Điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội vùng nghiên cứu
Điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu
Vùng nghiên cứu của đề tài nằm ở dải ven biển thuộc tỉnh Nam Định, bao gồm các huyện Giao Thuỷ, Hải Hậu, cùng một phần của Nghĩa Hưng, Xuân Trường và Trực Ninh, với tổng diện tích hơn 700 km² và 72 km bờ biển Phía Đông và Nam giáp biển Đông, Đông Bắc giáp tỉnh Thái Bình, Tây Bắc giáp các huyện còn lại, và phía Tây giáp tỉnh Ninh Bình Địa hình chủ yếu là đồng bằng thấp trũng, khá bằng phẳng với độ cao từ 0,5 đến 1,5m, được hình thành từ trầm tích có tuổi Q2tb, trong khi một số khu vực có tuổi Q1 2hh Với địa hình thấp, vùng này thường xuyên ngập nước, nhiều nơi lầy lội và ít được canh tác.
Hình 1: Vị trí vùng nghiên cứu Đặc điểm khí hậu
Vùng ven biển Nam Định, giống như các khu vực khác ở đồng bằng Bắc Bộ, có khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm Nhiệt độ trung bình hàng năm dao động từ 23-24°C, trong đó tháng lạnh nhất là tháng 12 và tháng 1 với nhiệt độ trung bình khoảng 16-17°C, trong khi tháng 7 là tháng nóng nhất với nhiệt độ trung bình khoảng 29°C.
Lượng mưa trung bình hàng năm dao động từ 1.750-1.800mm, chia thành hai mùa rõ rệt Mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10, trong đó lượng mưa chiếm hơn 70% tổng lượng mưa cả năm, với lượng mưa lớn hơn đáng kể so với lượng bốc hơi Ngược lại, mùa khô hay mùa ít mưa diễn ra từ tháng 11 đến tháng.
Hai năm sau, trong giai đoạn này, lượng bốc hơi đôi khi vượt quá lượng mưa Ngoài ra, do vị trí nằm trong vùng vịnh Bắc Bộ, khu vực nghiên cứu hàng năm thường chịu ảnh hưởng từ 4-6 cơn bão hoặc áp thấp nhiệt đới Điều này tạo nên những đặc điểm thuỷ văn đặc trưng cho vùng.
Vùng nghiên cứu nằm ở ven biển Đông Nam châu thổ sông Hồng, có khí hậu gió mùa ẩm và nguồn nước phong phú nhưng biến đổi theo mùa và ảnh hưởng bởi thủy triều Sự can thiệp của con người thông qua việc đắp đê đã giúp khai thác tài nguyên tự nhiên từ sự giao thoa giữa nguồn nước mưa tại chỗ và nước từ sông.
Sông Hồng và các chi lưu của nó, cùng với sông Đáy, đang đối mặt với sự xáo trộn Để khắc phục tình trạng này, một hệ thống kênh rạch đã được xây dựng rải khắp đồng ruộng, kết hợp với các trạm bơm tưới tiêu và cống dày đặc ven sông, điển hình là sông Sắt và sông Ninh Cơ Toàn tỉnh hiện có 530km sông ngòi, trong đó có 16 sông dài trên 10km, với 4 con sông lớn nổi bật là sông Hồng, sông Đáy, sông Ninh Cơ và sông Sắt.
Sò dài 251km Mật độ chung của sông ngòi đạt 0,33km/km 2 4 cửa sông đổ ra biển là:
Ba Lạt (Sông Hồng), cửa sông Đáy, cửa Lạch Giang và cửa Hà Lạn
Bi ển và các hiện tượng thuỷ triều a- Đặc điểm dao động thuỷ triều
Bờ biển phía đông nam tỉnh Nam Định dài 72km, nối ra vịnh Bắc Bộ, đang bị xói lở và lấn dần vào đất liền Biển Nam Định có nhiều đặc điểm tương đồng với biển vịnh Bắc Bộ.
Thủy triều tại vùng biển Nam Định có chế độ nhật triều đều, với độ lớn tối đa gần 3,31m và tối thiểu là 0,11m Biến thiên của thủy triều diễn ra theo các quy luật thời gian như ngày, nửa tháng, mùa và nhiều năm.
Quy luật biến thiên ngày cho thấy trong một ngày có một lần nước lên và một lần nước xuống, với thời gian gần bằng nhau, khoảng 12 giờ 24 phút Đường cong biểu diễn sự biến thiên thủy triều có hình dạng giống như một hàm sin, khá đều đặn Hầu hết các ngày trong tháng chỉ có một lần nước lớn và một lần nước ròng Tuy nhiên, trong thời kỳ nước kém, quy luật này có thể bị phá vỡ, dẫn đến hiện tượng có hai lần nước lớn và hai lần nước ròng trong một ngày, được gọi là những ngày nước sinh.
Quy luật biến thiên thủy triều trong nửa tháng cho thấy sự thay đổi tương tự như trong một ngày, với một lần nước lớn và một lần nước ròng Trong thời kỳ nước lớn, biên độ triều thường gấp 5 đến 12 lần so với biên độ triều trong thời kỳ nước kém.
Quy luật biến thiên theo mùa của thủy triều diễn ra trong nửa năm với chu kỳ dao động rõ rệt Độ lớn triều cực đại xuất hiện vào thời điểm hạ chí (23-6) và đông chí (23-12), trong khi các cực điểm xảy ra vào xuân phân (21-3) và thu phân (21-9).
Quy luật biến thiên của thuỷ triều theo chu kỳ nhiều năm cho thấy rằng chỉ có hai chu kỳ chính, 9 năm và 19 năm, có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc trưng của thuỷ triều.
Hình 2: Đồ thị dao động ngày và nửa tháng của nước ngầm do tác động của thuỷ triều tại lỗ khoan Q164a và Q164b (Hải Hậu, Nam Định)
Hình 2 cho thấy sự ảnh hưởng của thủy triều đến dao động mực nước ngầm trong các lỗ khoan Q164a và Q164b tại khu vực Hải Hậu – Nam Định, với sự biến đổi mực nước trong các lỗ khoan phản ánh sự lên xuống của thủy triều Bên cạnh đó, đặc điểm độ mặn của nước biển cũng cần được xem xét để hiểu rõ hơn về tình hình thủy văn trong khu vực này.
Nước biển tại Nam Định và vịnh Bắc Bộ có độ muối cao, thường vượt quá 30g/kg, nhưng mức độ này không đồng đều cả về không gian và thời gian.
- Ở vùng Vịnh độ muối cao hơn vùng ven bờ, theo độ sâu độ muối tăng dần
Vào mùa đông, độ mặn của nước biển thường cao nhất do lượng mưa giảm và không có dòng chảy lớn từ các sông Hiện tượng thủy triều ở vùng hạ lưu các sông cũng có ảnh hưởng đáng kể đến mức độ mặn của nước biển.
Đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu
Gi ới Proterozoi - loạt Sông Hồng - hệ tầng Ngòi Chi (PPnc)
Hệ tầng do Trần Xuyên xác lập năm 1988
Hệ tầng Ngòi Chi chỉ được phát hiện tại lỗ khoan 54 ở độ sâu 278m, với 14m đá gnei biotit và đá phiến thạch anh - fenspat màu trắng vằn dải đen từ độ sâu 234-248m Bề dày của hệ tầng này ước tính khoảng 300m, tuy nhiên quan hệ địa tầng vẫn chưa được xác định rõ ràng Dựa vào mức độ biến chất của các đá, hệ tầng Ngòi Chi được phân loại vào loạt Sông Hồng.
Gi ới Mesozoi - hệ Triat - thống giữa - bậc Anizi - hệ tầng Đồng Giao (T 2 ađg)
Hệ tầng Đồng Giao không xuất hiện trên bề mặt mà chỉ được phát hiện tại lỗ khoan 161, cách vùng nghiên cứu 1,3 km về phía Tây Tại đây, các đá vôi phân lớp dày màu xám sáng và xám đen được ghi nhận ở độ sâu 83,9 m Do tài liệu thu thập hạn chế, sau khi liên kết địa tầng với các khu vực lân cận, các đá vôi này được phân loại vào hệ tầng Đồng Giao thuộc tuổi Triat, thống giữa bậc Anizi Trong khu vực này, quan hệ dưới của điệp chưa được quan sát, trong khi phía trên bị che phủ bởi các trầm tích của hệ tầng.
Lệ Chi phủ bất chỉnh hợp [1]
Chiều dày hệ tầng khoảng 500m
Gi ới Kainozoi - hệ Neogen - thống Pliocen - hệ tầng Vĩnh Bảo
Hệ tầng Vĩnh Bảo không xuất hiện trên bề mặt mà chỉ được phát hiện qua các lỗ khoan trong khu vực nghiên cứu Mặc dù phân bố rộng rãi, hầu hết các lỗ khoan chưa khai thác hết chiều dày của hệ tầng này Lỗ khoan duy nhất khoan xuyên qua toàn bộ chiều dày của hệ tầng Vĩnh Bảo là lỗ khoan 54 tại xã Bích Sơn, Hải Hậu, với chiều sâu 248m và chiều dày hệ tầng là 85m (từ 149 đến 234m) Các lỗ khoan khác ghi nhận hệ tầng Vĩnh Bảo ở độ sâu từ 88 đến 157m.
Thành phần trầm tích chủ yếu bao gồm cát kết hạt nhỏ đến trung, xen kẽ với sạn sỏi và các lớp bột kết, sét bột kết có màu xám, xám sáng, xám phớt nhạt đến xám xi măng Đá có cấu trúc phân nhịp không rõ ràng.
Trầm tích của hệ tầng Vĩnh Bảo không chỉnh hợp phủ lên các trầm tích cổ hơn, trong khi đó, phía trên chúng lại bị các trầm tích của hệ Đệ Tứ không chỉnh hợp che phủ.
H ệ Đệ Tứ - phụ thống Pleistocen dưới - hệ tầng Lệ Chi (amQ 1 lc)
Các trầm tích của hệ tầng Lệ Chi không lộ trên mặt mà chỉ bắt gặp tại hầu hết các lỗ khoan trong vùng nghiên cứu
Chiều sâu phân bố của hệ tầng từ 79 – 132,8m Bề dày thay đổi từ 4- 26,2m
Hệ tầng Lệ Chi có trầm tích phân bố trong các đới sụt kiến tạo theo phương tây bắc - đông nam Tại lỗ khoan 55, trầm tích của hệ tầng này được mô tả chi tiết từ độ sâu 148 – 120m, bao gồm cát, bột và sét màu xám, xám tro.
Trầm tích của hệ tầng Lệ Chi nằm trên bề mặt bào mòn của hệ tầng Vĩnh Bảo, trong khi đó, phía trên chúng lại bị các trầm tích của hệ tầng Hà Nội phủ lên mà không có sự chỉnh hợp.
Ph ụ thống Pleistocen giữa - trên - hệ tầng Hà Nội (a,am Q 1 2-3 hn)
Trầm tích của hệ tầng Hà Nội không xuất hiện trên bề mặt mà chỉ được phát hiện qua các lỗ khoan trong khu vực nghiên cứu Chúng phân bố rộng rãi trong khu vực này, với độ sâu từ 57 đến 82,3 mét.
Dựa trên đặc điểm trầm tích, tài liệu cổ sinh, bào tử phấn và các chỉ số hóa lý môi trường, trầm tích của hệ tầng Hà Nội được phân chia thành hai kiểu nguồn gốc.
Trầm tích sông tại khu vực nghiên cứu được phát hiện ở hầu hết các lỗ khoan, với độ sâu từ 57 đến 105,7m Lỗ khoan 55 ghi nhận chiều dày lớn nhất của hệ tầng, đạt 55m Đáng chú ý, chiều dày trầm tích có xu hướng tăng dần theo hướng từ ven rìa vào trung tâm, từ tây sang đông.
Tại lỗ khoan 55 từ dưới lên trên các trầm tích nguồn gốc sông của hệ tầng Hà
Nội được mô tả như sau:
Từ 140 - 120m: cát hạt thô màu xám, xám trắng lẫn ít sạn sỏi, cuội Cuội tròn cạnh, kích thước 2,5-3cm
Từ độ sâu 120 đến 100m, lớp đất chứa cát hạt trung đến thô, lẫn với sạn sỏi màu xám và xám trắng Đặc điểm của lớp đất này là độ chọn lọc trung bình đến kém với kết cấu rời rạc Thành phần chủ yếu bao gồm cát chiếm 90%, sạn sỏi 7%, và bột 4%.
Từ 100 - 85m: cát bột lẫn sạn sỏi thạch anh
Về quan hệ địa tầng, các trầm tích này phủ không chỉnh hợp lên hệ tầng Lệ Chi
- Trầm tích sông biển (am Q 1 2-3 hn): các trầm tích này được bắt gặp ở độ sâu từ 63
Bề dày trầm tích tại khu vực nghiên cứu đạt 82,3m, với sự thay đổi từ 14,5m đến 33,7m Tại hai lỗ khoan 110 và 108, nằm ven rìa của khối sụt, lớp trầm tích này không xuất hiện Thành phần chính của trầm tích bao gồm sét bột, bột sét màu xám, xám xanh, và đôi nơi có màu xám đen, xám tro, chứa tàn tích thực vật.
Tại lỗ khoan 55 từ dưới lên trên các trầm tích nguồn gốc sông biển của hệ tầng
Hà Nội được mô tả như sau:
Từ 85 – 69m: bột sét màu xám xanh, xám đen chứa tàn tích thực vật Đoạn 83m gặp thân gỗ mục
Các trầm tích này được phân bố một cách chỉnh hợp trên các trầm tích nguồn gốc sông thuộc cùng hệ tầng, trong khi đó, phía trên chúng lại bị các trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc phủ không chỉnh hợp.
Ph ụ thống Pleistocen trên - Hệ tầng Vĩnh Phúc (a, amQ 1 3 vp)
Trong vùng nghiên cứu, các trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc không lộ trên mặt mà chỉ bắt gặp trong các lỗ khoan ở độ sâu từ 15-60m
Các trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc dược chia làm 2 kiểu nguồn gốc là trầm tích sông và trầm tích sông - biển
Trầm tích sông trong hệ tầng Vĩnh Phúc thường nằm ở đáy và được hình thành trong môi trường sông, đặc biệt là ở vùng đồng bằng ven biển Chúng phân bố rộng rãi và xuất hiện tại tất cả các lỗ khoan, với độ dày dao động từ 6 đến 29m Thành phần của trầm tích này bao gồm cát từ hạt nhỏ đến hạt thô, có chứa cuội và sỏi Mô tả chi tiết về trầm tích sông của hệ tầng Vĩnh Phúc được ghi nhận tại lỗ khoan 63.
Từ 80-74,9m: cát hạt nhỏ đến thô chứa cuội sỏi
Từ 74,9- 54,4m: cát hạt nhỏ đến trung màu xám
Trầm tích sông - biển được phát hiện ở hầu hết các lỗ khoan trong vùng, với thành phần chủ yếu bao gồm cát, bột, và sét có màu xám, xám xanh, xám đen, cùng với tàn tích thực vật và vỏ sò hến Đặc biệt, các trầm tích này đã được mô tả chi tiết tại lỗ khoan 63.
Từ 54,4 – 47,2m: sét màu xám xanh lẫn cát chứa vỏ sò ốc
Từ 47,2 - 44m: sét bột màu xám, xám xanh mềm dẻo
Kinh t ế - xã hội vùng nghiên cứu
Nam Định có hơn 1,8 triệu người, là một trong 6 tỉnh có dân số đông nhất trong cả nước Mật độ dân số trên toàn tỉnh là gần 1.200người/km 2 [5]
Bảng 2: Dân số các huyện ven biển Nam Định
Tên huyện Diện tích (km 2 ) Dân số (người) Mật độ dân số
Theo niên giám của tỉnh Nam Định năm 2009
Các huyện ven biển của Nam Định có mật độ dân số trung bình vượt quá 1.000 người/km², chủ yếu là người dân tộc Kinh Hầu hết cư dân sống ở khu vực nông thôn và hoạt động chủ yếu trong lĩnh vực nông nghiệp, chiếm tới 87,6% tổng số dân Hoạt động nông nghiệp đóng góp khoảng 40% vào GDP của toàn tỉnh.
Các huyện ven biển Nam Định, nằm trong vùng đất màu mỡ và hạ lưu của nhiều con sông, có tiềm năng phát triển kinh tế tổng hợp mạnh mẽ Tại đây, nhiều loại hình sản xuất như nông nghiệp, lâm nghiệp, nuôi trồng thủy sản và công nghiệp đều phát triển, với nông nghiệp đóng vai trò quan trọng, khẳng định vị thế của Nam Định là tỉnh trọng điểm nông nghiệp của đồng bằng sông.
Hồng có diện tích đất nông nghiệp lên tới 1.066.700ha, chiếm 65% tổng diện tích tự nhiên của tỉnh Vị trí giữa sông Hồng và sông Đáy mang lại lợi thế về nguồn nước tưới và phù sa, giúp đất đai màu mỡ và thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là trồng lúa - cây lương thực chủ đạo Hàng năm, sản lượng lương thực đạt khoảng 1 triệu tấn, với năng suất bình quân trên 12 tấn/ha, có nơi lên tới 16 tấn/ha Tốc độ tăng trưởng nông nghiệp trung bình gần đây đạt 3,8%, trong khi cơ cấu sản xuất đang chuyển dịch, tỷ trọng trồng trọt giảm và chăn nuôi tăng dần.
Một số đặc điểm vùng nghiên cứu
Trong lĩnh vực trồng trọt, bên cạnh cây lúa chủ đạo, ngày càng nhiều loại rau màu và cây công nghiệp như lạc, đậu tương, khoai tây, bí xanh, dưa chuột và ngô ngọt đang được phát triển Đồng thời, việc trồng rừng phòng hộ đê biển và lấn biển để phủ xanh các đồi trọc cũng được chú trọng, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
Chăn nuôi tại Nam Định đã chuyển mình mạnh mẽ theo hướng sản xuất hàng hóa, với sự gia tăng nhanh chóng về giá trị sản xuất, chủ yếu tập trung vào lợn và gia cầm Ngành chăn nuôi đã chuyển từ hình thức tận dụng và phân tán sang mô hình công nghiệp và bán công nghiệp, với quy mô trang trại vừa và nhỏ Về công nghiệp, Nam Định có lịch sử phát triển từ cuối thế kỷ 19 với các cơ sở sản xuất như dệt, tơ, và rượu Hiện nay, các khu công nghiệp đang hình thành dọc theo các tuyến đường 10 và 21, như Hòa Xá, An Xá, và Mỹ Trung, với các sản phẩm chủ đạo từ ngành dệt may, tiếp theo là công nghiệp thực phẩm, khai khoáng, cơ khí, và giày da.
Trong khu vực nghiên cứu đang có dự án xây dựng khu công nghiệp:
Khu kinh tế Ninh Cơ, do tập đoàn công nghiệp tàu thủy ViNashin đề xuất, tọa lạc tại cửa sông Ninh Cơ với diện tích khoảng 500 ha Khu vực này bao gồm cảng biển, công nghiệp đóng tàu, cơ khí, chế biến, dịch vụ vận tải, du lịch và nhiều loại hình sản xuất kinh doanh đa dạng Khu kinh tế này nằm trên hai bờ cửa sông Ninh Cơ thuộc huyện Hải Hậu và Nghĩa Hưng.
Bảng 3: Đặc điểm sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, công nghiệp của các huyện trong vùng nghiên cứu
Tên huyện Nông nghiệp(diện tích cây trồng) (ha)
S ố lượng trang tr ại Di ện tích r ừng (ha)
Sản lượng thủy sản nuôi trồng (tấn)
Số cơ sở sản xuất công nghiệp
Xuân Trường 14.136 76 0 1.797 1.688 c- Văn hoá, giáo dục, du lịch
Văn hóa truyền thống của Nam Định nổi bật với các sự kiện quan trọng như Lễ Khai Ấn Đền Trần diễn ra vào đêm 14 tháng Giêng âm lịch và hội chợ Viềng Vụ Những hoạt động này không chỉ thể hiện bản sắc văn hóa địa phương mà còn thu hút đông đảo du khách tham gia, góp phần gìn giữ và phát huy giá trị văn hóa truyền thống của vùng đất này.
Vào ngày 8 tháng Giêng âm lịch, Bản, Nam Trực tổ chức chợ Viềng, trong khi chợ Viềng Hải Lọng, Nghĩa Thịnh, Nghĩa Hưng diễn ra vào ngày 7 tháng Giêng âm lịch Khu vực này nổi bật với các di tích lịch sử như Đền Trần ở thành phố Nam Định, nơi thờ các vị vua triều Trần; chùa Cổ Lễ, nơi từng do thiền sư Nguyễn Minh Không chủ trì; Hội Phủ Giềng, nơi thờ thánh mẫu Liễu Hạnh; tháp chuông chùa Phổ Minh và mộ.
Tam nguyên Yên Đổ Nguyễn Khuyến tọa lạc tại núi Phương Như, xã Nghĩa Lợi-Ý Yên, trong khi mộ nhà thơ Tú Xương nằm ở công viên Vị Xuyên, thành phố Nam Định Địa phương còn nổi bật với sân vận động Thiên Trường và nhà thi đấu Trần Quốc Toản, cùng nhiều di tích văn hóa lịch sử và khu vui chơi giải trí Những điểm đến này hàng năm thu hút hàng vạn lượt khách tham quan, góp phần thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của ngành du lịch và các dịch vụ liên quan.
Khu di tích của vùng nghiên cứu:
Chùa Keo Hành Thiện, tọa lạc tại xã Xuân Hồng, huyện Xuân Trường, là một di tích lịch sử được Bộ Văn hóa xếp hạng Được xây dựng vào năm 1062 dưới triều đại nhà Lý, chùa không chỉ nổi bật với kiến trúc cổ kính mà còn có khu nhà ở của bác Trường Chinh, góp phần làm phong phú thêm giá trị văn hóa và lịch sử của địa phương.
Các đặc sản khu vực nghiên cứu:
Bánh chưng Bà Thìn tại Hải Hậu, Nam Định, nổi tiếng với hương vị đặc trưng, cùng với chuối Ngự thơm ngon, bánh nhãn hấp dẫn Gạo tám xoan Hậu Hậu và gạo nếp cái hoa vàng Nghĩa Hưng là những nguyên liệu quan trọng tạo nên sự độc đáo cho các món ăn Ngoài ra, Nem nắm Giao Thủy và Nem Chạo cũng là những đặc sản không thể thiếu, góp phần làm phong phú thêm ẩm thực địa phương.
Giao Xuân là món ăn nổi tiếng toàn quốc nhất là khu vực phía nam, không những thế du khách thế giới cũng rất ưa thích
Khu vực nghiên cứu nằm trong Khu dự trữ sinh quyển Châu Thổ Sông Hồng, một trong tám khu dự trữ sinh quyển lớn được UNESCO công nhận tại Việt Nam Tại đây, UNESCO đã công nhận hai tiểu vùng quan trọng, bao gồm cửa Ba Lạt và cửa sông Đáy.
- Rừng phòng hộ ven biển Nghĩa Hưng thuộc các xã: Nghĩa Thắng, Nghĩa Phúc, Nghĩa Hải, Nghĩa Lợi, thị trấn Rạng Đông, xã Nam Điền huyện Nghĩa Hưng
Vườn quốc gia Xuân Thủy, tọa lạc tại các xã Giao Thiện, Giao An, Giao Lạc và Giao Xuân thuộc huyện Giao Thủy, có diện tích khoảng 7.100 ha, bao gồm 3.100 ha đất nổi có rừng và 4.000 ha đất rừng ngập mặn Đây là rừng ngập mặn đầu tiên ở Việt Nam được công nhận theo Công ước Ramsar và là rừng ngập mặn thứ 50 trên thế giới Vườn quốc gia Xuân Thủy thu hút đông đảo khách du lịch trong và ngoài nước, đặc biệt với khoảng 100 loài chim di cư chọn nơi đây làm điểm dừng chân trên đường di cư về phương Nam, trong đó có 1/5 số lượng cò mỏ thìa toàn cầu.
Hi ện trạng khai thác nước trong khu vực
Khai thác n ước tập trung
Với đặc thù khai thác lượng nước lớn, các lỗ khoan nước thường được thực hiện bằng máy khoan, sử dụng ống chống và ống lọc có đường kính lớn (>100mm) Mặc dù vùng nghiên cứu không có loại khoan này, nhưng có thể tham khảo từ các khu vực lân cận.
2 lỗ khoan Và tầm ảnh hưởng của những lỗ khoan này tới tầng chứa nước trong vùng nghiên cứu cũng tương đối mật thiết
Lỗ khoan LK147 tại nhà máy xay Nam Định, nằm ở phía bắc vùng nghiên cứu, có độ sâu 90m Dù nước mặn với tổng khoáng hóa đạt 2,6g/l, nhà máy vẫn khai thác nước này để phục vụ cho quá trình làm lạnh với công suất 150m³/ngày.
Lỗ khoan 161 vùng Cồn Thoi: Khai thác trong tầng chứa nước t2a sâu 100m phục vụ đơn vị bộ đội của Quân khu 1, nước tự chảy với lưu lượng 0,5l/s
(43,2m 3 /ngày) vào bể để sử dụng.
Khai thác n ước nhỏ lẻ
Hoạt động khai thác nước ở vùng nông thôn ngày càng gia tăng nhờ sự phát triển của kỹ thuật khoan, cho phép khoan vào tầng chứa nước bằng các lỗ khoan nhỏ Kể từ năm 1990, với sự hỗ trợ kỹ thuật từ UNICEF và Chương trình Nước sạch nông thôn, việc khai thác nước đã được tiến hành Từ năm 1998, tổng số giếng khai thác có đường kính nhỏ và chiều sâu từ 60-100m đã lên tới khoảng 150.000, trong đó một phần ba đã bị hỏng và cần được thay thế.
Bảng 4: Số lượng giếng khoan kiểu UNICEF vùng Nam Định
Theo s ố liệu của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Nam Định
Tổng lưu lượng khai thác của các giếng khoan ước tính khoảng 80.000m³/ng, với mỗi giếng khai thác trung bình khoảng 0,5m³/ng Hệ thống khai thác hiện tại sử dụng thiết bị đơn giản như máy bơm tay và bơm ly tâm, cùng với các phương pháp xử lý sơ sài, dẫn đến chế độ khai thác không hiệu quả.
CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Ph ương pháp nghiên cứu
Ph ương pháp kế thừa số liệu
Khu vực nghiên cứu bao gồm hai tầng chứa nước quan trọng là tầng chứa nước lỗ hổng Holocen và tầng chứa nước Pleistocen, đã được khảo sát chi tiết trong nhiều đề tài, đặc biệt là đề tài “Xác định tiêu chí áp dụng tổ hợp các phương pháp địa chất thuỷ văn, địa vật lý, mô hình số để điều tra, đánh giá nhiễm mặn và tìm kiếm các thấu kính hoặc tầng chứa nước nhạt dải ven biển Nam Định.” Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc khai thác nước phục vụ nhu cầu sinh hoạt.
Tôi đã áp dụng phương pháp kế thừa số liệu từ các kết quả điều tra thực địa và các hoạt động xử lý trong phòng của các đề tài liên quan để thu thập thông tin cho luận văn Các số liệu này được kế thừa từ các phương pháp nghiên cứu đã được thực hiện trước đó.
Phân tích ảnh viễn thám
Công tác phân tích ảnh viễn thám từ máy bay hoặc vệ tinh giúp tìm kiếm các thấu kính và tầng chứa nước nhạt ở vùng ven biển Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong các địa hình cao như cồn cát, dải cát và đồi núi thấp ven biển Các nội dung chính cần thực hiện bao gồm việc thu thập và xử lý dữ liệu ảnh viễn thám để xác định các đặc điểm địa chất và nguồn nước.
-Khoanh định các dải cát, cồn cát ven biển để xác định diện tồn tại các thấu kính, tầng nước nhạt
-Xác định cấu trúc địa chất để làm rõ miền cung cấp, hướng vận động của nước dưới đất
Phương pháp thực địa là cần thiết để thu thập dữ liệu phục vụ cho việc xây dựng và điều chỉnh mô hình, đòi hỏi kết quả từ nhiều phương pháp khảo sát khác nhau.
1 Phương pháp khảo sát thực địa
Khảo sát thực địa trong công tác điều tra đánh giá nước dưới đất được thực hiện trên toàn bộ diện tích nghiên cứu Đặc biệt, khi tìm kiếm các thấu kính và tầng nước nhạt ở vùng ven biển, cần chú ý đến một số vấn đề quan trọng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của khảo sát.
-Quan sát mô tả địa hình, địa mạo để xác định hướng phát triển, kích thước, độ cao các cồn cát, dải cát, đụn cát
-Thành phần đất đá cấu tạo nên các cồn cát, dải cát, đụn cát
-Thảm thực vật phủ lên các dải cát, cồn cát, đụn cát trong đó cần phân định các loại thực vật ưa nước lợ, nước mặn
-Tình hình khai thác sử dụng nước dưới đất của nhân dân địa phương
2 Công tác địa vật lý
Xác định các thấu kính tầng chứa nước nhạt là một phần quan trọng trong việc phân tích cấu trúc địa chất Quá trình này bao gồm việc phân chia mặt cắt địa chất thành các tầng lớp đất đá với thành phần thạch học khác nhau, dựa vào điện trở suất Sau khi xác định các lớp đất đá, việc tìm kiếm và xác định các thấu kính tầng chứa nước nhạt sẽ được thực hiện trong từng tầng chứa nước riêng biệt.
Đối với các tầng chứa nước nông như cồn cát và dải cát ven biển, phương pháp đo sâu điện trở là phù hợp nhất để nghiên cứu cấu trúc địa chất Sử dụng thiết bị đo điện trở với chiều sâu nghiên cứu tối đa 300m, như ABmax, cho phép khảo sát đến độ sâu khoảng 300m.
50 Các thấu kính nước nhạt thường tồn tại trong độ sâu ≤ 20m nguồn cung cấp cho chúng là nước mưa Nước mặn thường xâm nhập theo chiều ngang từ phía biển hoặc vùng cửa sông tạo thành các nêm nước mặn Áp dụng phương pháp Georada có thể giải quyết tốt nhiệm vụ xác định các thấu kính nước nhạt
Phương pháp Georada đã được nhiều quốc gia phát triển áp dụng thành công, và một số địa phương ở Việt Nam cũng đã đạt được kết quả khả quan Để phát hiện các thấu kính nước nhạt ven biển, cần bố trí tuyến đo Georada vuông góc với nguồn gây mặn như bờ biển Mạng lưới đo được hình thành từ các tuyến và điểm đo có độ dày tùy thuộc vào mức độ chi tiết của yêu cầu nghiên cứu.
Đối với các tầng chứa nước sâu, việc xác định cấu trúc được thực hiện bằng phương pháp điện trở với thiết bị phù hợp, hiệu quả đến độ sâu 160m Phương pháp đo sâu điện trở kết hợp với các phương pháp đo sâu điện từ và phân cực kích thích giúp xác định độ tổng khoáng hóa của nước Mối quan hệ giữa độ tổng khoáng hóa và điện trở suất ςf K đã được xác định qua nghiên cứu tại vùng đồng bằng Bắc Bộ, cho thấy ranh giới mặn nhạt ở điện trở suất khoảng 10Ωm Để nghiên cứu cấu trúc địa chất, cần bố trí các tuyến đo vuông góc với phương cấu trúc, trong khi xác định ranh giới mặn nhạt thì bố trí tuyến đo vuông góc với ranh giới đó Độ dày của tuyến đo và điểm đo phụ thuộc vào mức độ chi tiết của nghiên cứu trong các đề án.
Một biện pháp hiệu quả để xác định ranh giới mặn nhạt theo chiều thẳng đứng là phương pháp đo địa vật lý lỗ khoan (karota) Tại các khu vực có nhiều tầng nước và điều kiện thuỷ địa hoá phức tạp, việc đo karota sau khi khoan là cần thiết để thiết kế hệ thống chống ống và ống lọc vào đoạn chứa nước nhạt.
3 Phương pháp khoan khai đào
Công tác khoan khai đào được tiến hành theo các tuyến vuông góc với dải cát và cồn cát, đồng thời vuông góc với ranh giới mặn nhạt Mục tiêu chính của hoạt động này là xác định độ dày của tầng chứa nước, phân tích thành phần vật chất của đất đá chứa nước và tạo điểm để thực hiện thí nghiệm thấm.
Vị trí khoan được xác định sau khi đo địa vật lý và nhất định phải đặt ở 1 điểm đo địa vật lý
Công tác chống ống kết cấu lỗ khoan được xác định sau khi đo karota lỗ khoan
4 Phương pháp thí nghiệm thấm
Công tác thí nghiệm thấm gồm có đổ nước trong hố đào, bơm nước thí nghiệm trong giếng đào, trong lỗ khoan
Công tác đổ nước thí nghiệm trong đới thông khí nhằm xác định tính thấm của đất đá, từ đó đánh giá khả năng thấm nước mưa vào tầng chứa nước.
Công tác bơm thí nghiệm được thực hiện để xác định các thông số địa chất thuỷ văn và lấy mẫu nước xác định độ mặn
5 Công tác l ấy mẫu phân tích hoá học và độ mặn Độ mặn của nước cần được xác định ở tất cả các điểm nước khảo sát bằng các dụng cụ đo độ mặn (Multiline P4 hoặc SenSion 5) Các điểm nước điển hình lấy mẫu để phân tích Ion Clo trong đó 1 số sẽ lấy mẫu để phân tích độ tổng khoáng hoá bằng cách xấy khô Một số điểm cần lấy mẫu phân tích đồng vị, phân tích xác định tuổi của nước, nguồn gốc của nước dưới đất
6 Phân tích c ấu trúc và lịch sử phát triển địa chất Được thực hiện nhằm nội suy xác định nguồn cung cấp cho nước dưới đất, nguồn gốc nước dưới đất, phương vận động và tốc độ vận động dòng chảy dưới đất
7 Phân tích m ẫu nước ngoài thực địa và trong phòng
Công tác phân tích mẫu nước được tiến hành ngoài thực địa và trong phòng thí nghiệm
Ph ương pháp thống kê số liệu và xử lý số liệu
Dựa trên kết quả khảo sát thực địa và công tác trong phòng, chúng tôi đã thu thập và thống kê các loại số liệu cần thiết cho mô hình, bao gồm cao độ và bề dày các tầng chứa nước, thông qua các lỗ khoan khảo sát trong khu vực nghiên cứu.
Hình 11: Mạng lưới lỗ khoan quan trắc trong vùng nghiên cứu và vùng lân cận phục vụ điều tra địa chất và địa chất thủy văn
Mạng lưới lỗ khoan khảo sát địa chất và địa chất thủy văn trong vùng nghiên cứu và vùng lân cận phục vụ cho xây dựng mô hình
Kết quả thu thập cho thấy tọa độ vị trí các lỗ khoan nghiên cứu, cao độ địa hình, cao độ đáy, và bề dày các tầng chứa nước tại các lỗ khoan được thể hiện trong bảng 6 ở phần phụ lục.
Số liệu về độ tổng khoáng hóa, độ muối tại vị trí các điểm, lỗ khoan được thể hiện trong bảng 7 và 8 trong phần phụ lục.
Ph ương pháp mô hình số
Hệ thống phần mềm mô hình Visual Modflow, phát triển bởi công ty Waterloo Hydrogeologic Inc (WHI) từ những năm 80, đã liên tục tiến bộ cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính Đến nay, hệ thống này đã đạt trình độ cao trong việc mô phỏng và tính toán các quá trình nước dưới đất Các phiên bản mới nhất cho phép người dùng dễ dàng thiết lập và quản lý các mô hình nước dưới đất (NDĐ) hiệu quả, với giao diện đầu vào, xử lý và xuất dữ liệu thân thiện hơn cho các nhà nghiên cứu địa chất thủy văn.
MT3D là một mô hình số ba chiều được phát triển bởi Chunmiao Zheng và P Patrick Wang, ra đời song song với phần mềm Modflow Mô hình này được sử dụng để mô phỏng sự lan truyền vật chất trong nước dưới đất, bao gồm các quá trình đối lưu, phân tán và khuyếch tán Bên cạnh đó, MT3D cũng áp dụng nhiều công thức tính toán khác nhau để nâng cao độ chính xác của mô phỏng.
Toàn bộ sự biến thiên độ cao mực nước duới đất được mô tả bằng một phương trình đạo hàm riêng duy nhất sau: t
- T xx , T yy , T zz là các hệ số dẫn nước theo phương x,y và z Chiều z là chiều thẳng đứng Ta có: T = K.m (m: bề dày tầng chứa nước)
- h là cốt cao mực nước tại vị trí (x,y,z) ở thời điểm t
- W là các giá trị bổ cập hay thoát của nước nước dưới đất tại vị trí (x,y,z) ở thời điểm t W = W(x,y,z,t) là hàm số phụ thuộc thời gian t và không gian (x,y,z)
- Ss là hệ số nhả nước
- Ss = Ss(x,y,z), K xx = K xx (x,y,z), K yy = K yy (x,y,z), K zz = K zz (x,y,z) các hàm phụ thuộc vào vị trí không gian x,y,z (K: hệ số thấm của tầng chứa nước theo các chiều x, y , z)
Phương trình (1) mô tả động thái mực nước trong điều kiện môi trường không đồng nhất và dị hướng
Phương trình (1) cùng với các điều kiện biên, điều kiện ban đầu của tầng chứa nước tạo thành một mô hình toán học về dòng chảy NDĐ
Để giải phương trình, cần tìm hàm số h(x,y,z,t) thỏa mãn các điều kiện biên và phương trình đã cho Sự biến động của giá trị h theo thời gian sẽ quyết định bản chất của dòng chảy, giúp tính toán trữ lượng của tầng chứa nước và các hướng dòng chảy.
Để tìm lời giải giải tích cho hàm h(x,y,z,t) của phương trình (1), cần mô phỏng miền nghiên cứu bằng sơ đồ toán học Tuy nhiên, miền thấm có điều kiện phức tạp, do đó việc giải quyết thường phải sử dụng phương pháp gần đúng Phương pháp sai phân hữu hạn là một trong những phương pháp gần đúng được áp dụng phổ biến trong thực tế.
Khi áp dụng phương pháp này, không gian nghiên cứu được chia thành nhiều ô riêng biệt, trong đó các giá trị tham gia vào phương trình được coi là không đổi và xấp xỉ với giá trị thực tế Kết quả của quá trình này là một lưới ô chứa các giá trị h(x,y,z,t).
Bằng cách này người ta đưa phương trình đạo hàm riêng (1) về một hệ phương trình tuyến tính Số lượng phương trình tương đương với số các ô lưới chia
Khi bước lưới nhỏ hơn, kết quả từ lời giải sai phân sẽ gần với lời giải chính xác của phương trình, nhưng khối lượng tính toán sẽ tăng lên đáng kể Do đó, cần lựa chọn bước lưới phù hợp Nếu giá trị trong mỗi ô không thay đổi nhiều, việc chia ô là hợp lý Để hiểu rõ hơn về phương pháp sai phân, chúng ta sẽ bắt đầu từ quá trình rời rạc hóa.
Hình 12: Ô lưới và các loại ô trong mô hình (tầng chứa nước K)
Hình 12 minh họa quá trình rời rạc hóa không gian nghiên cứu bằng cách chia theo chiều thẳng đứng z thành các lớp nước Mỗi lớp nước được phân chia thành các ô nhỏ, trong đó vùng hoạt động của nước dưới đất trong mỗi tầng chứa nước được đánh dấu là “ô trong miền tính” Ngược lại, những ô không có dòng chảy thấm qua hoặc cách xa nước sẽ được đánh dấu là “ô ngoài miền tính”.
Hệ phương trình sai phân được xây dựng dựa trên phương trình vi phân cân bằng của Buxines, trong đó tổng dòng chảy vào và ra từ một ô phải bằng sự thay đổi thể tích nước trong ô đó Giả sử khối lượng riêng của nước dưới đất là không đổi, quy tắc cân bằng dòng chảy cho một ô được thể hiện qua phương trình t V.
- Q i là lượng nước chảy vào ô (nếu chảy ra thì Q lấy giá trị âm)
- Ss là giá trị của hệ số nhả nước, nó chính là giá trị Ss(x,y,z)
- ∆h là giá trị biến thiên của h trong thời gian ∆t tại ô lưới đang xét
Hình vẽ mô tả cho một ô lưới (i,j,k) và 6 ô bên cạnh nó, (i-1,j,k), (i+1,j,k), (i,j- 1,k), (i,j+1,k), (i,j,k-1), (i,j,k+1) dòng chảy từ ô (i,j,k) sang các ô bên cạnh (nếu chảy vào mang dấu dương, chảy ra mang dấu âm) i,j,k i,j,k-1 i,j,k+1 i+1,j,k i,j-1,k i,j+1,k i-1,j,k
Hình 13: Ô lưới i,j,k và 5 ô bên cạnh
Nếu đặt Cri,j-1/2,k là sức cản thấm trong hàng thứ i, lớp thứ k giữa các nút lưới (i,j-1,k) và (i,j,k) được tính theo công thức:
- Kr i,j-1/2,k là hệ số thấm giữa các nút lưới (i,j,k) và (i,j-1,k)
- ∆c i ∆v k là diện tích bề mặt vuông góc với phương dòng chảy
- ∆r j-1/2 là khoảng cách giữa các nút lưới (i,j,k) và (i,j-1,k)
Và đặt lưu lượng cung cấp cho ô lưới từ biên theo phương trình tổng quát sau: a i,j,k,n = p i,j,k,n h i,j,k + q i,j,k,n (4)
- a i,j,k,n biểu diễn dòng chảy từ nguồn thứ n vào trong nút lưới (i,j,k)
- p i,j,k,n , q i,j,k,n là các hệ số có thứ nguyên (L 2 t -1 ) và (L 3 t -1 ) tương ứng của phương trình
Một cách tổng quát, nếu có N nguồn cấp vào trong ô lưới, lưu lượng tổng hợp
Qs i,j,k có thể được viết như sau:
Viết cân bằng cho ô lưới (i,j,k) từ bước thời gian tm-1 đến tm ta có:
- h m i,j,k là cốt cao mực nước tại bước thời gian m của ô (i,j,k)
- Cr i,j-1/2,k : là sức cản thấm trong hàng thứ i, lớp thứ k giữa các nút lưới (i,j-1,k) và (i,j,k)
- Kr i,j-1/2,k là hệ số thấm giữa các nút lưới (i,j,k) và (i,j-1,k)
- ∆c i ∆v k là diện tích bề mặt vuông góc với phương dòng chảy
- ∆r j-1/2 là khoảng cách giữa các nút lưới (i,j,k) và (i,j-1,k)
Phương trình sẽ được thiết lập cho các ô có mực nước thay đổi theo thời gian, tạo thành một hệ phương trình với số lượng phương trình tương ứng với số ô lưới Bằng cách giải hệ phương trình này với điều kiện ban đầu là mực nước h m-1 i,j,k, chúng ta có thể xác định mực nước h m i,j,k Qua từng bước, chúng ta có khả năng xác định mực nước cho bất kỳ thời điểm nào.
Hệ phương trình được giải bằng phương pháp lặp bằng cách chia nhỏ khoảng thời gian (tm-1, tm), từ đó thu được lời giải gần đúng cho hệ phương trình.
Khi thời gian tăng lên, giá trị h sẽ thay đổi Khi h đạt sự ổn định, tức là chênh lệch giữa hai bước thời gian liên tiếp nhỏ hơn giá trị cho phép, mực nước sẽ đạt cân bằng động và quá trình tính toán kết thúc Để đảm bảo phương pháp lặp hội tụ, bước thời gian được chọn theo cấp số nhân, giúp thừa số 1/(tm-1 - tm) tiến nhanh tới 0, từ đó các tổng liên quan đến thừa số này sẽ hội tụ.
* Điều kiện biên trong mô hình
Có 3 loại điều kiện biên chính như sau:
- Điều kiện biên loại I: là điều kiện biên áp lực trên đó được xác định trước (còn gọi là điều kiện biên Dirichlet)
Điều kiện biên loại II, hay còn gọi là điều kiện biên Neumann, là điều kiện biên lưu lượng được xác định trước Trong trường hợp không có dòng chảy, lưu lượng sẽ được xác định là bằng không.
Điều kiện biên loại III, còn được biết đến với tên gọi điều kiện biên Cauchy hoặc biên hỗn hợp, là điều kiện lưu lượng trên biên phụ thuộc vào sự thay đổi của áp lực.
Biên loại này mô phỏng dòng chảy giữa tầng chứa nước và nguồn nước, thường là sông hoặc hồ Nó cho phép nước chảy từ tầng chứa vào nguồn chứa, trong khi nước cũng có thể chảy ngược từ nguồn chứa vào tầng chứa nước Tuy nhiên, nguồn thấm này không phụ thuộc vào lưu lượng của sông.
Hệ số sức cản thấm của biên sông được thể hiện trong công thức:
- Criv: giá trị sức cản thấm
- K r : hệ số thấm theo phương thẳng đứng của lớp trầm tích đáy lòng
- L: chiều dài lòng sông trong ô
- W: chiều rộng lòng sông trong ô
- M: chiều dày của lớp trầm tích đáy lòng
Lưu lượng dòng thấm giữa sông và tầng chứa được tính theo công thức:
Qriv = Criv (Hriv - h) khi h>Rbot (8)
- Hriv: mực nước trong sông
- h: mực nước của tầng chứa ngay dưới đáy lòng sông
- Rbot: cốt cao đáy sông
Trong trường hợp mực nước của tầng chứa nằm dưới đáy sông thì lúc đó lưu lượng dòng thấm sẽ đạt ổn định và tính theo công thức:
Qriv = Criv (Hriv - Rbot) khi h ≤ Rbot (9)
Biên loại này hoạt động tương tự như biên sông, nhưng không cho phép nước thấm từ kênh vào tầng chứa Điều này có nghĩa là dòng thoát ra kênh Qd sẽ bằng không khi mực nước trong ô nhỏ hơn hoặc bằng cốt cao đáy kênh.
Khi mực nước nằm cao hơn đáy kênh thì lưu lượng dòng thoát ra kênh Qd sẽ được tính theo công thức:
Qd = Cd (h-d) khi h > d (10b) Đối với kênh thoát, giá trị sức cản thấm Cd được tính như đối với sức cản thấm của biên sông Cr
