(Dự thảo) Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Đánh giá hiện trạng và dự báo xâm nhập mặn tầng nước ngầm Pleistocene do khai thác nước ngầm vùng ven biển đồng bằng sông Hồng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> TRỊNH HOÀI THU<br /> <br /> ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ DỰ BÁO XÂM NHẬP MẶN<br /> TẦNG NƢỚC NGẦM PLEISTOCENE DO KHAI THÁC<br /> NƢỚC NGẦM VÙNG VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG<br /> <br /> Chuyên ngành: Môi trường Đất và nước<br /> Mã số:<br /> <br /> 62 44 03 03<br /> <br /> (DỰ THẢO)<br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG<br /> <br /> Hà Nội - 2014<br /> <br /> 1<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> 1.<br /> <br /> Tính cấp thiết của Luận án<br /> Tại Việt Nam, các kết quả điều tra, quan trắc, nghiên cứu và đánh giá tài nguyên nước dưới đất từ<br /> <br /> trước đến nay cho thấy nguồn tài nguyên nước dưới đất ở nhiều khu vực đã và đang bị ô nhiễm và nhiễm<br /> mặn, hoặc có dấu hiệu bị ô nhiễm và nhiễm mặn. Sự có mặt của các diện tích nơi có tầng chứa nước bị mặn<br /> và hiện tượng nhiễm mặn các tầng chứa nước đang diễn ra tại một số tỉnh ven biển khu vực Đồng bằng sông<br /> Hồng. Hải Phòng và Nam Định là những vùng có đặc điểm thủy địa hóa phức tạp, tầng chứa nước Pleistocen<br /> hầu hết đã bị mặn, nước nhạt chỉ tồn tại ở dạng thấu kính. Tại Thái Bình tầng chứa nước Pleistocen nhạt<br /> phân bố tập trung ở phía Bắc của tỉnh, với trữ lượng tiềm năng khai thác công nghiệp, nhưng nếu không có<br /> các biện pháp ngăn ngừa sẽ có nguy cơ nhanh chóng bị xâm nhập mặn. Theo Thông báo kết quả quan trắc tài<br /> nguyên và môi trường nước dưới đất Đồng bằng Bắc Bộ của Trung tâm quan trắc và dự báo Tài nguyên<br /> nước (2013) tốc độ hạ thấp mực nước do khai thác nước trung bình từ năm 1993 đến nay vào khoảng<br /> 0.6m/năm. Hơn thế nữa, việc tồn tại hàng loạt các giếng khoan UNICEF và các lỗ khoan khảo sát thăm dò<br /> địa chất, địa chất thủy văn, … không sử dụng hoặc bị hỏng không được trám lấp đúng yêu cầu cũng là điều<br /> kiện gây nhiễm bẩn và nhiễm mặn tầng chứa nước. Trước những thực trạng trên, cần phải có những phương<br /> pháp nghiên cứu hiệu quả để xác định ranh giới nhiễm mặn và dự báo hiện tượng nhiễm mặn nhằm có các<br /> biện pháp bảo vệ nguồn nước ngầm phục vụ các nhu cầu kinh tế xã hội khu vực, nơi có nguồn tài nguyên<br /> nước nhạt hạn hẹp.<br /> Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trên, tác giả đã lựa chọn đề tài: “Đánh giá hiện trạng và dự báo xâm<br /> nhập mặn tầng nước ngầm Pleistocen do khai thác nước ngầm vùng ven biển Đồng bằng sông Hồng” cho<br /> Luận án Tiến sỹ của mình.<br /> 2.<br /> <br /> Mục tiêu và nhiệm vụ<br /> <br /> Mục tiêu của Luận án:<br /> - Xác định phân bố tổng chất rắn hòa tan (TDS) trong tầng chứa nước Pleistocen khu vực ven biển<br /> ĐBSH, trên cơ sở đó xác định thực trạng nhiễm mặn thông qua nghiên cứu ứng dụng tổ hợp phương pháp đo<br /> sâu điện trở và phân tích thành phần hoá học mẫu nước ngầm.<br /> - Dự báo xâm nhập mặn tầng chứa nước Pleistocen do khai thác nước ngầm bằng phương pháp mô<br /> hình hoá địa chất thuỷ văn.<br /> Nhiệm vụ của Luận án:<br /> - Nghiên cứu cơ sở phương pháp đo sâu điện và mô hình địa chất thủy văn trong đánh giá thực trạng<br /> nhiễm mặn và dự báo xâm nhập mặn do khai thác nước ngâm.<br /> - Nghiên cứu tổng hợp các nguồn tài liệu, số liệu đã có và tiến hành đo đạc, phân tích số liệu mới<br /> nhằm xác định được các thông số về địa chất, địa chất thủy văn, ... của vùng nghiên cứu.<br /> - Xây dựng các phương trình thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa địện trở suất tầng chứa nước<br /> và điện trở suất nước tầng; giữa điện trở suất nước tầng và tổng chất rắn hòa tan; và giữa TDS và Clorua,<br /> nhằm xác định được hàm lượng TDS từ các kết quả đo sâu điện trên mặt đất.<br /> - Thành lập sơ đồ TDS của tầng chứa nước Pleistocen, xác định ranh giới mặn/nhạt.<br /> - Thành lập mô hình địa chất thủy văn cho vùng nghiên cứu: cấu trúc các tầng chứa nước, tầng chắn<br /> nước, các điều kiện biên cho mô hình tính toán lan truyền xâm nhập mặn.<br /> - Xây dựng các kịch bản khai thác nước ngầm phục vụ cho công tác dự báo lan truyền xâm nhập<br /> mặn tầng chứa nước Pleistocen trong vùng.<br /> 3.<br /> Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu<br /> <br /> 2<br /> <br /> Phạm vi nghiên cứu: tầng chứa nước Pleistocen vùng ven biển ĐBSH bao gồm: Hải Phòng, Thái<br /> Bình, Nam Định.<br /> Đối tượng nghiên cứu: hiện trạng phân bố TDS và quá trình xâm nhập mặn tầng chứa nước<br /> Pleistocen.<br /> 4.<br /> <br /> Nội dung nghiên cứu<br /> <br /> Hiện trạng phân bố TDS tầng chứa nước Pleistocen khu vực nghiên cứu:<br /> - Khảo sát thực địa lấy mẫu nước tầng Pleistocen: phân tích thành phần hóa; khảo sát đo địa vật lý<br /> điện (đo sâu điện VES): phân tích các đường cong đo sâu điện; các mặt cắt cấu trúc địa điện phản ánh chiều<br /> sâu và chiều dày các tầng chứa nước;<br /> - Xử lý, phân tích, tính toán số liệu đo sâu điện và phân tích hóa để có được kết quả TDS, Clorua.<br /> - Xây dựng bản đồ hiện trạng phân bố TDS và hàm lượng Clorua tầng chứa nước Pleistocen: phân<br /> tích kết quả từ các nội dung nghiên cứu trên; Áp dụng công nghệ GIS tích hợp thông tin để thành lập bản đồ.<br /> Dự báo xâm nhập mặn do khai thác nước tầng chứa nước Pleistocen:<br /> Xây dựng mô hình dự báo xâm nhập mặn tầng chứa nước Pleistocen do khai thác theo các kịch bản<br /> bằng phân mềm mô hình địa chất thủy văn GMS. Đánh giá định lượng các tham số không gian và thời gian<br /> của quá trình xâm nhập mặn.<br /> Xác định những vấn đề về quản lý khai thác và giải pháp hạn chế XNM nước dưới đất khu vực<br /> nghiên cứu:<br /> Nghiên cứu đề xuất phương án quy hoạch khai thác hợp lý và một số giải pháp hạn chế xâm nhập<br /> mặn nước dưới đất khu vực nghiên cứu.<br /> 5.<br /> <br /> Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu<br /> <br /> - Cách tiếp cận thực tế: khảo sát thực địa chi tiết để chính xác hơn đặc điểm địa hình, địa mạo, ĐC,<br /> ĐCTV nhằm đánh giá và xác định đối tượng chính cho hướng nghiên cứu của đề tài phù hợp và giải quyết<br /> mục tiêu nghiên cứu. Đây là cách tiếp cận kinh điển trong điều tra ĐCTV nói chung và nghiên cứu xâm nhập<br /> mặn NDĐ nói riêng. Từ đó đưa ra các giải pháp, cũng như hướng nghiên cứu hợp lý và khả thi.<br /> - Tiếp cận các kết quả nghiên cứu trước đó: trong hơn 30 năm qua, ở khu vực nghiên cứu đã có<br /> hàng chục phương án tìm kiếm thăm dò, đánh giá trữ lượng và điều tra hiện trạng khai thác, xâm nhập<br /> mặn… được thực hiện và đã có hơn 100 lỗ khoan tìm kiếm, thăm dò, quan trắc NDĐ trên toàn vùng và rất<br /> nhiều lỗ khoan lớn nhỏ đang khai thác. Việc thu thập, khai thác, sử dụng và kế thừa tối đa các tài liệu, công<br /> trình đã có giúp định hướng đánh giá, xác định nguồn phân bố, hiện trạng mặn-nhạt cũng như diễn biến xâm<br /> nhập mặn.<br /> - Tiếp cận các phương pháp điều tra đánh giá hiện đại, tiên tiến: việc nghiên cứu và đánh giá tài<br /> nguyên NDĐ, quy luật biến đổi chất lượng, trữ lượng và đặc biệt là khả năng biến đổi và phân bố tổng hàm<br /> lượng chất rắn hòa tan (TDS), độ dẫn điện, ... trong NDĐ theo diện và theo chiều sâu đã được các nhà khoa<br /> học trên thế giới và trong nước nghiên cứu, áp dụng và đã đem lại hiệu quả cao. Do vậy, việc tiếp cận và áp<br /> dụng các phương pháp nghiên cứu hợp lý sẽ có tính khả thi cao và đem lại hiệu quả tốt đối với vùng nghiên<br /> cứu.<br /> Phương pháp nghiên cứu: Ngoài các phương pháp nghiên cứu truyền thống như: tiếp thu, kế thừa,<br /> điều tra, khảo sát…, tác giả luận án đã sử dụng kết hợp các phương pháp sau:<br /> - Phương pháp ĐVL: với mục tiêu nghiên cứu, xác định hiện trạng phân bố mặn nhạt, phương pháp<br /> áp dụng có thể thực hiện tốt mục tiêu này trong vùng nghiên cứu là phương pháp đo sâu VES, qua việc xác<br /> định khả năng dẫn điện của đất đá.<br /> <br /> 3<br /> <br /> - Phương pháp mô hình hóa: mô phỏng điều kiện, quá trình diễn biến và dự báo xâm nhập mặn, lan<br /> truyền vật chất trong NDĐ như GMS, Modflows, ...<br /> - Phương pháp chuyên gia: trao đổi, học tập từ các chuyên gia và các nhà khoa học thông qua việc tổ<br /> chức hội thảo xin ý kiến góp ý, hướng dẫn, bổ sung kiến thức từ các nhà khoa học.<br /> 6.<br /> .Ý nghĩa khoa học và thực tiễn<br /> Ý nghĩa khoa học:<br /> - Kết quả nghiên cứu của Luận án cung cấp cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu và luận giải cơ chế<br /> xâm nhập mặn tầng Pleistocen vùng ven biển ĐBSH.<br /> - Cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý và khai thác bền vững nước ngầm khu vực đồng<br /> bằng ven biển.<br /> - Cung cấp cơ sở khoa học và thực tế trong việc áp dụng phương pháp đo sâu điện để xác định tổng<br /> chất rắn hòa tan trong nước ngầm, xác định ranh giới mặn-nhạt của các tầng chứa nước.<br /> Ý nghĩa thực tiễn:<br /> - Khẳng định được tính hiệu quả của tổ hợp phương pháp đo sâu điện và phân tích hóa trong nghiên<br /> cứu nhiễm mặn nước ngầm làm cơ sở để áp dụng rộng rãi phương pháp trong các công tác nghiên cứu và<br /> thực tiễn liên quan khác nhau.<br /> -Xác định được hiện trạng phân bố tổng chất rắn hòa tan trong tầng chứa nước Pleistocen, đánh giá<br /> và dự báo diễn biến xâm nhập mặn do khai thác nước ở vùng nghiên cứu.<br /> - Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà quản lý và các nhà khoa học trong<br /> việc qui hoạch, khai thác bền vững nguồn tài nguyên nước dưới đất khu vực.<br /> 7.<br /> <br /> Luận điểm bảo vệ<br /> <br /> Luận điểm 1: Hiện trạng phân bố hàm lượng TDS của tầng chứa nước Pleistocen (qp) trên khu vực<br /> nghiên cứu đã được xác định với độ tin cậy và chi tiết cao. Giá trị hàm lượng TDS thay đổi từ 0,2-21 g/l.<br /> Diện tích vùng nước nhạt chiếm 42% diện tích vùng nghiên cứu.<br /> Luận điểm 2: Việc khai thác nước ngầm tác động đến sự dịch chuyển vùng mặn/nhạt của nước dưới<br /> đất trong tầng qp, mức độ dịch chuyển được tính toán trong các kịch bản khai thác. Diện tích đới nước nhạt<br /> đến năm 2025 bị thu hẹp đến190 km2 (chiếm gần 30% diện tích đới nhạt) nếu bố trí các cụm công trình khai<br /> thác tập trung<br /> 8.<br /> <br /> Những điểm mới của Luận án<br /> <br /> - Xây dựng được các phương trình thực nghiệm xác định tổng chất rắn hòa tan (TDS) của tầng chứa<br /> nước Pleistocen theo kết quả phân tích số liệu đo sâu điện.<br /> - Xây dựng được bản đồ phân bố TDS tầng chứa nước Pleistocen khu vực nghiên cứu theo kết quả<br /> phân tích số liệu đo sâu điện và phân tích mẫu.<br /> - Dự báo định lượng biến đổi ranh giới nhiễm mặn của tầng chứa nước Pleistocen theo mức độ khai<br /> thác nước dưới đất.<br /> 9.<br /> <br /> Cấu trúc của Luận án gồm:<br /> <br /> Mở đầu<br /> Chương 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu và đặc điểm điều kiện tự nhiên-kinh tế xã hội vùng ven<br /> biển Đồng bằng Sông Hồng.<br /> Chương 2. Các phương pháp nghiên cứu xâm nhập mặn tầng chứa nước Pleistocen.<br /> Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận.<br /> Kết luận.<br /> <br /> 4<br /> <br /> CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN<br /> TỰ NHIÊN-KINH TẾ XÃ HỘI VÙNG VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG<br /> I.1. Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn NDĐ trên Thế giới<br /> Nguyên nhân gây XNM tầng chứa nước ở mỗi khu vực có thể khác nhau, phụ thuộc vào điều kiện ĐC,<br /> ĐCTV, hiện trạng khai thác NDĐ của từng khu vực. Các công trình nghiên cứu đều sử dụng nhiều phương<br /> pháp khác nhau. Tổng hợp các công trình nghiên cứu có thể phân thành 3 nhóm phương pháp nghiên cứu<br /> chính được các nhà khoa học sử dụng bao gồm:<br /> <br /> <br /> Nhóm phương pháp thủy địa hóa;<br /> <br /> <br /> <br /> Nhóm phương pháp đo sâu điện VES;<br /> <br /> <br /> <br /> Nhóm phương pháp mô hình số.<br /> <br /> I.2. Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn NDĐ ở Việt Nam<br /> Xâm nhập mặn NDĐ đã và đang được các nhà khoa học Việt Nam quan tâm, hiện tượng này xảy ra ở các<br /> vùng đồng bằng ven biển và các hải đảo… do tác động của con người và các yếu tố biến đổi tự nhiên của<br /> môi trường gây ra.<br /> Nhận xét:<br /> 1. Việc nghiên cứu nhiễm mặn các tầng nước ngầm của các tác giả trước đây chủ yếu sử dụng phương pháp<br /> lấy mẫu nước trong giếng khoan vể phân tích. Cách làm này có độ chính xác cao, nhưng đòi hỏi kinh phí lớn,<br /> do đó kết quả nghiên cứu nhiễm mặn này thường ở tỷ lệ rất nhỏ.<br /> 2. Việc sử dụng đo sâu điện trong nghiên cứu nhiễm mặn nước ngầm chủ yếu mới ở mức định tính, mang<br /> tính xu thế mà chưa tính ra được giá trị TDS từ kết quả phân tích số liệu đo sâu điện.<br /> 3. Các kết quả nghiên cứu trước đây đã cung cấp bức tranh khái quát về tình trạng nhiễm mặn trong khu vực<br /> nghiên cứu, đây là cơ sở quan trọng cho NCS định hướng công tác nghiên cứu của mình.<br /> 4. Tổ hợp phương pháp địa đo sâu điện - thủy địa hóa nhằm xác định TDS được sử dụng khá phố biến trên<br /> thế giới, tuy nhiên, qui trình này vẫn còn ít được sử dụng ở Việt Nam.<br /> 5. Phương pháp mô hình địa chất thủy văn (MODFLOW) được sử dụng khá phổ biến ở VN. Số liệu đầu vào<br /> TDS cho phần mềm này vẫn chủ yếu sử dụng số liệu từ giếng khoan nên mạng lưới số liệu TDS rất thưa.<br /> Xuất phát từ tình hình thực tế nêu trên, NCS đã định hướng nghiên cứu theo hướng phát triển tổ hợp phương<br /> pháp địa vật lý - thủy địa hóa - mô hình hóa địa chất thủy văn trong nghiên cứu định lượng nhiễm mặn các<br /> tầng chứa nước ngầm.<br /> I.3. Đặc điểm điều kiện tự nhiên<br /> Nghiên cứu đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu nhằm mục đích nghiên cứu điều kiện hình thành tầng<br /> chứa nước và các nhân tố tự nhiên ảnh hưởng đến tài nguyên NDĐ trong các tầng chứa nước. Thành phần<br /> vật chất và cấu trúc của hệ gọi là điều kiện hình thành, các tác động từ ngoài vào gọi là các nhân tố ảnh<br /> hưởng.<br /> Nguồn nước cấp cho các tầng chứa nước đa dạng gồm cấp từ trên mặt có nước mưa, nước mặt (sông, hồ và<br /> nước biển), cấp bên dưới do NDĐ vận động từ miền núi thoát xuống và nước do quá trình trầm tích nén ép<br /> thoát lên. Điều kiện hình thành đóng vai trò chủ đạo là cấu trúc địa chất và thành phần đất đá. Các nhân tố tự<br /> nhiên ảnh hưởng đến tài nguyên nước dưới đất bao gồm các nhân tố như khí hậu, thủy văn, hải văn.<br /> I.3.1. Đặc điểm địa chất<br /> Tổng hợp các tài liệu địa chất, địa mạo, địa vật lý cho đến nay đều ghi nhận ở khu vực nghiên cứu tồn tại hai<br /> hệ thống đứt gãy chính là hệ thống đứt gãy Tây bắc - Đông nam (TB-ĐN) và hệ thống đứt gãy Đông bắc -<br /> <br /> 5<br /> <br />