2.1.1 Đặc điểm địa chất thủy văn dải cồn cát ven biển huyện Thạch Hà

Dải cồn cát phân bố gần bờ biển hiện đại, có hướng song song với đường bờ, nhiều chỗ nổi cao dạng một con đê chắn sóng từ Thạch Hà đến Cẩm Xuyên Độ cao cồn cát thảy đổi từ 5-15m Chiều rộng từ 0.3km- 2.3km, nơi rộng nhất ở vùng Cẩm Hoà (Cẩm Xuyên) đến 2.300m Diện lộ 34 km2 Thành phần thạch học: cát thạch anh hạt mịn đến trung màu xámvàng, nhiều nơi lẫn mảnh vỏ sò ốc vụn nát Bề dày trung bình của tầng trầm tích này là: 11,0m Các thông số địa chất thủy văn của tầng chứa nước tại Thạch Lạc, Thạch Hà như sau: hệ số thấm K= 18.21m/ng.đ, hệ số nhả nước m = 0.1, hệ số truyền mực nước a= 2.206,6m2/ngđ

Tại khu vực xã Cẩm Hòa huyện Cẩm Xuyên thông số địa chất thủy văn của tầng như sau:

hệ số thấm K= 12.36m/ng.đ, hệ số nhả nước m = 0.11, hệ số truyền mực nước a= 1.434m2/ngđ

2.1.2 C ác yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành nước dưới đất vùng nghiên cứu

2.1.2.1 Lượng mưa

Tầng chứa nước trong các thấu kính cát ven biển là tầng chứa nước thứ nhất, nó nằm xuất lộ ngay trên bề mặt Với bề mặt địa hình cao lên ở giữa và thấp dần về hai phía (Phía đồng và phía biển) Phía dưới tầng chứa nước này thường được ngăn cách với tầng chứa nước phía dưới bằng một lớp sét có dạng hình nêm dày dần và dốc về phía biển, hoặc nằm phủ trực tiếp lên tầng chứa nước bên dưới bị nhiễm mặn Do đó nước trong các dải cồn cát chủ yếu được hình thành từ nước mưa rơi trên bề mặt Chúng có quan hệ chặt chẽ với các yếu tố khí tượng, thủy văn, mực nước dao động theo mùa và tuỳ thuộc vào lượng mưa

Vùng nghiên cứu, có chế độ mưa chịu sự chi phối của cơ chế hoàn lưu gió mùa Đông Nam Á và chịu tác động của điều kiện địa hình, nên liên quan mật thiết với gió mùa đông bắc Trong một năm tồn tại 2 mùa là: mùa mưa (lượng mưa tháng >100 mm với tần suất ≥ 75%) kéo dài 4 tháng, từ tháng 8 đến tháng 12 Mùa khô (lượng mưa tháng

<100 mm với tần suất ≤ 75%) kéo dài 8 tháng, từ tháng 1 đến tháng 8 Lượng mưa trung bình năm tại vùng nghiên cứu biến đổi từ 1400 đến 2000 mm Biến trình năm của lượng mưa có 2 cực đại và 2 cực tiểu Cực đại chính xảy ra vào tháng 10 với lượng mưa từ 762 đến 924 mm, cực đại phụ xảy ra vào tháng 5 hoặc tháng 6 (dẫn đến mưa tiểu mãn) với lượng mưa từ 77 đến 225 mm Cực tiểu chính xảy ra từ tháng 2 đến tháng 4 với lượng mưa từ 34 đến 85 mm, cực tiểu phụ xảy ra vào tháng 7 với lượng mưa từ 71 đến 110 mm

Qua các biểu đồ quan hệ giữa lượng mưa và mực nước dưới đất tại các lỗ khoan trong vùng nghiên cứu, ta thấy giữa chúng có quan hệ tỷ lệ thuận Sự tương quan tuyến tính giữa chúng là vừa phải, tuỳ thuộc vào chiều sâu mực nước dưới đất, điều kiện địa hình

và lớp phủ thực vật Khi lượng mưa tăng thì mực nước dưới đất dâng cao và chúng cùng pha Thường các tháng đầu mới dâng, đường cong biểu diễn mực nước tương đối thoải và trở nên dốc dần ở các tháng đạt cực đại, điều này liên quan đến sự tăng lượng mưa và giảm dần bề dày đới thông khí Trong mùa mưa mực nước dưới đất dâng cao làm tăng đáng kể trữ lượng động của nước dưới đất trong vùng, ngược lại, mùa khô mực nước dưới đất hạ thấp làm giảm đáng kể trữ lượng động của nước dưới đất Mặt khác, nước dưới đất trong vùng có dạng thấu kính, thành phần hoá học chịu tác động mạnh của quá trình khuếch tán nước mặn từ biển và hệ thống cửa sông, nên lượng cung cấp nước mưa cho nước dưới đất tăng, tốc độ thấm sẽ lớn hơn tốc độ khuếch tán của nước mặn dẫn đến sự giảm độ tổng khoáng hoá của nước dưới đất Điều này cho thấy lượng mưa là nguồn cung cấp và là nhân tố cơ bản ảnh hưởng đến trữ lượng và chất lượng của nước dưới đất tại vùng nghiên cứu

2.1.2.2 Lượng bốc hơi

Bốc hơi là một trong những nguyên nhân làm hao hụt lượng nước, vì vậy nó được xem

là một thành phần quan trọng của cán cân cân bằng nước và ảnh hưởng đến trữ lượng

và chất lượng của nước dưới đất Nếu như giữa lượng mưa và biên độ dao động mực nước dưới đất tại vùng nghiên cứu trong mùa mưa có mối tương quan tỷ lệ thuận, thì trong mùa khô giữa lượng bốc hơi và biên độ dao động mực nước dưới đất có mối tương quan tỷ lệ nghịch Sự tương quan giữa chúng khá chặt chẽ, tuỳ thuộc vào chiều sâu mực nước dưới đất và lớp phủ thực vật Trong mùa khô, do tác động của nhân tố

bốc hơi, trữ lượng nước dưới đất giảm đáng kể do bề dày tầng nước dưới đất giảm Mặc khác, lượng bốc hơi tăng làm cho tốc độ thấm nhỏ hơn tốc độ khuếch tán của nước mặn (từ biển và hệ thống cửa sông) đã dẫn đến tăng độ tổng khoáng hoá của nước dưới đất

2.1.2.3 Địa hình, điạ mạo

Vùng nghiên cứu có dạng địa hình đồng bằng có cồn cát, trong đó các đụn cát và cồn cát phân bố gần bờ, kéo dài song song với phương của bờ biển Phần còn lại là các đồng bằng thấp Ở những vùng địa hình cao, mực nước dưới đất nằm sâu, lượng nước mưa cung cấp cho nước dưới đất chậm Khi lượng mưa tăng thì mực nước dưới đất dâng cao chậm hơn, sự lệch pha so với lượng mưa từ 10 đến 20 ngày và građien áp lực (độ dốc mực nước) của nước dưới đất tương đối lớn, do tốc độ thoát tăng Ngược lại, ở những vùng địa hình thấp, mực nước dưới đất nằm nông, lượng nước mưa cung cấp cho nước dưới đất nhanh, khi lượng mưa tăng thì mực nước dưới đất cũng dâng cao,

sự lệch pha so với lượng mưa là không đáng kể từ 1 đến 5 ngày và građien áp lực của nước dưới đất tương đối nhỏ do tốc độ thoát thấp

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng của ranh giới mặn đến tầng chứa nước

2.1.3.1 Ảnh hưởng của mực nước thủy triều điến ranh giới mặn nhạt

Biên độ dao động của thủy triều cũng là nhân tố gây nên sự thay đổi mực nước ngầm trong tầng chứa nước, đồng thời nó cũng là nguyên nhân gây lên sự phát triển xâm nhập mặn nhanh hơn vào tầng chứa nước khi các công trình khai thác gần biên mặn hoạt động

Diễn biến sự biến đổi vùng ranh giới mặn nhạt liên quan đến mực nước thủy triều được thể hiện ở hình (2.1,2.2,2.3)