Tải bản đầy đủ

NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH HÀ TĨNH VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ SỬ DỤNG HỢP LÝ

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

NGUYỄN ĐỨC NÚI

NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM
KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH HÀ TĨNH
VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ SỬ DỤNG HỢP LÝ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014


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

NGUYỄN ĐỨC NÚI


NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM
KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH HÀ TĨNH
VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ SỬ DỤNG HỢP LÝ

Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
Mã số: 60850101
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. PHAN VĂN TRƯỜNG

Hà Nội – Năm 2014


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp cao học, bản thân tôi
đã được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong Khoa Địa lý, Ban
giám hiệu trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội và Viện Khoa học vật
liệu.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS Phan Văn Trường người đã trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt và chỉ bảo những kiến thức về chuyên môn thiết
thực và những chỉ dẫn khoa học quý báu.
Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô và bạn bè đồng nghiệp, cơ quan công tác và
gia đình đã động viên, giúp đỡ nhiệt tình về mặt thời gian, tinh thần và những kinh
nghiệm chuyên môn đề tôi hoàn thành luận văn này.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2014

Học viên

Nguyễn Đức Núi


MỤC LỤC
Lời cảm ơn……………………………………………………………….....................i
Danh mục bảng…………………………………………………………….................ii

Danh mục hình……………………………………………………………………….iii
Danh mục từ viết tắt………………………………………………………….............iv
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................1
4. Nội dung nghiên cứu .................................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ...................................................................................2
6. Cơ sở tài liệu và cấu trúc luận văn ............................................................................2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM3
1.1. Các khái niệm .........................................................................................................3
1.2. Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn .....................................................................5
1.2.1. Ngoài nước..................................................................................................5
1.2.2. Tại Việt Nam ...............................................................................................8
1.3. Lịch sử nghiên cứu ĐC, ĐCTV và xâm nhập mặn vùng nghiên cứu ....................9
1.4. Quy trình nghiên cứu ............................................................................................11
1.5. Quan điểm tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ................................................12
1.5.1. Quan điểm tiếp cận ...................................................................................12
1.5.2. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................13
CHƯƠNG II: ĐIỀU KIỆN HÌNH THÀNH XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM KHU
VỰC VEN BIỂN HÀ TĨNH........................................................................................15
2.1. Cơ chế xâm nhập mặn nước dưới đất ...................................................................15
2.1.1. Các quá trình dịch chuyển chất hòa tan ....................................................15
2.1.2. Quá trình phân tán cơ học .........................................................................17
2.1.3. Quá trình phân tán thuỷ động lực .............................................................18
2.1.4. Quá trình hấp phụ .....................................................................................20
2.1.5. Quá trình phân rã ......................................................................................20
2.1.6. Ranh giới mặn - nhạt nước dưới đất vùng ven biển .................................21
2.2. Các nhân tố hình thành xâm nhập mặn nước ngầm vùng ven biển Hà Tĩnh .......22
2.2.1. Vị trí địa lý ................................................................................................23
2.2.2. Đặc điểm địa chất .....................................................................................25
2.2.3. Đặc điểm địa chất thuỷ văn ......................................................................31
2.2.4. Đặc điểm địa hình và quá trình địa mạo .....................................................2
2.2.5. Đặc điểm khí hậu ........................................................................................3
2.2.6. Chế độ thuỷ văn - hải văn ...........................................................................6
2.2.7. Đặc điểm thổ nhưỡng..................................................................................7
2.2.8. Thảm thực vật .............................................................................................9


2.3. Các yếu tố nhân tạo ảnh hưởng tới quá trình xâm nhập mặn nước ngầm khu vực
nghiên cứu .....................................................................................................................9
2.3.1. Hoạt động dân sinh .....................................................................................9
2.3.2. Hoạt động nông – lâm nghiệp ...................................................................11
2.3.3. Nuôi trồng hải sản .....................................................................................12
2.3.4. Hoạt động công nghiệp .............................................................................12
CHƯƠNG III: ĐẶC ĐIỂM XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM VÀ CÁC GIẢI PHÁP
BẢO VỆ, SỬ DỤNG HỢP LÝ ...................................................................................14
3.1. Cơ sở lý thuyết và mô hình toán học về dòng ngầm ............................................14
3.2. Mô hình nhiễm mặn trong nước ngầm .................................................................20
3.2.1. Cơ sở lý thuyết về dịch chuyển vật chất hòa tan ......................................20
3.2.2. Mô hình dịch chuyển vật chất ...................................................................24
3.3. Thành lập và chỉnh lý mô hình nhiễm mặn vùng ven biển Hà Tĩnh ....................27
3.3.1 Sơ đồ hoá các điều kiện của mô hình ........................................................27
3.3.2. Xây dựng và cập nhật dữ liệu đầu vào trên mô hình ................................28
3.4. Kết quả chỉnh lý mô hình .....................................................................................35
3.4.1. Chỉnh lý bài toán ổn định..........................................................................35
3.4.2. Chỉnh lý bài toán không ổn định...............................................................36
3.5. Hiện trạng xâm nhập mặn nước ngầm vùng ven biển Hà Tĩnh............................36
3.6. Kết quả dự báo xâm nhập mặn nước dưới đất theo thời gian ..............................40
3.7. Đề xuất các giải pháp bảo vệ, sử dụng hợp lý tài nguyên nước ngầm vùng ven biển
Hà Tĩnh ........................................................................................................................43
3.7.1. Các giải pháp hạn chế, khắc phục quá trình xâm nhập mặn .....................43
3.7.2. Một số giải pháp khai thác sử dụng nước và bảo vệ môi trường..............47
KẾT LUẬN .................................................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................54
PHỤ LỤC ....................................................................................................................59


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Phân loại nước dưới đất theo độ tổng khoáng hóa .......................................5
Bảng 2.1: Thành phần độ hạt của đất đá và mức độ chứa nước ..................................26
Bảng 2.2: Trữ lượng tĩnh nước dưới đất khu vực nghiên cứu .....................................32
Bảng 2.3: Trữ lượng động nước dưới đất khu vực nghiên cứu ...................................32
Bảng 2.4: Lượng mưa tháng, năm trung bình nhiều năm..............................................3
Bảng 2.5: Nhiệt độ không khí trung bình nhiều năm ....................................................5
Bảng 2.6: Số giờ nắng trung bình nhiều năm ................................................................5
Bảng 2.7: Độ ẩm không khí trung bình nhiều năm .......................................................6
Bảng 2.8: Thống kê 1 số sông chính tại khu vực nghiên cứu .......................................7
Bảng 2.9:Các ảnh hưởng của hoạt động nhân sinh đến nước ngầm ...........................10
Bảng 2.10: Dân số theo đơn vị hành chính .................................................................10
Bảng 2.11: Danh mục hồ chứa hiện có tại khu vực nghiên cứu ..................................11
Bảng 2.12: Danh mục đập dâng hiện có tại khu vực nghiên cứu ................................12
Bảng 2.13: Thống kê các khu công nghiệp hiện có trong khu vực nghiên cứu ..........13
Bảng 3.1: Điều kiện khai thác nước ngầm vùng ven biển Hà Tĩnh ............................33
Bảng 3.2: Xác định thời gian xâm nhập mặn theo lưu lượng khai thác và khoảng cách
đến ranh giới mặn - nhạt ..............................................................................................49
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Quy trình nghiên cứu ...................................................................................12
Hình 2.1: Quá trình dịch chuyển của chất hòa tan theo thời gian và ảnh hưởng của quá
trình khuếch tán ...........................................................................................................15
Hình 2.2: Đồ thị dự báo đường nồng độ do quá trình khuếch tán phân tử..................17
Hình 2.3: Đường dòng trong môi trường lỗ hổng dưới tác dụng của quá trình phân tán
thủy động lực ...............................................................................................................18
Hình 2.4: Quá trình phân tán đối lưu của chất hòa tan trong dòng một chiều ............18
Hình 2.5: Sự dịch chuyển chất hòa tan do quá trình đối lưu và phân tán ...................19
Hình 2.6: Vận động của nước dưới đất vùng ven biển ................................................21
Hình 2.7: Sơ đồ quan hệ giữa nước nhạt – mặn dưới đất vùng ven biển ....................22
Hình 2.8: Những nhân tố hình thành xâm nhập mặn vùng ven biển ...........................22
Hình 2.9: Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu ..................................................................24
Hình 2.10: Sơ đồ địa chất khu vực nghiên cứu ...........................................................30
Hình 2.11: Sơ đồ địa chất thuỷ văn khu vực nghiên cứu ..............................................1
Hình 2.12: Tỷ lệ phần trăm các nhóm đất khu vực nghiên cứu ....................................8
Hình 3.1: Ô lưới và các loại ô trong mô hình ..............................................................15
Hình 3.2: Ô lưới i,j,k và 6 ô bên cạnh ........................................................................16
Hình 3.3: Sơ đồ giải hệ phương trình vi phân .............................................................17
Hình 3.4: Mặt cắt biểu diễn điều kiện biên sông .........................................................18
Hình 3.5: Mô phỏng trên mô hình ...............................................................................18
Hình 3.6: Điều kiện biên tổng hợp (GHB) trong mô hình ..........................................19
Hình 3.7: Lưới phân sai của mô hình ..........................................................................27


Hình 3.8: Sơ đồ hóa các tầng chứa nước trên bình đồ và trên mặt cắt ........................28
Hình 3.9: Bản đồ phân vùng hệ số thấm lớp 1 ............................................................29
Hình 3.10: Bản đồ phân vùng hệ số thấm lớp 2 ..........................................................29
Hình 3.11: Bản đồ phân vùng hệ số thấm lớp 3 ..........................................................30
Hình 3.12: Bản đồ phân vùng hệ số nhả nước lớp 1 ...................................................30
Hình 3.13: Bản đồ phân vùng hệ số nhả nước lớp 2 ...................................................31
Hình 3.14: Bản đồ phân vùng hệ số nhả nước lớp 3 ...................................................31
Hình 3.15: Giá trị bổ cập và bốc hơi khu vực nghiên cứu ..........................................32
Hình 3.16: Điều kiện biên nồng độ chất tan ................................................................34
Hình 3.17: Mực nước ban đầu tính toán trên mô hình ................................................36
Hình 3.18: Phân bố mặn nhạt tại thời điểm tháng 5/2014 của tầng qh .......................38
Hình 3.19: Phân bố mặn nhạt tại thời điểm tháng 5/2014 của tầng qp .......................39
Hình 3.20: Hiện trạng nhiễm mặn nước ngầm tầng qp ...............................................39
Hình 3.21: Dự báo xâm nhập mặn tại thời điểm năm 2020 tầng qh ...........................41
Hình 3.22: Dự báo xâm nhập mặn tại thời điểm năm 2020 tầng qp ...........................42
Hình 3.23: Dự báo xâm nhập mặn tại thời điểm năm 2030 tầng qh ...........................42
Hình 3.24: Dự báo xâm nhập mặn tại thời điểm năm 2030 tầng qp ...........................43
Hình 3.25: Khai thác nước dưới đất bằng giếng tia ....................................................51
Hình 3.26: Khai thác nước dưới đất bằng hành lang thu nước nằm ngang .................51


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BĐKH

Biến đổi khí hậu

KT – XH

Kinh tế - xã hội

ĐBBB

Đồng bằng Bắc Bộ

ĐB – TN

Đông Bắc – Tây Nam

ĐC

Địa chất

ĐCCT

Địa chất công trình

ĐCTV

Địa chất thuỷ văn

ĐTS

Điện trở suất

ĐVL

Địa vật lý

GIS

Hệ thống thông tin địa lý

NDĐ

Nước dưới đất

TB- ĐN

Tây Bắc – Đông Nam

TCN

Tầng chưa nuớc

TEM

Transmission electron microscopy

XNM

Xâm nhập mặn

UNICEF

Quỹ nhi đồng Liên Hợp quốc

VAST

Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Biến đổi khí hậu (BĐKH) đã làm cho thiên tai ở Việt Nam ngày càng gia tăng về
số lượng, cường độ và phạm vi ảnh hưởng. Lĩnh vực chịu tác động lớn là nông nghiệp,
thuỷ lợi, thuỷ sản, diêm nghiệp, lâm nghiệp và an ninh lương thực. Đặc biệt ở những
đồng bằng và dải cát ven biển dưới tác động của nước biển dâng. Vấn đề cấp thiết hiện
nay là quá trình xâm nhập mặn (XNM) gia tăng nhiều nơi, diện tích đất nông nghiệp bị
thu hẹp và ảnh hưởng lớn đến tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt làm giảm trữ lượng các
nguồn nước trong đó có nước nhạt dưới đất.
Hà Tĩnh là một trong những địa phương chịu ảnh hưởng nhất của BĐKH, trong
đó điển hình là quá trình XNM. Vùng ven biển Hà Tĩnh với trên 114km2 diện tích đất
bị nhiễm mặn, vào mùa khô hạn, diện tích trên còn gia tăng gây ảnh hưởng không nhỏ
đến các hoạt động dân sinh và phát triển kinh tế của khu vực [11]. Vùng ven biển tỉnh
Hà Tĩnh là nơi tập trung đông dân cư và phát triển các hoạt động KT – XH kéo theo
nhu cầu dùng nước ngày càng tăng, trong khi, nước sử dụng chủ yếu được khai thác tại
chỗ từ nguồn nước ngầm và nước mặt đang dần bị hạn chế về cả chất lượng và trữ
lượng. Do vậy, việc khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên nước nói chung và nước
ngầm nói riêng đang là vấn đề cần quan tâm.
Hiện nay, khai thác và sử dụng nước ngầm của nhân dân trong vùng còn mang
tính tự phát, thiếu sự quy hoạch, quản lý, các giải pháp bảo vệ tài nguyên nước ngầm
chưa thích hợp nên đã xảy ra các hiện tượng suy thoái nguồn nước bởi thất thoát và
nhiễm bẩn, cùng với quá trình XNM, ở 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 văn “Nghiên cứu xâm nhập mặn nước ngầm khu vực ven biển
Hà Tĩnh và đề xuất các giải pháp bảo vệ, sử dụng hợp lý” sẽ tập trung nghiên cứu
đánh giá quá trình XNM của nước biển đối với nước ngầm, từ đó đề xuất các giải pháp
bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên quý giá này.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Làm sáng tỏ mối quan hệ giữa các hợp phần tự nhiên và các hoạt động phát triển
kinh tế - xã hội đối với quá trình xâm nhập mặn nước ngầm;
- Đề xuất các giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn và khai thác sử dụng hợp lý nước
ngầm khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiện cứu: Xâm nhập mặn của nước biển đối với nước ngầm trong
trầm tích Đệ tứ vùng ven biển Hà Tĩnh.
1


- Phạm vi nghiên cứu: Khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh với diện tích khoảng
1.900km2 trải dài từ huyện Nghi Xuân đến huyện Kỳ Anh.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu đánh giá vai trò của các nhân tố tự nhiên, KT – XH ảnh hưởng tới quá
trình xâm nhập mặn nước ngầm khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh;
- Đánh giá thực trạng XNM và quá trình sử dụng nước ngầm vùng nghiên cứu;
- Nghiên cứu cơ chế XNM nước ngầm khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh;
- Nghiên cứu đề xuất các giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn và khai thác sử dụng
hợp lý tài nguyên nước ngầm khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Làm sáng tỏ cơ chế XNM nước ngầm trong trầm tích Đệ tứ vùng ven biển tỉnh Hà
Tĩnh;
- Đề xuất các giải pháp khoa học nhằm giảm thiểu xâm nhập mặn và khai thác sử
dụng hợp lý tài nguyên nước ngầm vùng ven biển tỉnh Hà Tĩnh;
- Kết quả nghiên cứu là tài liệu có thể sử dụng để định hướng khai thác, sử dụng tài
nguyên nước ngầm và hỗ trợ công tác quy hoạch cấp nước cho vùng ven biển tỉnh Hà
Tĩnh cũng như các vùng khác có điều kiện tương tự.
6. Cơ sở tài liệu và cấu trúc luận văn
Luận văn được xây dựng trên cơ sở nguồn tài liệu là các báo cáo điều tra tài
nguyên nước dưới đất (NDĐ), các đề tài, dự án nghiên cứu đánh giá xâm nhập mặn
NDĐ và các hợp phần tài nguyên khác liên quan thuộc phạm vi nghiên cứu; Các tạp
chí, báo cáo khoa học chuyên ngành tài nguyên nước, địa lý, địa chất, địa chất thủy
văn (ĐCTV), địa mạo, môi trường trong và ngoài nước, đặc biệt là đề tài cấp Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam mã số: VAST05.05/13-14.
Nội dung của luận văn, ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, sẽ
được trình bày trong 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu xâm nhập mặn nước ngầm
Chương 2: Điều kiện hình thành xâm nhập mặn nước ngầm khu vực ven
biển Hà Tĩnh
Chương 3: Đặc điểm xâm nhập mặn nước ngầm và các giải pháp bảo vệ, sử
dụng hợp lý
Kết luận và kiến nghị

2


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM
1.1. Các khái niệm
1) Nước ngầm
Nước ngầm là loại nước trọng lực dưới đất ở trong tầng chứa nước thứ nhất kể từ
trên mặt xuống. 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 thấm nước, nên bề mặt của
nước ngầm là một mặt thoáng tự do. Nước ngầm vận động dưới tác dụng của độ chênh
lệch mực nước, chảy theo hướng từ nơi có mực nước ngầm cao đến nơi có mực nước
ngầm thấp hơn. Nó thường được chứa trong trầm tích bở rời điển hình như trong aluvi,
proluvi hoặc trong các dải cát, đụn cát ven biển.
2) Xâm nhập mặn nước ngầm
Xâm nhập mặn là quá trình làm tăng độ muối (chủ yếu là NaCl) trong nước nhạt
và thu hẹp không gian của các thể chứa nước nhạt. XNM ở vùng ven biển xảy ra khi
cột thuỷ áp của nước ngầm hạ thấp xuống dưới mực nước biển, do thay đổi về điều
kiện cân bằng nước ngầm tự nhiên hay do quá trình khai thác sử dụng nước ngầm quá
mức khiến cho mực nước ngầm hạ thấp, dẫn đến sự dịch chuyển của biên mặn về phía
đất liền.
3) Điện trở suất của tầng chứa nước
Đất đá có thể xem như một tập hợp gồm ba pha: pha cứng (đất đá hay khoáng
vật); pha lỏng (nước trong tầng chứa) và pha khí (khí trong các lỗ hổng). Điện trở suất
(ĐTS) của pha lỏng thường có giá trị nhỏ nhất. Vì vậy, điện trở suất của đất đá chứa
nước chủ yếu do điện trở suất của nước quyết định (trừ trường hợp tầng chứa nước có
xen các lớp sét). Nước tự nhiên là các chất điện phân chứa các loại ion khác nhau. Khi
ta tạo ra điện trường thì các ion đó sẽ chuyển dịch và xuất hiện dòng điện. Mật độ
dòng điện phụ thuộc vào mật độ, loại ion và tốc độ di chuyển của chúng [12, 31]. Điện
trở suất của chất điện phân (nước) ρw được xác định theo công thức sau:
=

∑(

=

nếu ca = cc = C thì
với

=

∑(

(1.7)

)
∑(

)

=

(1.8)
(1.9)

)

Trong đó: ca và cc - mật độ của anion và cation và hàm lượng anion và cation
thông thường ca = cc = C; va và vc - tốc độ di chuyển của anion và cation; fa và fc - độ
linh động của anion và cation, phụ thuộc vào hàm lượng muối hoà tan và thành phần
hóa học của chúng.
3


Loại dẫn điện ion xảy ra trong đất, đá lỗ hổng, khe nứt lấp đầy dung dịch. Phần
tử tải điện là các ion. Khi có tác động của trường điện bên ngoài, các ion dịch chuyển
định hướng tạo nên dòng điện. Loại dẫn điện ion thường gặp trong đất đá trầm tích.
Archie (1942) khi nghiên cứu độ dẫn điện của các tầng chứa nước, đã chỉ ra rằng điện
trở suất của một tầng chứa tỷ lệ thuận với điện trở suất của nước lấp đầy trong các lỗ
hổng và tỷ lệ nghịch với độ lỗ hổng của tầng chứa nước. Mối quan hệ này được biểu
diễn dưới dạng định luật Archie như sau:
=

=
với

và từ (1.8):

=

=

=

=

(1.10)
(1.11)

,a

Trong đó: ρbuk - điện trở suất của tầng chứa nước, F - hệ số cấu thành tầng chứa
nước; ρw - điện trở suất của nước lấp đầy các lỗ hổng của tầng chứa nước; a - hệ số,
phụ thuộc vào đất (a = 0,4; 1,4); k - độ lỗ hổng của đất đá; n - hệ số cấu trúc (n = 1,3;
2,2).
Đối với tầng chứa nước xác định thì hệ số cấu thành tầng chứa nước (F) không
thay đổi. Như vậy, điện trở suất của các tầng chứa nước chỉ biến đổi do tính chất của
nước trong tầng chứa nước thay đổi (do nhiễm mặn, nhiễm bẩn, ...). Sự biến đổi chất
lượng nước ngầm nói chung trong một lãnh thổ rất phức tạp, cả về không gian và thời
gian. Thông thường, chất lượng nước ngầm bao gồm rất nhiều yếu tố để đánh giá như
hàm lượng các ion, các chất keo, các hợp chất có mặt trong nước… trong đó tổng
khoáng hoá là chỉ tiêu cơ bản nhất và quan trọng nhất để đánh giá chất lượng nước vì
đây là chỉ tiêu dùng để đánh giá chất lượng nước tổng quát nhất.
4) Tổng chất rắn hòa tan (TDS)
Bao gồm khoáng chất, muối hoặc kim loại tồn tại trong một khối lượng nước
nhất định, đơn vị biểu thị thường là mg/l hoặc ppm (phần nghìn). TDS được lấy làm
cơ sở ban đầu để xác định mức độ sạch của nguồn nước. TDS tồn tại dưới dạng các
ion âm và ion dương, do nước luôn có tính hoà tan rất cao nên nó thường có xu hướng
lấy các ion từ các vật mà nó tiếp xúc.
Từ mối tương quan giữa giá trị TDS của nước và kết quả đo điện trở suất đất đá
chứa nước có thể xác định được đới mặn/nhạt của nước ngầm [12].

4


Bảng 1.1: Phân loại nước dưới đất theo độ tổng khoáng hóa
Giới hạn TDS
TT
Phân loại
(g/l)
1
Siêu nhạt
<0.2
2
Nhạt
0.2-1
3
Lợ
1 -3
4
Hơi mặn
3-10
5
Mặn
10-35
6
Muối
>35
Nguồn [1, 22, 24, 27]
1.2. Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn
1.2.1. Ngoài nước
1) Đánh giá hiện trạng và xác định nguyên nhân xâm nhập mặn NDĐ
Trong công trình nghiên cứu của J.J. De Vries (1981) [41], tác giả đã kết hợp
nghiên cứu cấu trúc địa chất và lịch sử phát triển địa chất, địa mạo để giải thích cho sự
phân bố các thể chứa nước mặn, nhạt ở các vùng ven biển Hà Lan. Tác giả W. K.
Zubari (1991) [61] đã phân ra một số kiểu nhiễm mặn tầng chưa nước (TCN) và đề
xuất các khả năng quản lý chất lượng nước được xem xét và xếp thứ tự ưu tiên tại
Bahrain. Cũng trên cơ sở phân tích, đánh giá, các tác giả H. Kooi và J. Groen (2000)
[50] trường Đại học Vrije, Hà Lan đã nghiên cứu về cơ chế xâm nhập mặn liên quan
tới quá trình biển tiến bằng các phương pháp mô hình hóa điều kiện thủy địa hóa,
ĐCTV qua thí nghiệm máng thấm hai lớp với các trường hợp tính thấm khác nhau,
quan trắc sự biến đổi độ mặn theo thời gian trên cơ sở thay đổi áp lực.
E . Edet(2004) [43] đã sử dụng phương pháp đo sâu điện kết hợp với số liệu phân
tích thành phần hóa học NDĐ để nghiên cứu sự phân bố mặn nhạt tầng chứa nước ở
vùng ven biển Nigeria. Việc xác định ảnh hưởng của khai thác NDĐ đến xâm nhập
mặn ở đồng bằng Burdekin, Australia do K. A. Naraya (2007) [51] nghiên cứu và xác
định nguyên nhân chính là do khai thác nước quá mức với 1.800 máy bơm hút nước
phục vụ tưới. Tại Hàn Quốc, Sung Ho Song (2007) [57] sử dụng phương pháp đo sâu
điện để xác định xâm nhập mặn vùng Byunsan. Ngoài số liệu về ĐTS, tác giả còn sử
dụng kết hợp với các số liệu phân tích thành phần hóa học của mẫu nước và tài liệu đo
độ dẫn của các mẫu nguyên dạng theo chiều sâu (mẫu lõi) để kiểm chứng và thiết lập
tương quan giữa ĐTS và TDS. Trong nghiên cứu đã xác định hiện trạng nhiễm mặn
vùng Đông Nam đảo Sicily, tác giả Evgeny A. Kontar (2006) [45] đã sử dụng kết quả
kết hợp các kết quả đo độ dẫn điện và thành phần hóa học của nước lỗ rỗng với các
tính chất vật lý khác của đất đá chưa nước trong phòng thí nghiệm, từ đó xác định ảnh
hưởng của môi trường cho từng loại đất đá khác nhau, đánh giá hiện trạng nhiễm mặn
5


cho các lớp đất đá phân bố theo diện cũng như theo chiều sâu.Trong nghiên cứu của
Eloisa Di Sipio (2011) [44] đã sử dụng tổ hợp phương pháp nghiên cứu hiện trạng
nhiễm mặn NDĐ ở Venice, Italia, đưa ra đánh giá về tác động của quá trình xâm nhập
mặn đến cơ sở hạ tầng đô thị và dự báo về sự biến đổi của hiện trạng nhiễm mặn trong
vùng trên cơ sở sử dụng các tài liệu ĐVL lỗ khoan như độ dẫn điện của TCN và nhiệt
độ NDĐ.
2) Nghiên cứu cơ chế dịch chuyển vật chất, ảnh hưởng của tỷ trọng đến sự dịch
chuyển của chất gây ô nhiễm trong NDĐ
Paschke và Hoopes (1984) [53] làm thí nghiệm xác định sự ảnh huởng của tỷ
trọng đến sự dịch chuyển của chất gây ô nhiễm giả đã phát hiện dị thường nồng độ
NaCl cao trong lớp thấm nước yếu xuống lớp cát hạt mịn từ mô hình bể thấm. Điều
này cho thấy sự dịch chuyển này là do cơ chế khuếch tán và dị thường trọng lực gây
ra, do ảnh hưởng của chênh lệch nồng độ và tỷ trọng. Schincariol và Schwartz (1990)
[55] cũng đã tìm hiểu quá trình hoà tan của các dòng chất lỏng có tỷ trọng khác nhau
trong môi trường lỗ hổng. Trong nghiên cứu của George D. Wardlaw và David L.
Valentine (2005) [46] tại vùng Salton (Mỹ) về ảnh hưởng của khuếch tán độ mặn trong
trầm tích ở đáy hồ Salton Sea sâu 35 m cho thấy sự phân bố độ mặn tăng dần theo
chiều sâu. Trên cơ sở áp dụng định luật khuếch tán phân tử Fick, kết quả tính toán cho
thấy phân bố độ mặn theo chiều sâu là do cơ chế khuếch tán với giá trị từ 0,422g 0,613 /cm2/năm.
D. W. Bridger và D. M. Allen (2006) [38] đã nghiên cứu ảnh hưởng của quá
trình khuếch tán đến sự phân bố mặn tại đồng bằng Fraser, Canada. Tác giả sử dụng
phương pháp ĐVL xác định sự phân bố độ dẫn điện của TCN, với việc phân tích môi
trường thành tạo Địa chất và ĐCTV, tác giả đã đưa ra mô hình khái niệm về quá trình
hình thành và phân bố độ mặn theo chiều thẳng đứng khu vực cửa sông: nước mặn từ
cửa sông xâm nhập vào TCN và từ TCN khuếch tán xuống lớp thấm nước yếu bên
dưới.
J. Groen, J. Velstra, A. G. C. A. Meesters (2000) [47] xác định quá trình muối
hoá TCN ven biển Suriname qua việc phân tích thành phần đồng vị 37Cl và mô hình
khuếch tán. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng xâm nhập mặn ở đây không phải do
nước mặn trong thời kỳ hiện tại mà là do quá trình vận chuyển vận chất xảy ra trong
bản thân các tầng trầm tích, dẫn đến NDĐ bị nhiễm mặn do quá trình khuếch tán xảy
ra từ lớp sét biển tuổi Holocen ở bên trên và tầng trầm tích tuổi Kreta bên duới.
Vincent E.A. Post (2004) [58] đề cập đến quá trình xâm nhập mặn NDĐ ở vùng ven
biển Hà Lan do quá trình biển tiến trong thời kỳ Holocen, tác giả đã phân tích mối
quan hệ giữa quá trình xâm nhập mặn NDĐ và lịch sử phát triển địa chất trong vùng
6


nghiên cứu, xác định mức độ ảnh hưởng của tuổi và nguồn gốc của NDĐ (lợ, mặn)
trên cơ sở đồng vị bền 2H/18O và đồng vị phóng xạ 3H, 14C. Tương tự Dongmei Han và
Claus Kohfahl (2011) [42] kết hợp với phương pháp thuỷ địa hoá nghiên cứu sự xâm
nhập mặn của nước biển cổ vào các tầng trầm tích Đệ tứ vùng vịnh Laizhou phía Đông
Trung Quốc.
3) Dự báo và đánh giá xâm nhập mặn NDĐ bằng mô hình số
D. S. Oki, W. R. Souza, E. L. Bolke và G. R. Bauer (1988) [52] đã tiến hành
khảo sát vùng ven biển phía Nam đảo Oahu (Hawaii - Mỹ) trên cở sở sử dụng phần
mềm SUTRA thiết lập mô hình 2D đánh giá các yếu tố về tính thấm và sự phân tầng
ảnh hưởng đến dòng chảy cũng như sự phân bố nồng độ muối trong các TCN. Tương
tự như vậy, Koch và Zhang (1998) [49] sử dụng phần mềm SUTRA kết hợp mô hình
dòng chảy do chênh lệch tỷ trọng và mô hình dịch chuyển vật chất đã xây dựng mô
hình xâm nhập mặn thẳng đứng do chênh lệch nồng độ. Ngoài ra, Voss và Koch
(2001) [59] đã xây dựng mô hình 2D có tính đến và không tính đến ảnh hưởng của
nồng độ nhằm mô phỏng ảnh hưởng của quá trình khai thác NDĐ đến sự dịch chuyển
biên mặn.
Luận án Tiến sĩ của Phatcharasak Arlai (2007) [54] mô hình hoá các cơ chế xâm
nhập mặn các TCN ven biển Vịnh Thái Lan bằng phần mềm SEAWAT – 2000 và
MODFLOW/MT3DMS trên cơ sở xây dựng mô hình 5 lớp. Với việc đánh giá điều
kiện địa chất, ĐCTV trong vùng, tác giả đã xác định nguồn gốc xâm nhập mặn chính
là do nước biển cổ và nước biển hiện tại xâm nhập xuống các TCN. Vấn đề này còn
được nghiên cứu bởi Bithin Datta (2009) [37] sử dụng mô hình FEMWATER để mô
hình hoá và điều chỉnh xâm nhập mặn vùng Andhra Pradesh, Ấn Độ. Wolfgang Gossel
(2010) [62] đã sử dụng phương pháp mô hình để nghiên cứu sự xâm nhập mặn do
nước biển cổ chứa trong các tầng trầm tích ở vùng Nubian.
4) Nghiên cứu các giải pháp hạn chế xâm nhập mặn NDĐ
Kalpan, Choudhury (2001) [40] thuộc trung tâm địa vật lý, Cục Điạ chất Ấn Độ
đã sử dụng các phương pháp ĐVL nghiên cứu hiện trạng mặn - nhạt của các TCN
trong các trầm tích phía Tây vịnh Bengal và khoanh vùng cấm, hạn chế và được phép
khai thác. Zeynel Demirel (2006) [62] đã tiến hành nghiên cứu tại vùng công nghiệp
ven biển Mersin, Thổ Nhĩ Kỳ cho thấy nguyên nhân chính dẫn đến xâm nhập mặn
NDĐ ở đây là do khai thác quá mức, kết quả quan trắc thành phần hoá học của NDĐ
từ năm 1984 đến năm 2000, hàm lượng Cl- đã đạt tới 3,0g/l. Qua việc phân tích cấu
trúc ĐCTV, đặc điểm ĐCTV, xác định nguồn bổ cập và tính toán cân bằng giữa lưu
lượng khai thác cho phép và lưu lượng khai thác thống kê qua các năm, các tác giả đã
tính toán tốc độ xâm nhập mặn theo thời gian, không gian và đã khuyến cáo hạn chế
7


trữ lượng khai thác. Nghiên cứu của Sherif (2002) [56] tại khu vực ven biển Libya,
Sudan và Ai Cập (giáp biển Địa Trung Hải) cho thấy tầng chứa nước mặn ở độ sâu
tương đối nông nên trong quá trình khai thác sử dụng không hợp lý đã khoan vào các
tầng chứa nước này.
1.2.2. Tại Việt Nam
Năm 1985, Đỗ Trọng Sự và Nguyễn Kim Ngọc [28] trên cơ sở phân tích các đặc
điểm ĐC, ĐCTV, địa hình, thuỷ văn, lịch sử phát triển ĐC và các yếu tố cổ địa lý đã
vạch ra ranh giới mặn - nhạt của TCN Pleistocen vùng ĐBBB chạy từ Thanh Oai qua
Vạn Điểm, xuống gần Hưng Yên và vòng lên Mỹ Hào - Quế Võ, ranh giới mặn - nhạt
có dạng chữ “M”. Nguyễn Kim Ngọc đã đề xuất cơ chế nhiễm mặn và chống nhiễm
mặn của NDĐ trong TCN Pleistocen. Quá trình nhiễm mặn xảy ra bao gồm xâm nhặp
mặn theo phương nằm ngang trong bản thân TCN, xâm nhập mặn theo phương thẳng
đứng do sự khuếch tán của nước mặn, do nước mặn bị chìm nén từ các tầng sét nguồn
gốc biển nằm trên hoặc dưới trầm tích Pleistocen và còn do quá trình dị trọng lực của
nước mặn. Tuy nhiên, cơ chế này chưa được chứng minh bằng các kết quả nghiên cứu
cụ thể. Đến năm 1996, Đặng Hữu Ơn [25,26] đã tính toán, dự báo khả năng nhiễm
mặn đối với công trình khai thác NDĐ ở Bà Rịa – Vũng Tàu bằng thí nghiệm bơm hút
nước đã xác định độ lỗ hổng hữu hiệu và dựa trên sơ đồ phễu hạ thấp mực nước khi
công trình đưa vào hoạt động mà xác định vận tốc dòng thấm trung bình theo hướng từ
biển vào công trình và từ đó tính được thời gian nước mặn xâm nhập vào công trình
khai thác. Ngô Ngọc Cát, Đoàn Văn Cánh (1999) [4] đã sơ bộ đánh giá hiện trạng xâm
nhập mặn, khả năng khai thác các nguồn nước và các đề xuất giải pháp khai thác sử
dụng hợp lý tài nguyên dải ven biển từ Hải Phòng đến Ninh Bình. Nguyễn Văn Hoàng
(2000) [8] đã áp dụng mối tương quan giữa lưu lượng NDĐ thoát ra biển và chiều sâu
xâm nhập mặn của nước biển vào TCN để xác định trữ lượng động tự nhiên của TCN
Pleistocen vùng ĐBBB và đã đưa ra giải pháp dung tường chắn xâm nhập mặn đối với
công trình khai thác NDĐ phục vụ sinh hoạt vùng ven biển với ba phương án thiết kế
tối ưu, phân tích độ nhạy và thiết kế thông thường. Ảnh hưởng của nước biển dâng tới
xâm nhập mặn TCN ven biển Thái Bình cũng được Nguyễn Văn Hoàng phân tích
đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường NDĐ theo các kịch bản biển đổi khí
hậu, nước biển dâng.
Phạm Quý Nhân(1996) [20] đã nghiên cứu xâm nhập mặn đồng bằng Hà Nội
bằng mô hình dịch chuyển MT3D hay Ứng dụng phần mềm SUTRA để xác định sự
dịch chuyển của dòng thấm với tỷ trọng biến đổi trong TCN có tính đến quá trình
XNM cho đảo Cồn Cỏ (2010) [21]. Với công trình “Cơ chế hình thành các đới nhiễm
mặn nước dưới đất vùng Bắc sông Tiền” của Nguyễn Việt Kỳ (2003) [17] đã chỉ ra các
8


đới nhiễm mặn và cơ chế xâm nhập mặn của khu vực. Đặng Tiến Dũng (2004) [7] đã
nghiên cứu, phân tích cơ sở toán học các quá trình lan truyền vật chất, các quá trình
vật lý, địa hóa, phóng xạ, vi sinh trong môi trường nước dưới đất. Tác giả cũng đưa ra
các phương pháp xác định thông số lan truyền vật chất và các thí nghiệm trong phòng
xác định hệ số phân tán động lực, hệ số trễ. Bằng phương pháp giải tích, Nguyễn Văn
Lâm (2006) [18] đã xác định ranh giới mặn – nhạt vùng Hải Triều, Tiên Lữ, Hưng Yên
phục vụ công tác cấp nước cho các thị trấn nhỏ thuộc chương trình nước sạch và vệ
sinh môi trường của Phần Lan. Nguyễn Đình Tiến & nnk (2005) [30] đã chỉ ra cơ chế
xâm nhập mặn nước ngầm tại khu vực này. Hoàng Văn Hoan (2013) [12] đã sử dụng
phương pháp trường chuyển (transient electromagnetic - TEM), kết hợp phân tầng
ĐCTV và kết quả phân tích thành phần hóa học NDĐ đã làm sáng tỏ sự phân bố mặn nhạt của nước trong các tầng chứa nước trầm tích Đệ tứ vùng cửa sông ven biển vùng
Nam Định.
Nguyễn Như Trung (2007) [31] đã dự báo khả năng xâm nhập mặn NDĐ vùng
Hải Phòng bằng phương pháp mô hình hóa điện trở và ĐCTV. Các kết quả thăm dò
ĐVL đã phản ánh sự phân bố hàm lượng TDS của TCN qp tại thời điểm 1984 và 2004.
Kết quả cho thấy TCN qp đã bị suy thoái nghiêm trọng, từ đó đưa ra các khu vực hạn
chế khai thác nhằm hạn chế hiện trạng xâm nhập mặn. Phan Văn Trường (2011) [32]
đã chỉ ra cơ chế xâm nhập mặn nước dưới, đưa ra định hướng sử dụng hợp lý tài
nguyên NDĐ tại khu vực ven biển thành phố Hải Phòng. Năm 2012, Phan Văn Trường
[33] đã đưa ra giải pháp sử dụng có hiệu quả, bền vững nước nhạt dưới đất bằng các
giải pháp kỹ thuật công nghệ, giải pháp bảo vệ, phòng chống suy thoái nguồn nước,
giảm thiểu XNM, giải pháp điều tra, quản lý PTBV tài nguyên NDĐ vùng cát ven biển
Quảng Bình.
Ngoài ra, các công trình khác của Nguyễn Trường Giang, Hồ Vương Bính, Lê
Thị Lài, Nguyễn Văn Đản [2, 3, 5, 10, 13, 14, 15, 16, 23, 27]…và các nhà khoa học
khác đã và đang thực hiện các đề tài, dự án nghiên cứu xác định và dự báo xâm nhập
mặn đối với các TCN nhạt trong các vùng ven biển miền Trung và hai đồng bằng lớn
Sông Hồng và Sông Cửu Long.
1.3. Lịch sử nghiên cứu ĐC, ĐCTV và xâm nhập mặn vùng nghiên cứu
Trong phạm vi tỉnh Hà Tĩnh, công tác điều tra ĐCTV nói chung và NDĐ nói
riêng đã được tiến hành trên nhiều lĩnh vực, cụ thể như sau:
- Từ năm 1978 đến 1983, đoàn địa chất 9T đã đo vẽ lập bản đồ ĐCTV-ĐCCT tỷ
lệ 1/200.000 tờ Hà Tĩnh – Kỳ Anh, trên diện tích 6400 km2, tiến hành thí nghiệm với
34 lỗ khoan (tổng cộng 2685,5m), phân tích mẫu nước các loại 1039 mẫu, đo thủy văn
107 trạm.
9


- Năm 1993, Nguyễn Văn Đản và tập thể tác giả thuộc liên đoàn 2 ĐCTV đã
hoàn thành chuyên khảo“Nước dưới đất các đồng bằng ven biển Bắc Trung Bộ”,trong
đó có phần đồng bằng Hà Tĩnh.
- Năm 1994, Nguyễn Kim Ngọc đã hoàn thành báo cáo “Tài nguyên nước dưới
đất vùng Bắc Trung Bộ”. Tuy vậy phần nói về Hà Tĩnh còn sơ lược.
- Từ 1985 đến 1990, Nguyễn Văn Thìn, đoàn 2F thuộc Liên đoàn 2 ĐCTV đã đo
vẽ ĐTCV-ĐCCT tỷ lệ 1/50.000 vùng Can Lộc, Thạch Hà trên diện tích 540 km2. Công
tác tìm kiếm thăm dò NDĐ còn ít do không có yêu cầu.
- Năm 1985, đoàn 2F đã tìm kiếm NDĐ vùng bãi Vọt trên diện tích 63 km2, với 7
lỗ khoan có tổng chiều sâu 841,4m. Kết quả cho thấy vùng này NDĐ rất khan hiếm,
không thể đáp ứng yêu cầu cung cấp nước quy mô lớn.
- Năm 1982, ở nông trường 20-4, xí nghiệp khai thác nước ngầm thuộc Bộ nông
nghiệp cũng đã tìm kiếm NDĐ trong đá vôi C-P. Kết quả đã phát hiện được nguồn
nước để cấp cho ăn uống và sinh hoạt khu vực nông trường.
- Chương trình Nước sạch nông thôn (UNICEF) đã khoan hàng loạt các lỗ khoan
nông lấy nước phục vụ dân cư và nông thôn ở các huyện. Khả năng khai thác ở các lỗ
khoan này không lớn, một số chúng lại mặn không thể dùng để uống được.Ngoài ra
trong phạm vi mỏ sắt Thạch Khê cũng đã tiến hành khối lượng lớn công tác điều tra
ĐCTV phục vụ tháo khô khi khai thác mỏ.
- Năm 2007, nhóm tác giả Nguyễn Hữu Oanh, Trịnh Ngọc Kiêm, Hồ Quyết và
Nguyễn Ngọc Tám thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường, Cục Địa chất và khoáng sản
Việt Nam, Liên đoàn Địa chất thủy văn - địa chất công trình miền Bắc, Đoàn Địa chất
thủy văn - Địa chất công trình 2F đã thành lập “Báo cáo tổng hợp kết quả điều tra địa
chất thủy văn tỉnh Hà Tĩnh”.
Ngoài ra, có một số nghiên cứu khác về điều kiện tự nhiên của tác giả Nguyễn
Quang Tuấn (2013) “Cơ sở địa lí của việc sử dụng hợp lý TN thiên nhiên và bảo vệ
môi trường huyện Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh”.
- Năm 2010, Đề tài “Nghiên cứu sự lan truyền, xác định nguyên nhân ô nhiễm
môi trường nước trên địa bàn 2 huyện Nghi Xuân và Hương Sơn, tỉnh Hà Tĩnh và đề
xuất các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường” do Quách Đức Tín chủ trì đã đề
cập đến xâm nhập mặn nước ngầm của huyện Nghi Xuân.
Nghiên cứu cụ thể về XNM, hiện có Đề tài cấp Viện Hàn lâm KHCNVN
“Nghiên cứu đánh giá quá trình xâm nhập mặn và đề xuất các giải pháp khai thác sử
dụng hợp lý tài nguyên nước (nước mặt và nước dưới đất) phục vụ phát triển kinh tế –
xã hội khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh” đang triển khai thực hiện nghiên cứu.

10


Nhận xét chung:
Các nghiên cứu xâm nhập mặn thường được kết hợp trong các báo cáo đánh giá
tài nguyên NDĐ, chủ yếu là điều tra khảo sát, xác định ranh giới mặn nhạt (TDS =
1g/l) và tính toán thời gian, tốc độ dịch chuyển ranh giới trên cơ sở điều kiện ĐCTV
của vùng nghiên cứu với lưu lượng khai thác yêu cầu.
Các đề tài, dự án đã thực hiện tại khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh đã cho thấy bức
tranh tổng quát về điều kiện địa chất và ĐCTV. Qua công tác thống kê, tổng hợp các
kết quả nghiên cứu trước đây về nước dưới đất khu vực nghiên cứu, học viên nhận
thấy những vấn đề cần được giải quyết:
- Điều tra, khảo sát hiện trạng phân bố mặn nhạt, ranh giới mặn nhạt theo diện và
chiều sâu tại một số vùng nhỏ, được lồng ghép vào các chương trình tìm kiếm
nguồn nước từ nhiều năm trước. Tuy nhiên, hiện nay hiện trạng nhiễm mặn NDĐ
nói chung và nước ngầm nói riêng tại khu vực nghiên cứu đã có thay đổi.
Vì vậy, nghiên cứu xâm nhập mặn nước ngầm khu vực ven biển Hà Tĩnh 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, đặc biệt là nghiên cứu cơ chế xâm nhập mặn
và đề xuất các giải pháp giảm thiểu và sử dụng hợp lý tài nguyên.
1.4. Quy trình nghiên cứu
Đề tài luận văn được thực hiện theo quy trình sau: Tổng quan nghiên cứu xâm
nhập mặn nước ngầm nhằm xác định mục tiêu, nội dung, nhiệm vụ và lựa chọn
phương pháp nghiên cứu; Sau công tác nội nghiệp, tiến hành triển khai khảo sát thực
địa nhằm xác định các nhân tố tự nhiên và nhân sinh ảnh hưởng tới quá trình xâm nhập
mặn khu vực nghiên cứu và đánh giá hiện trạng xâm nhập mặn khu vực nghiên cứu;
Từ đó xác định không gian địa lý tự nhiên bị xâm nhập mặn nước ngầm tiến tới làm rõ
cơ chế xâm nhập mặn nước ngầm; Trên cơ sở hiện trạng và cơ chế XNM đề xuất các
giải pháp bảo vệ, sử dụng hợp lý tài nguyên nước ngầm khu vực nghiên cứu.

11


Tổng quan nghiên cứu về
XNM nước ngầm

Xác định mục tiêu và
nội dung nghiên cứu

Lựa chọn phương pháp
nghiên cứu
Khảo sát thực địa

Nhân tố tự nhiên ảnh
hưởng tới XNM

Đánh giá hiện trạng
XNM nước
ngầm

Nhân tố nhân sinh ảnh
hưởng tới XNM

Xác định không gian địa lý
tự nhiên của nước ngầm bị
nhiễm mặn
Xác định cơ chế XNM nước
ngầm khu vực nghiên cứu

Đề xuất giải pháp bảovệ,sử
dụng hợp lý nước ngầm
Hình 1.1: Quy trình nghiên cứu
1.5. Quan điểm tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Quan điểm tiếp cận
Quan điểm phát triển bền vững tài nguyên nước: Đối với tài nguyên nước vùng
nghiên cứu, việc quy hoạch khai thác và sử dụng, đề xuất các giải pháp bảo vệ phải
được tiến hành cách cụ thể, hợp lý nhằm phục vụ công cuộc phát triển KT-XH, tránh
tình trạng suy thoái tài nguyên và ô nhiễm môi trường, đặc biệt là khu vực nông thôn
ven biển. Tính bền vững trong việc khai thác và sử dụng tài nguyên nước ngầm được
thể hiện ở cả hai mặt cơ bản, đó là bền vững về chất lượng: được đảm bảo khi đáp ứng
nhu cầu cấp nước cho mục đích sử dụng, đồng thời phải đảm bảo các hoạt động KT12


XH không đem đến tác động xấu, không gia tăng chất ô nhiễm trong nước và bền vững
về lượng: quá trình khai thác, sử dụng phải có sự giám sát và hoạch cụ thể, tránh hiện
tượng gây sự giảm, mất cân bằng nguồn nước.
Tiếp cận tổng hợp và hệ thống: 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 hợp
phần tài nguyên nước thì cần phải tiếp cận một cách tổng hợp và theo hệ thống các
mối liên hệ, tác động lẫn nhau trong từng đơn vị lãnh thổ, cụ thể gồm các hướng chính
sau: Nghiên cứu cấu trúc địa chất, thành phần thạch học; Nghiên cứu đặc điểm địa
hình; Nghiên cứu đặc điểm khí hậu, thủy văn; Nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng của
cá yếu tố nhân sinh.
Tiếp cận không gian và thời gian: Vùng ven biển Hà Tĩnh có sự phân hóa phức
tạp về điều kiện tự nhiên, tài nguyên, môi trường và thành phần KT - XH theo chiều
Bắc – Nam và Đông – Tây. Với sự da dạng không gian, biến đổi theo thời gian, lưu
vực dòng ngầm trong khu vực nghiên cứu thường trùng khớp với lưu vực sông, tuy
nhiên ở nhiều tiểu vùng với các điều kiện không tương đồng nên sự phân bố cũng có
sự đa dạng.
1.5.2. Phương pháp nghiên cứu
Nhóm các phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa: Nghiên cứu XNM nước
ngầm của mỗi lãnh thổ nói chung phải xác định được thực trạng XNM thông qua các
nghiên cứu điều tra, phân tích mẫu, xác định nguyên nhân đích thực của quá trình này
nhằm đánh giá và dự báo diễn biến theo không gian và thời gian và nhất là phân tích,
đánh giá ảnh hưởng đến dân sinh, phát triển sản xuất, kinh tế, thay đổi sinh thái và
cuối cùng qua đó đề xuất được giải pháp khắc phục, các giải pháp ổn định, phù hợp
nhất.
Các phương pháp khảo sát ngoài thực địa: Trên cơ sở những phân tích tổng hợp
trong phòng tiến hành đi thực địa. Công tác thực địa sẽ giúp thu thập những tài liệu về
đặc điểm địa chất, địa mạo, xác định gianh giới giữa các dạng địa hình, thành phần vật
chất trong khu vực. Phát hiện chi tiết những đặc trưng của khu vực nghiên cứu, ghi
nhận hiện trạng bằng cách chụp ảnh hay đo đạc, định vị bằng máy GPS. Việc đi thực
địa được tiến hành đồng thời với việc sử dụng các phương pháp phân tích chuyên
ngành nhằm thu được kết quả tốt nhất cho nội dung nghiên cứu.
Phương pháp điều tra nghiên cứu thu thập tài liệu: Điều tra, đánh giá hiện trạng
và diễn biến xâm nhập mặn, những thiệt hại, vấn đề khắc phục; Nghiên cứu các mối
quan hệ của điều kiện tự nhiên và hoạt động dân sinh với quá trình xâm nhập mặn;
Đánh giá các giải pháp phòng tránh, giảm thiểu xâm nhập mặn được áp dụng, mức độ
và hiệu quả của chúng. Ngoài ra, trong nghiên cứu điều tra thực địa, vấn đề thu thập
13


thông tin trong dân về xâm nhập mặn nước ngầm cũng rất được coi trọng. Đây là
những tư liệu quý, đặc biệt là về hiện trạng và thiệt hại về vật chất trong nhiều năm ở
khu vực nghiên cứu.
Phương pháp phân tích đánh giá tổng hợp các số liệu và thông tin thu thập: Đề
tài dự kiến khảo sát lấy mẫu nước ngầm theo hai mùa mưa và mùa khô. Số lượng mẫu
tối thiểu là 350 mẫu. Vị trí lấy mẫu được xác định căn cứ vào sự phân bố của nước
ngầm, dân cư, động thái nước ngầm..
Phương pháp kế thừa: Đề tài kế thừa các dữ liệu và thông tin trong các nghiên
cứu có nội dung liên quan đến BĐKH, rừng ngập mặn,rừng phòng hộ ven biển và đặc
điểm vùng ven biển Hà Tĩnh đã thực hiện trước đây.
Phương pháp viễn thám và GIS: Trong nghiên cứu, đánh giá xâm nhập mặn, sự
liên kết giữa các lớp dữ liệu địa lý dạng vector và raster của GIS có vai trò quan trọng
trong việc xác định không gian địa lý cụ thể thông qua việc tổng hợp thông tin cùng
một lúc trên nhiều đối tượng nền địa lý khác nhau, như mạng lưới thuỷ văn, đặc điểm
thạch học, lớp vỏ thổ nhưỡng…Ngoài khả năng trong lưu trữ, quản lý và tích hợp
thông tin, đồng thời nó có thể đưa ra rất nhiều các phương án kết hợp khác nhau là một
tính năng quan trọng có thể giúp các nhà quản lý đưa ra những quyết định cuối cùng
cho công tác dự báo và phòng chống xâm nhập mặn.
Phương pháp địa vật lý: Dựa trên đặc tính dẫn điện của đất đá và nước, phương
pháp trên được áp dụng nhằm thể hiện giá trị điện trở suất ứng với các thành phần đất
đá cũng như các vật chất khác. Độ dẫn điện của đất đá bở rời bão hòa nước có mối
tương quan chặt chẽ với độ dẫn điện của nước trong tầng chứa nước và phụ thuộc vào
hàm lượng muối hòa tan, thành phần hóa học của chúng, đặc trưng là TDS. Căn cứ vào
giá trị điện trở suất của môi trường đất đá và hàm lượng TDS trong nước để thiết lập
ranh giới mặn – nhạt tầng chưa nước là một đới (theo diện) và có chiều sâu bề mặt tiếp
xúc thay đổi từ nông đến sau hướng về vùng chứa nước nhạt (theo chiều thảng đứng).
Trong khuôn khổ luận văn, học viên lựa chọn phương pháp đo sâu điện đối xứng
dòng một chiều. Công tác đo địa vật lý được tiến hành theo các tuyến hoặc theo mạng
lưới tùy thuộc điều kiện địa chất thủy văn – địa vật lý của vùng nghiên cứu. Hệ thiết bị
trong khoảng AB/2 = 100m đến AB/2 = 1.000m, khoảng cách giữa các điểm đo trong
khoảng 100 – 1.000m được xác định cụ thể theo điều kiện thực tế phân bố các tầng
chứa nước.
Phương pháp mô hình toán: Mô hình lan truyền vật chất ba chiều MT3D là một
moldun trong mô hình dòng ngầm ba chiều VISUAL MODFLOW do hãng
WATERLOO (Canada) xây dựng dựa trên mô hình MODFLOW của Tổng cục Địa
chất Hoa Kỳ.
14


CHƯƠNG II
ĐIỀU KIỆN HÌNH THÀNH XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM KHU VỰC
VEN BIỂN HÀ TĨNH
2.1. Cơ chế xâm nhập mặn nước dưới đất
2.1.1. Các quá trình dịch chuyển chất hòa tan
Vận động của vật chất hòa tan trong môi trường NDĐ là quá trình cơ lý và hóa
học rất phức tạp, được gọi là “di chuyển chất hòa tan” theo các quá trình sau:
Quá trình di chuyển đối lưu:các chất hoà tan vận chuyển theo dòng chảy NDĐ
với tổng lượng chất hòa tan (Fx) theo một hàm số nồng độ của chúng trong nước (C)
và lượng dòng ngầm. Đối với dòng một chiều, một đơn vị diện tích tiết diện lỗ hổng có
lưu lượng dòng ngầm là:
Fx =C* vxne

(2.1)

Trong đó:vxne - độ lỗ hổng hữu hiệu, C - vận tốc thấm trung bình

Phương trình vận chuyển vật chất theo kiểu piston cho dòng một chiều có dạng
(2.2) và thể hiện qua hình dạng của đường nồng độ (hình 2.1).
C
C
 vx
t
x

(2.2)
to

1.0
0.8

t1

Nồng
độ
0.6
tương
quan
C/Co 0.4

t2

0.2

x-a

x+a
x

-

+

Hình 2.1: Quá trình dịch chuyển của chất hòa tan theo thời gian và ảnh
hưởng của quá trình khuếch tán
Quá trình phân tán: nước mặn (nước biển) di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến
nơi có nồng độ thấp hơn. Sự khuếch tán diễn ra đến khi nào gradient nồng độ còn tồn
15


tại, ngay cả khi không có dòng chảy. Mức độ khuếch tán tỷ lệ thuận với gradient nồng
độ, tuân theo định luật thứ nhất của Fick:
F = - Dd (dC/dx)

(2.3)

Trong đó:
F - dòng vật chất trên một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian;
Dd - hệ số khuếch tán, m2/s;
C - nồng độ chất tan, g/cm3;
dC/dx - gradient nồng độ (g/cm2).
Dấu trừ thể hiện vận động từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn. Ở
25 C có thể xác định Dd theo bảng có sẵn.
o

Trường hợp chất tan có nồng độ thay đổi theo thời gian thì áp dụng định luật thứ
2 của Fick:
C
 2C
  Dd 2
t
x

(2.4)

C
- sự thay đổi nồng độ theo thời gian.
t
Trong môi trường lỗ hổng, quá trình khuếch tán xảy ra không nhanh như trong

Trong đó:

môi trường nước vì các ion phải di chuyển quãng đường dài hơn khi đi vòng qua các
hạt đất đá. Hệ số khuếch tán phân tử D* được xác định theo công thức:
D* = Dd

(2.5)

Trong đó:  - hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào mức độ cong của đường vận chuyển.
Sự khuếch tán làm cho chất tan luôn vận động trong môi trường lỗ hổng ngay cả
khi không có dòng chảy tự nhiên. Sự khuếch tán của vật chất có nồng độ Co tại thời
điểm to và vận động từ khoảng (x-a) tới (x+a), đến thời điểm t1 và t2 nồng độ chất tan
giảm nhưng lại tăng ngoài khoảng này (hình 2.1). Nồng độ chất tan phân bố theo quy
luật phân phối chuẩn Gausse đặc trưng bởi nồng độ trung bình và phương sai. Có thể
xác định hệ số khuếch tán hữu hiệu qua hai đại lượng phương sai và thời gian:
D* = c2/2t

(2.6)

Quá trình khuếch tán thực tế cần xem xét là các ion chủ yếu phải ở trạng thái
trung hoà điện tích. Nếu chất tan bị hấp phụ vào bề mặt hạt rắn thì tỷ lệ khuếch tán
nhìn chung sẽ nhỏ hơn so với chất không bị hấp phụ. Nếu coi nồng độ vật chất ban đầu
trong chất thải rắn là Co, không đổi theo thời gian, sau thời gian t, tại khoảng cách
nồng độ chất tan là Ci (x,t), nếu tính đến điều kiện biên và điều kiện ban đầu (Grank,
1956) thì:
Ci ( x , t )  Coerfc

x
2( D*t )1 / 2

(2.7)

Trong đó: Ci - nồng độ chất tan tại khoảng cách x tính từ nguồn phát tại thời
16


điểm t và được xác định từ khi quá trình khuếch tán bắt đầu xảy ra; erfc - hàm sai số
bù (hàm này sẽ phụ thuộc vào quy luật phân phối chuẩn hay Gausse), có thể tính gần
đúng theo công thức:
  4B 2
erfc ( B )  1  exp 
 





(2.8)

Giá trị erfc(B) dao động trong khoảng 0 - 2.
Quá trình khuếch tán vật chất diễn ra từ vùng có nồng độ Co tới vùng có nồng độ
Ci=0 được biểu diễn trên hình 2.2.
1.0

0.6
0.50
0.4
0.2

0.16

trung
bình

Nồng độ tương quan
C/Co

0.84
0.8

x

0.0
+

-

Hình 2.2: Đồ thị dự báo đường nồng độ do quá trình khuếch tán phân tử
Từ những nhận định trên cho thấy quá trình khuếch tán không có ý nghĩa đặc thù
đối với sự di chuyển của chất tan. Nó thể hiện một cơ chế vận động ưu thế trong ĐCTV
khi các đất đá chứa nước có tính thấm kém. Tuy nhiên, nó vẫn có thể diễn ra trong các
khoảng không của khe nứt, lỗ hổng lớn, kể cả khi không có dòng chảy tự nhiên.
2.1.2. Quá trình phân tán cơ học
Quá trình phân tán cơ học diễn ra khi các chất hòa tan di chuyển qua môi trường
lỗ rỗng. Chất hòa tan dọc theo đường dòng gọi là quá trình phân tán dọc. Sự trộn lẫn
theo phương vuông góc với đường dòng gọi là phân tán ngang.
Quá trình phân tán cơ học chịu ảnh hưởng của kích thước lỗ hổng dẫn đến vận
chuyển chậm hay nhanh, chiều dài đường vận chuyển và ma sát trong lỗ hổng. Nếu
toàn bộ nước ngầm chứa chất bẩn vận động cùng nhau thì sẽ thay thế nước sạch và tạo
nên một bề mặt ngăn cách giữa hai loại nước. Hơn nữa, sự xâm nhập chất bẩn không
chuyển động cùng một vận tốc với nước xảy ra quá trình hỗn hợp trên đường vận
chuyển, dẫn đến sự pha loãng chất bẩn trong dòng chảy.
Nếu quá trình phân tán cơ học tuân theo định luật Fick như đối với khuếch tán thì
tổng phân tán là hàm số của vận tốc thấm trung bình, trong đó có tính đến hệ số phân
tán cơ học. Hệ số này tương đương với thông số trung bình, được gọi đơn giản là phân
17


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×