Luận án Tiến sĩ Địa lý tài nguyên môi trường: Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên, môi trường và kinh tế xã hội đến tài nguyên nước dưới đất vùng Gio Linh, Quảng Trị có xét đến tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng

Chia sẻ: Lê Thị Hồng Nhung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:187

Thêm vào BST

Báo xấu

94
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án với các nội dung nghiên cứu: cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện tự nhiên môi trường và biến đổi khí hậu nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất. Đặc điểm tài nguyên nước dưới đất và ảnh hưởng của các yếu tố địa lý tự nhiên, kinh tế xã hội, môi trường và biến đổi khí hậu nước biển dâng vùng Gio Linh, Quảng Trị. Đánh giá các ảnh hưởng đến nước dưới đất và đề xuất giải pháp sử dụng hợp lý, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất vùng Gio Linh, Quảng Trị. Mời các bạn cùng tham khảo luận án để nắm rõ chi tiết nội dung nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Địa lý tài nguyên môi trường: Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên, môi trường và kinh tế xã hội đến tài nguyên nước dưới đất vùng Gio Linh, Quảng Trị có xét đến tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẦN THÀNH LÊ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, MÔI TRƯỜNG VÀ KINH TẾ XÃ HỘI ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG GIO LINH, QUẢNG TRỊ CÓ XÉT ĐẾN TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẦN THÀNH LÊ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, MÔI TRƯỜNG VÀ KINH TẾ XÃ HỘI ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG GIO LINH, QUẢNG TRỊ CÓ XÉT ĐẾN TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG Chuyên ngành: Địa lý tài nguyên môi trường Mã số: 9.44.02.20 LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. Phạm Quý Nhân 2. PGS.TS. Đặng Xuân Phong Hà Nội - 2018
ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu độc lập của tôi dưới sự hướng dẫn của các nhà khoa học có uy tín, nội dung luận án không trùng lặp với các công trình khoa học khác trước đây. Nếu có gì sai phạm, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật Nhà nước. Tác giả luận án Trần Thành Lê
iii LỜI CẢM ƠN Luận án được hoàn thành tại Khoa Địa lý- Học viện Khoa học và Công nghệ- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong sự cố gắng nỗ lực của Nghiên cứu sinh dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Phạm Quý Nhân (Trường đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội) và PGS.TS. Đặng Xuân Phong (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam). Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại Khoa Địa lý, NCS luôn được sự động viên giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong Khoa Địa lý- Học viện KHCN, Ban chủ nhiệm đề tài hợp tác Việt- Bỉ, Khoa Tài nguyên nước- Trường đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia và các bạn đồng nghiệp. Qua đây, nghiên cứu sinh bày tỏ lòng biết ơn đến Khoa Địa lý (Học viện Khoa học và Công nghệ), Khoa Tài nguyên nước (Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội), Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia (Bộ Tài nguyên và Môi trường), Quỹ Nafosted, Quỹ FWO (Vương quốc Bỉ), Đề tài KHCN cấp Bộ Tài nguyên và Môi trường Mã số TNMT2016.02.20” và Học viện Khoa học và Công nghệ (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam). Đặc biệt, nghiên cứu sinh bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến sự giúp đỡ tận tình và quý báu của thầy giáo PGS.TS Phạm Quý Nhân, PGS.TS Đặng Xuân Phong, TS. Vũ Thanh Tâm, PGS.TS Lại Vĩnh Cẩm, TS Đào Đình Châm đã tạo điều kiện giúp đỡ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình hoàn thành luận án. Xin gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp, anh chị đã giúp đỡ nghiên cứu sinh trong quá trình làm luận án: ThS. Đỗ Dương Quảng, ThS. Nguyễn Thế Chuyên, ThS. Trần Vũ Long, ThS. Phạm Hoàng Anh, TS. Tạ Thị Thoảng, NCS. Ine Beyen, GS.TS. Okke Batelaan và nnk.
iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................................................. ii LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................................... iii MỤC LỤC ............................................................................................................................................. iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................................................... ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................................................xii MỞ ĐẦU ................................................................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết luận án ...................................................................................1 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................2 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ...............................................................................2 2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu ...............................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................3 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ......................................................................4 4.1 Ý nghĩa khoa học .....................................................................................4 4.2 Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................4 5. Các luận điểm bảo vệ ....................................................................................4 6. Điểm mới của luận án ...................................................................................4 7. Cơ sở tài liệu, số liệu nghiên cứu của Luận án ...........................................4 7.1. Tài liệu tham khảo, cập nhật có nội dung liên quan đến luận án ............4 7.2. Các đề tài nghiên cứu, công trình khoa học NCS tham gia thực hiện có liên quan đến luận án...................................................................................................5 7.3. Tài liệu, số liệu do luận án bổ sung, tính toán trực tiếp ..........................5 8. Cấu trúc luận án ............................................................................................6 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN MÔI TRƯỜNG BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT......................................................................... 7 1.1 Tổng quan các công trình nghiên cứu ảnh hưởng tự nhiên, môi trường BĐKH và NBD đến nước dưới đất. .........................................................................7 1.1.1. Trên thế giới .........................................................................................7
v 1.1.2. Trong nước .........................................................................................12 1.2 Cơ sở lý luận ..............................................................................................15 1.2.1 Các vấn đề khoa học cần giải quyết trong bài toán đánh giá ảnh hưởng điều kiện tự nhiên, môi trường, KTXH và BĐKH-NBD đến tài nguyên nước dưới đất. .............................................................................................................................15 1.2.2 Tổ hợp các công cụ và kỹ thuật được sử dụng để giải quyết bài toán đánh giá ảnh hưởng điều kiện tự nhiên, môi trường, KTXH và BĐKH-NBD đến tài nguyên nước dưới đất. ...............................................................................................17 1.3 Quan điểm, phương pháp và các bước nghiên cứu ................................27 1.3.1 Quan điểm nghiên cứu ........................................................................27 1.3.2 Các phương pháp nghiên cứu .............................................................30 1.3.3 Các bước nghiên cứu ..........................................................................31 CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KTXH, MÔI TRƯỜNG, BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG VÙNG GIO LINH, QUẢNG TRỊ............................................................33 2.1 Đặc điểm tài nguyên nước dưới đất. ........................................................33 2.1.1 TCN lỗ hổng trầm tích gió biển Holocen trên (qh2) ...........................33 2.1.2. TCN lỗ hổng trầm tích sông biển Holocen dưới- giữa (qh1). ............34 2.1.3. TCN lỗ hổng trầm tích sông biển Pleistocen giữa - trên (qp) ............34 2.1.4. Lớp cách nước Pleistocen giữa trên ...................................................37 2.1.5. TCN lỗ hổng trầm tích hỗn hợp Pleistocen dưới - giữa (qp). ............37 2.1.6. Phức hệ chứa nước khe nứt hệ tầng Đồng Hới (Nđh). ......................37 2.1.7. Phức hệ chứa nước trầm tích Ocdovic trên - Silua dưới ....................37 2.1.8 Tính toán tài nguyên nước dưới đất vùng nghiên cứu. .......................38 2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố địa lý tự nhiên tới tài nguyên nước dưới đất ...................................................................................................................................42 2.2.1 Địa chất ...............................................................................................42 2.2.2 Vị trí địa lý ..........................................................................................47 2.2.3 Địa mạo ...............................................................................................48 2.2.4 Khí hậu ................................................................................................50
vi 2.2.5 Thủy văn .............................................................................................52 2.2.6 Thảm phủ thực vật ..............................................................................55 2.2.7 Đặc điểm thổ nhưỡng ..........................................................................56 2.3 Ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường ..............................................59 2.3.1 Diễn biến mực nước các tầng chứa nước Đệ tứ trong vùng ...............59 2.3.2 Diễn biến xâm nhập mặn ....................................................................60 2.4 Ảnh hưởng của các yếu tố kinh tế- xã hội ...............................................64 2.4.1 Dân số .................................................................................................64 2.4.2 Các hoạt động kinh tế .........................................................................65 2.4.3 Hiện trạng sử dụng đất ........................................................................68 2.4.4 Hiện trạng khai thác sử dụng nước dưới đất. ......................................71 CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ CÁC ẢNH HƯỞNG ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬ DỤNG HỢP LÝ, BẢO VỆ TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG GIO LINH, QUẢNG TRỊ. .................................................................................................................75 3.1 Mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng của BĐKH- NBD ............................75 3.1.1 Tạo chuỗi dữ liệu mưa vùng Gio Linh bằng phương pháp chi tiết hóa thống kê. ....................................................................................................................75 3.1.2 Mô phỏng xác định lượng bổ cập bằng mô hình số thủy văn Wetspass theo các kịch bản BĐKH-NBD. ................................................................................86 3.2 Đánh giá lượng bổ cập. .............................................................................93 3.2.1 Xác định hệ số thấm bề mặt và đới thông khí bằng thí nghiệm đổ nước hố đào ........................................................................................................................93 3.2.2. Xác định quan hệ thủy lực nước mặt với nước dưới đất bằng thí nghiệm thấm Seepage. ..............................................................................................95 3.2.3. Xác định quan hệ nước mưa với nước dưới đất bằng phương pháp cân bằng Clo ..............................................................................................................96 3.2.4. Xác định con đường bổ cập và hướng di chuyển nước dưới đất bằng mô hình số 3D .........................................................................................................101 3.3 Mô phỏng và dự báo sự biến đổi mực nước, xâm nhập mặn theo các kịch bản BĐKH- NBD. .........................................................................................106
vii 3.3.1. Xây dựng đầu vào mô hình ..............................................................106 3.3.2. Kết quả mô hình dòng chảy và mô hình dịch chuyển biên mặn nước dưới đất....................................................................................................................111 3.3.3. Kết quả hiệu chỉnh bài toán ổn định ................................................113 3.3.4 Kết quả dự báo dự báo mực nước và sự dịch chuyển biên mặn nước dưới đất ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu ......................................................115 3.4 Đề xuất các giải pháp sử dụng hợp lý, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất. .................................................................................................................................117 3.4.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn cho đề xuất ..........................................117 3.4.2 Định hướng không gian sử dụng hợp lý, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất. ...........................................................................................................................118 3.4.3. Định hướng các giải pháp sử dụng hợp lý, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất....................................................................................................................131 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................................137 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ............................................ a CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................... b PHỤ LỤC........................................................................................................................................... - 1 -
viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa đầy đủ BĐKH Biến đổi khí hậu BĐKH-NBD Biến đổi khí hậu- nước biển dâng BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường CMB Cân bằng Clo ĐC Địa chất ĐCTV Địa chất thủy văn DEM Bản đồ số độ cao ĐKTN Điều kiện tự nhiê KHXH Kinh tế xã hội KTSD Khai thác sử dụng KTTV Khí tượng thủy văn LCN Lớp cách nước M Modul dòng ngầm NBD Nước biển dâng NCS Nghiên cứu sinh NDĐ Nước dưới đất PTBV Phát triển bền vững QCVNXD Quy chuẩn xây dựng Việt Nam qh Holocen QL1A Quốc lộ 1A qp Pleistocen QT Quảng Trị SD Phương pháp chi tiết hóa thống kê TCN Tầng chứa nước TCN qh Tầng chứa nước Holocen TCN qp Tầng chứa nước Pleistocen TDS Độ tổng khoáng hóa TNN Tài nguyên nước TNTN Tài nguyên thiên nhiên VBqh Lỗ khoan Việt-Bỉ tầng chứa nước Holocen VBqp Lỗ khoan Việt-Bỉ tầng chứa nước Pleistocen XNM Xâm nhập mặn XTCĐ Xáo trộn chỉ định XTMĐ Xáo trộn mặc định XTTH Xáo trộn tổng hợp
ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Cấu trúc và các quá trình thủy văn được mô phỏng trong mỗi ô vuông tính toán của mô hình WetSpasss ..............................................................................................................................20 Hình 1.2. Sơ đồ khối mô tả tiến trình xây dựng xây dựng mô hình khối 3D địa tầng ĐCTV ..27 Hình 1.3. Sơ đồ quy trình các bước nghiên cứu...............................................................................32 Hình 2.1. Bản đồ tài nguyên nước dưới đất và mặt cắt ĐCTV vùng nghiên cứu.......................41 Hình 2.2. Cấu trúc mặt cắt trầm tích Đệ tứ vùng biển Vĩnh Linh (Băng địa chấn nông T93-36 vuông góc với bờ), La Thế Phúc (2002) [64]...................................................................................42 Hình 2.3. Trầm tích sông cấu tạo thềm bậc 1 thống Pleistocen phân bố dọc phần trên cùng đồng bằng giáp núi. ..............................................................................................................................44 Hình 2.4. Thành phần chủ yếu cuội sạn sỏi, dày từ 3-10m, phần đáy là đá gốc tuổi O3-S1.......44 Hình 2.5. Bản đồ và mặt cắt địa chất vùng Gio Linh [5] ................................................................46 Hình 2.6. Sơ đồ vị trí vùng đồng bằng Gio Linh, Quảng Trị .........................................................48 Hình 2.7 Đồ thị tương quan giữa độ cao địa hình với mực nước ngầm tầng qh đồng bằng Bắc bộ và Bắc Trung bộ năm 1994 đến nay ............................................................................................49 Hình 2.8 Đồ thị tương quan giữa độ cao địa hình với mực nước ngầm tầng qp đồng bằng Bắc bộ và Bắc Trung bộ năm 1994 đến nay ............................................................................................50 Hình 2.9. Đồ thị lượng mưa trung bình trạm Đông Hà từ năm 2010 đến 2017.[7],[68] ...........51 Hình 2.10. Đồ thị đặc trưng quan hệ nước mưa - bốc hơi vùng Gio Linh- QT [7] ....................52 Hình 2.11. Dao động mực nước sông Thạch Hãn tại trạm Cửa Việt với mực nước quan trắc TCN qh tại giếng VBqh thời kỳ 2012-2016 [63] ............................................................................53 Hình 2.12. Bản đồ đất khu vực Gio Linh- Quảng Trị [69].............................................................58 Hình 2.13. Đồ thị quan hệ nước dưới đất TCN Holocen với lượng mưa ....................................59 Hình 2.14. Đồ thị quan hệ nước dưới đất TCN Pleistocen với lượng mưa .................................60 Hình 2.15. Biểu đồ đo TDS sông Thạch Hãn theo chiều rộng và sâu ..........................................61 Hình 2.16. Biểu đồ đo TDS sông Bến Hải theo chiều rộng và sâu ...............................................61 Hình 2.17. Sơ đồ hiện trạng XNM tại hệ thống sông Bến Hải, Thạch Hãn đo tháng 8/2016 theo độ sâu. ............................................................................................................................................62 Hình 2.18. Sơ đồ phân bố XNM TCN qh theo tài liệu ĐVL và khảo sát thực tế Gio Linh[63] .................................................................................................................................................................63
x Hình 2.19. Cơ cấu kinh tế năm 2016 và năm 2017. [68]................................................................65 Hình 2.20. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất khu vực Gio Linh, Quảng Trị [69]............................70 Hình 3.1. So sánh lượng mưa (tính bằng mm) ngày lớn nhất, lượng mưa trung bình tháng và độ lệch chuẩn của chuỗi dữ liệu quan trắc, chuỗi dữ liệu tính theo 2 phương án XTMĐ và XTCĐ cho giai đoạn cơ sở 1961 - 2000 ...........................................................................................78 Hình 3.2. So sánh độ dài trung bình (tính bằng ngày) của một đợt mưa trong tháng và độ lệch chuẩn của đợt mưa của chuỗi dữ liệu quan trắc, chuỗi dữ liệu tính theo 2 phương án XTMĐ và XTCĐ cho giai đoạn cơ sở 1961 - 2000 ...........................................................................................79 Hình 3.3. So sánh độ dài trung bình (ngày) của một thời kỳ không mưa trong tháng và độ lệch chuẩn của thời kỳ không mưa của chuỗi dữ liệu quan trắc, chuỗi dữ liệu tính theo 2 phương án XTMĐ và XTCĐ cho giai đoạn cơ sở 1961 - 2000 .......................................................................79 Hình 3.4. Lượng mưa trung bình tháng (mm/tháng) theo kịch bản RCP4.5 trong các giai đoạn của thế kỷ 21 .........................................................................................................................................82 Hình 3.5. Lượng mưa trung bình tháng (mm/tháng) theo kịch bản RCP6.0 trong các giai đoạn của thế kỷ 21 .........................................................................................................................................82 Hình 3.6. Lượng mưa trung bình tháng (mm/tháng) theo kịch bản RCP8.5 trong các giai đoạn của thế kỷ 21 .........................................................................................................................................83 Hình 3.7. Độ dài trung bình một đợt mưa trong tháng (ngày) theo kịch bản RCP8.5 trong các giai đoạn của thế kỷ 21 ........................................................................................................................83 Hình 3.8. So sánh lưu lượng dòng chảy sông quan trắc với kết quả tính toán được tại vị trí trạm thủy văn Gia Vòng sau khi đã hiệu chỉnh mô hình WetSpass Tháng/Ngày/Năm .....................87 Hình 3.9. Sơ đồ lượng bổ cập nước dưới đất tính trung bình theo ngày tính cho mùa khô tháng I – VII năm 1981 (hình phải) và diện tích phân bổ lượng bổ cập đến từng tầng chứa nước (hình phải) ........................................................................................................................................................87 Hình 3.10. So sánh lượng mưa trung bình tháng (hình trái), độ dài trung bình một thời kỳ mưa (hình giữa) và độ dài trung bình một thời kỳ không mưa (hình phải) của giai đoạn 1981 – 2010 với 3 kịch bản BĐKH của giai đoạn 2011 – 2035 ..........................................................................91 Hình 3.11. Đồ thị suy giảm mực nước TCN qp tại giếng G11 Nhà máy nước Gio Linh .........92 Hình 3.12. Biểu đồ quan hệ lượng bổ cập với lượng khai thác các TCN ....................................93 Hình 3.13. Sơ đồ vị trí bãi thí nghiệm................................................................................................96
xi Hình 3.14. Sự biến đổi hàm lượng Clo trong nước khu vực Gio Linh, Quảng Trị ....................97 Hình 3.15. Sơ đồ vị trí lấy mẫu phân tích hàm lượng Clo TCN qh khu vực Gio Linh..............98 Hình 3.16. Lượng mưa trung bình các tháng trong năm tại trạm Đông Hà.................................99 Hình 3.17. Mối quan hệ nước mưa với NDĐ TCN Holocen năm 2012- 2016........................101 Hình 3.18 Kết quả phân tích nhóm đối với các khoảng chiều sâu khoan của các lỗ khoan được lựa chọn................................................................................................................................................103 Hinh 3.19. Mặt cắt khối 3D địa tầng ĐCTV toàn vùng nghiên cứu ...........................................103 Hình 3.20. Mực nước TCN Pleistocen (qp)- Holocen (qh) với mưa..........................................105 Hình 3.21. Độ dẫn điện TCN Pleistocen (qp) và Holocen (qh)...................................................105 Hình 3.22. Mặt cắt khối 3D địa tầng ĐCTV vùng nghiên cứu....................................................106 Hình 3.23. Mô hình số địa hình DEM độ phân giải 50m được xây dựng cho diện tích nghiên cứu và các vùng phụ cận ...................................................................................................................107 Hình 3.24. Phân vùng hệ số thấm tầng chứa nước qh trên mô hình ...........................................108 Hình 3.25. Phân vùng hệ số thấm tầng chứa nước qp trên mô hình ...........................................108 Hình 3.26. Sơ đồ lượng bổ cập nước dưới đất từng TCN khu vực Gio Linh............................108 Hình 3.27. Các loại biên trong lớp 1 qh...........................................................................................109 Hình 3.28. Các loại biên trong lớp 2,3qp ........................................................................................109 Hình 3.29. Lưới sai phân của mô hình đặt trên ảnh vệ tinh..........................................................110 Hình 3.30. So sánh kết quả chỉnh lý mô hình hiện trạng với tài liệu quan trắc..........................112 Hình 3.31. So sánh mực nước trên mô hình và mực nước tại các công trình quan trắc VBqh và VBqp. ...................................................................................................................................................112 Hình 3.32 Mực nước TCN qh năm 2016 .......................................................................................114 Hình 3.33 Mực nước TCN qp năm 2016 .......................................................................................114 Hình 3.34 Xâm nhập mặn TCN qh năm 2016...............................................................................114 Hình 3.35. Kết quả xác định tổn thương tầng chứa nước dựa vào chỉ số GOD........................121 Hình 3.36: Bản đồ khoanh vùng dễ bị tổn thương nước dưới đất vùng Gio Linh, Quảng Trị123 Hình 3.37. Bản đồ phân vùng khai thác bền vững nước dưới đất khu vực nghiên cứu ...........130
xii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Một số đặc trưng của tầng chứa nước Pleistocen...........................................................34 Bảng 2.2. Kết quả hút nước thí nghiệm một số công trình trong khu vực nghiên cứu .....35 Bảng 2.3. Kết quả hút nước thí nghiệm các giếng trong phức hệ chứa nước O3-S1 lđ ...............38 Bảng 2.4. Kết quả tính toán trữ lượng khai thác tiềm năng NDĐ khu vực..................................40 Bảng 2.5. Đặc trưng mưa, bốc hơi và mưa -bốc hơi vùng Gio Linh thời kỳ 1974-2017.........51 Bảng 2.6. Một số đặc trưng dòng chảy năm các lưu vực sông vùng Gio Linh ...........................53 Bảng 2.7 Đặc trưng tổng hợp chiều sâu mực nước tầng qh năm 2012-2016 ..............................59 Bảng 2.8. Nhu cầu cấp nước cho sinh hoạt theo QCXDVN 01:2008/BXD...............................64 Bảng 2.9. Cơ cấu kinh tế ngành qua các năm ..................................................................................65 Bảng 2.10. Sản phẩm chủ yếu của ngành công nghiệp trên địa bàn.............................................67 Bảng 2.11. Tình hình khai thác nước dưới đất huyện Gio Linh ....................................................71 Bảng 3.1. Các đại lượng mưa cực trị theo các kịch bản BĐKH trong giai đoạn 2046 - 2065 tính theo phương án XTCĐ ................................................................................................................80 Bảng 3.2. Các đại lượng mưa cực trị theo các kịch bản BĐKH trong giai đoạn 2080 - 2099 tính theo phương án XTCĐ ................................................................................................................81 Bảng 3.3. Lượng mưa trung bình tháng (mm/tháng) ở vùng Gio Linh theo các kịch bản và giai đoạn ........................................................................................................................................................83 Bảng 3.4. Độ dài trung bình một đợt mưa trong tháng ở vùng Gio Linh theo các kịch bản BĐKH và giai đoạn..............................................................................................................................84 Bảng 3.5 Lượng bổ cập trung bình ngày (m3/ng) theo các giai đoạn và kịch bản BĐKH88 Bảng 3.6. Các thông tin cơ bản của vị trí thí nghiệm trong khu vực.............................................94 Bảng 3.7. Kết quả tính toán hệ số thấm khu vực .............................................................................94 Bảng 3.8. Hàm lượng Clo trong nước mưa khu vực Gio Linh theo mùa trong các năm 2012- 2014, mg/L ............................................................................................................................................97 Bảng 3.9. Hàm lượng Clo trong các lỗ khoan của TCN Holocen ................................................98 Bảng 3.10. Lượng mưa trung bình theo mùa trạm Đông Hà các năm 2011- 2014....................99 Bảng 3.11. Kết quả tính toán giá trị bổ cập TCN Holocen bằng phương pháp cân bằng Clo 100 Bảng 3.12. Biến động mực nước TCN Holocen và Pleistocen theo các kịch bản ...................115
xiii Bảng 3.13 Diện tích nước mặn tầng chứa nước Holocen từng năm và từng giai đoạn theo các kịch bản phát thải ................................................................................................................................116 Bảng 3.14. Xác định các giá trị trọng số theo GOD được phân theo vùng................................121 Bảng 3.15. Kết quả phân vùng bảo vệ nước dưới đất vùng nghiên cứu ....................................121 Bảng 3.16 Tổ hợp các tiêu chí khoanh định các vùng khai thác NDĐ phục vụ ăn uống sinh hoạt .......................................................................................................................................................126 Bảng 3.17. Kết quả phân vùng khai thác bền vững NDĐ vùng đồng bằngG io Linh, Quảng Trị ...............................................................................................................................................................128
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết luận án Tài nguyên nước dưới đất chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố tự nhiên và kinh tế xã hội: mở rộng vùng sản xuất nông nghiệp, chặt phá rừng, phát triển kinh tế xã hội, ô nhiễm môi trường, thiên tai và biến đổi khí hậu ngăn cản sự di chuyển ảnh hưởng tới quá trình thấm, chất lượng của nước dưới đất [1]. Trong bối cảnh hiện nay, các yếu tố kể trên bị thay đổi nhanh chóng, kết hợp với những tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu và nước biển dâng, ảnh hưởng trực tiếp đến tài nguyên nước dưới đất và ảnh hưởng gián tiếp tới các đối tượng sử dụng nước [2]. Dải đồng bằng ven biển Việt Nam trải dọc 3.260 km đường bờ biển, là khu vực chịu tổn thương do thiên tai và BĐKH: tăng diện tích ngập lụt, khó khăn cho thoát nước, tăng xói lở bờ biển, nhiễm mặn nguồn nước,....[3]. Thực tế tại dải ven biển Miền Trung, trữ lượng nước ngọt có thể khai thác từ các tầng nông bị suy giảm, ảnh hưởng đến sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, giao thông, xây dựng, các đô thị và khu vực dân cư ven biển [4]. Về mặt khoa học và thực tiễn, nghiên cứu đánh giá sự suy giảm và khả năng đáp ứng của các TCN này đối với nhu cầu cấp nước theo các kịch bản BĐKH - NBD sẽ giúp các cơ quan hoạch định chính sách lập các quy hoạch phân bổ sử dụng nguồn nước hợp lý và tìm kiếm các phương án, nguồn nước thay thế [5]. Đồng bằng Gio Linh (tỉnh Quảng Trị) thuộc dải ven biển miền Trung, có chiều dài đường bờ biển là 15,5 km từ thị trấn Cửa Việt đến xã Trung Giang. Có ranh giới tự nhiên phía Bắc là sông Bến Hải, phía Nam là sông Thạch Hãn, sông Hiếu, phía Đông là biển Đông và phía Tây là đồi núi bazan. Đây là vùng đồng bằng trước núi ven biển, chịu ảnh hưởng các chế độ thủy văn của các con sông lớn Thạch Hãn, Bến Hải trong khu vực và chế độ hải văn của biển Đông [6]. Đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, thời kỳ thiếu hụt nước từ tháng 1 đến tháng 7, thời kỳ dư thừa nước từ tháng 8 đến tháng 12 [7]. Sử dụng nước rất khác nhau giữa các ngành sản xuất đặc thù: ngành nông nghiệp sử dụng 100% nguồn nước mặt; trong khi đó, ngành công nghiệp sử dụng 11% nước mặt và 89% nước ngầm, sinh hoạt sử dụng 100% nước ngầm [8]. Với 2 tầng chứa nước (TCN) chính là Pleistocen (qp) và Holocen (qh) hiện được khai thác phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất. Tuy nhiên, tài nguyên nước dưới đất suy giảm trong giai đoạn gần đây. Thiếu hụt nước và xâm
2 nhập mặn gia tăng vào mùa khô năm 2012-2013 do biến động lượng mưa ảnh hưởng đến việc tích nước tại các hồ chứa lớn trên địa bàn (Sở TNMT tỉnh Quảng Trị, 2014). Xác định được căn cứ khoa học cho đề xuất các giải pháp sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên nước dưới đất có ý nghĩa quan trọng trong tiến trình phát triển bền vững của khu vực. Tại vùng đồng bằng Gio Linh, để giải quyết được bài toán về sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên NDĐ, cần thực hiện nghiên cứu, đánh giá tổng hợp về yếu tố ảnh hưởng, tính toán lượng bổ cập, xâm nhập mặn, dự tính các tác động tiềm tàng theo các kịch bản của BĐKH-NBD. Do đó, đề tài luận án tiến sỹ "Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên, môi trường và kinh tế xã hội đến tài nguyên nước dưới đất vùng Gio Linh, Quảng Trị có xét đến tác động của BĐKH-NBD" đã được lựa chọn nghiên cứu và hoàn thành 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 2.1. Mục tiêu nghiên cứu Xác lập được các luận cứ khoa học và thực tiễn trong đề xuất các biện pháp sử dụng hợp lý, bảo vệ tài nguyên NDĐ trên cơ sở phân tích, đánh giá và dự tính tác động của các yếu tố địa lý tự nhiên, KTXH, môi trường, BĐKH và NBD tại vùng Gio Linh, Quảng Trị. 2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu Để thực hiện mục tiêu đề ra, các nhiệm vụ nghiên cứu sau đây cần hoàn thành: - Tổng quan và xây dựng cơ sở lý luận về phân tích, đánh giá và dự tính ảnh hưởng của các điều kiện địa lý, môi trường, BĐKH và NBD đến tài nguyên NDĐ tại vùng đồng bằng ven biển. - Nghiên cứu đặc điểm tài nguyên NDĐ vùng Gio Linh, Quảng Trị. - Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố địa lý tự nhiên, KTXH, môi trường, BĐKH và NBD đến tài nguyên NDĐ. - Mô phỏng và dự báo lượng bổ cập cho NDĐ theo các kịch bản BĐKH- NBD bằng mô hình số thủy văn. - Xác định lượng bổ cập của nước mưa, nước sông, hồ cho các TCN.
3 - Xác định mối quan hệ thủy lực giữa TCN Pleistocen và TCN Holocen, giữa nước mưa, nước mặt với NDĐ. - Sử dụng mô hình số NDĐ đánh giá định lượng và mô phỏng biến động mực nước và chất lượng NDĐ theo các kịch bản ĐBKH và NBD - Đề xuất các giải pháp sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên NDĐ vùng Gio Linh phù hợp với những biến động về tự nhiên, KTXH, môi trường trong bối cảnh BĐKH và NBD hiện nay. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: nước dưới đất trong 2 TCN Holocen và Pleistocen. - Phạm vi nghiên cứu: khu vực được lựa chọn nghiên cứu là vùng đồng bằng ven biển Gio Linh, tỉnh Quảng Trị có diện tích khoảng 204 km2, dân số 73.588 người, mật độ dân số 160 người/km2, các lĩnh vực kinh tế chủ yếu là nông nghiệp, du lịch, dịch vụ và sản xuất công nghiệp. Phía bắc là sông Bến Hải, phía Nam là sông Thạch Hãn, sông Hiếu, phía Đông là biển Đông và phía Tây là đồi núi, khối bazan Vĩnh linh- Gio Linh. - Phạm vi khoa học: trong phạm vi của luận án, những vấn đề khoa học sau được giới hạn nghiên cứu, bao gồm: + Tập trung nghiên cứu tầng chứa nước đệ Tứ (Holocen và Pleistocen). + Diễn biến các yếu tố khí hậu trong quá khứ được đánh giá bằng chuỗi số liệu 42 năm (1974-2016) của 3 ba trạm khí tượng (Đông Hà, Khe Sanh và A Lưới). Số liệu quan trắc mực nước dưới đất tại công trình VB_qp, VB-qh từ năm 2012 đến 2016, mực nước sông Thạch Hãn từ năm 2012-2016. Đánh giá và dự tính tác động tiềm tàng trên cơ sở sử dụng kịch bản BĐKH và NBD năm 2016 cho Việt Nam do Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố. + Biến động tài nguyên NDĐ vùng Gio Linh được đánh giá, mô phỏng thông qua 3 đại lượng: lượng bổ cập, biến động mực nước và chất lượng nước. + Sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên NDĐ vùng Gio Linh được đề xuất với các không gian định hướng lồng ghép giải pháp sử dụng, giải pháp bảo vệ và giải pháp thích ứng BĐKH và NBD.
4 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4.1 Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của luận án đã bổ sung những luận chứng về mối quan hệ giữa các TCN, các thành phần tham gia vào hình thành trữ lượng nước dưới đất và tác động tổng hợp của các yếu tố tự nhiên, KTXH, môi trường đến NDĐ tại vùng đồng bằng ven biển Gio Linh, Quảng Trị trong bối cảnh BĐKH và NBD 4.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của luận án cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà quản lý hoạch định chính sách phát triển về việc quy hoạch, quản lý, khai thác và sử dụng TNN tại vùng đồng bằng ven biển Gio Linh, Quảng Trị. 5. Các luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Tài nguyên nước dưới đất trong các TCN đệ Tứ vùng Gio Linh, tỉnh Quảng Trị có trữ lượng hạn chế, dễ bị tổn thương. Luận điểm 2: Lượng bổ cập NDĐ đóng vai trò quan trọng trong hình thành trữ lượng các TCN Đệ tứ tại vùng Gio Linh, Quảng Trị. Trong bối cảnh các TCN này dễ bị tổn thương do tác động của các yếu tố xâm nhập mặn, cạn kiệt, BĐKH và NBD, việc duy trì và phát triển lượng bổ cập là các giải pháp chủ yếu trong định hướng sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên NDĐ. 6. Điểm mới của luận án Sử dụng tổ hợp các phương pháp (thực nghiệm, chi tiết hóa thống kê, mô hình số, …) để đánh giá lượng bổ cập tự nhiên đến các TCN Đệ tứ ven biển Gio Linh, Quảng Trị. Chứng minh được sự biến động ranh giới mặn nhạt TCN Holocen trong vùng nghiên cứu vẫn đang tiếp diễn do tác động BĐKH và NBD. 7. Cơ sở tài liệu, số liệu nghiên cứu của Luận án 7.1. Tài liệu tham khảo, cập nhật có nội dung liên quan đến luận án - Các báo cáo tìm kiếm thăm dò NDĐ, thi công bãi giếng Gio Linh, bản đồ địa chất, ĐCTV vùng Gio Linh, Đông Hà, Hồ Xá, Cam Lộ từ năm 1978 đến nay. Gồm có: 3 Báo cáo tìm kiếm nước dưới đất; 2 báo cáo nghiên cứu tài nguyên nước dưới đất; 4 báo cáo thăm dò nước dưới đất; 2 báo cáo kết quả thi công công trình
5 khai thác nước dưới đất; 2 Báo cáo lập bản đồ địa chất; 1 báo cáo lập bản đồ ĐCTV; 1 báo cáo về Dioxin; 1 báo cáo quy hoạch sử dụng nước. - Kịch bản BĐKH-NBD cho Việt Nam năm 2016 cho Việt Nam năm 2016 của Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố. - Chuỗi số liệu khí tượng tại các trạm: Đông Hà, Khe Sanh, Huế và A Lưới từ năm 1974 đến 2017; Chuỗi số liệu thủy văn tại các trạm: Cửa Việt, Gia Vòng và Thạch Hãn từ năm 1976 đến 2017; Số liệu trạm hải văn Cồn cỏ từ năm 1981 đến 2017. - Niên giám thống kê tỉnh Quảng Trị 2012 và 2017; Báo cáo kinh tế xã hội huyện Gio Linh năm 2017. 7.2. Các đề tài nghiên cứu, công trình khoa học NCS tham gia thực hiện có liên quan đến luận án - Đề tài: “Nghiên cứu xây dựng bộ công cụ đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất và khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng nước cho người dân ở các vùng ven biển Việt Nam”. Đề tài NCKH cơ bản do Quỹ Nafosted và FWO tài trợ, mã số FWO.2011.38 (Vũ Thanh Tâm chủ trì). - Đề tài: “Ứng dụng kỹ thuật đồng vị trong điều tra đánh giá tài nguyên nước, áp dụng vùng Gio Linh, Quảng Trị”. Đề tài cấp Bộ Tài nguyên và Môi trường (2016-2018) (Trần Thành Lê chủ trì). 7.3. Tài liệu, số liệu do luận án bổ sung, tính toán trực tiếp Luận án tiến hành trực tiếp các công việc thí nghiệm hiện trường, quan trắc, phân tích từ đó có kết quả tin cậy sử dụng cho việc định lượng các ảnh hưởng đến NDĐ và đề xuất xây dựng bản đồ phân vùng khai thác bền vững nước dưới đất khu vực tỷ lệ 1:50.000. Từ đó, đưa ra được định hướng các giải pháp khai thác sử dụng hợp lý, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất khu vực. Bảng các số liệu do nghiên cứu sinh thực hiện: TT Các nội dung thực hiện Đơn vị Số lượng 1 Khoan địa chất thủy văn Lỗ khoan 2 2 Quan trắc mực nước Năm 4 3 Phân tích mẫu Clo Mẫu 30 4 Đổ nước hố đào Điểm 6
6 5 Thí nghiệm thấm seagage Điểm 28 6 Hút nước thí nghiệm Điểm 2 7 Đo địa vật lý (đo sâu điện) Tuyến/điểm 3/116 đo 8. Cấu trúc luận án Luận án được trình bày trong 139 trang. Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận án gồm 3 chương: Chương 1. Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện tự nhiên môi trường và BĐKH-NBD đến tài nguyên nước dưới đất. Chương 2. Đặc điểm tài nguyên nước dưới đất và ảnh hưởng của các yếu tố địa lý tự nhiên, KTXH, môi trường và BĐKH- NBD vùng Gio Linh, Quảng Trị. Chương 3. Đánh giá các ảnh hưởng đến nước dưới đất và đề xuất giải pháp sử dụng hợp lý, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất vùng Gio Linh, Quảng Trị.