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

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”

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

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

- 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

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:

=

∑( ) (1.7) nếu ca = cc = C thì =

∑( )= (1.8) với =

∑( ) (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

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:

= = = = (1.10) với = (1.11)

và từ (1.8): = , 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]

Bảng 1.1: Phân loại nước dưới đất theo độ tổng khoáng hóa

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

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

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

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

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

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

- 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

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

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 KT-

Tổng quan nghiên cứu về XNM nước ngầm

Xác định mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Nhân tố tự nhiên ảnh

hưởng tới XNM

Đánh giá hiện trạng

XNM nước ngầm

Xác định cơ chế XNM nước ngầm khu vực nghiên cứu

Nhân tố nhân sinh ảnh hưởng tới XNM

Xác định không gian địa lý

tự nhiên của nước ngầm bị

nhiễm mặn Khảo sát thực địa

Đề xuất giải pháp bảovệ,sử dụng hợp lý nước ngầm Lựa chọn phương pháp nghiên cứu

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

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

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:

F x =C* v x n e (2.1)

Trong đó:v x n e - 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)

x

C v t

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

t o

x+a x-a

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:

x

C D t

- sự thay đổi nồng độ theo thời gian

Trong môi trường lỗ hổng, quá trình khuếch tán xảy ra không nhanh như trong 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 * = D d (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 * = c 2 /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:

( ) 2(D*t)1/2

x erfc C

C i x t  o

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

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:

erfc (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

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

tán thấm ()

Hệ số phân tán cơ h

2.1.3 Quá trình phân tán thu

Quá trình khuếch tán phân t

Vai trò của khuếch tán phân t

hòa tan hoạt động như m

chiều (hình 2.4)

Hình 2.4: Quá trình phân tán

Diễn biến của quá trình phân tán và

Khi ch khuế

phân tán cơ học = hệ số phân tán thấm x vận tốc thấm trung bình

Quá trình phân tán thuỷ động lực

ch tán phân tử và quá trình phân tán cơ học trong dòng ng

n nhau Thông số đặc trưng cho quá trình này g

ờng dòng trong môi trường

ới tác dụng của quá trình phân

ủy động lực hiện qua công thức:

D L = L v i + D * (2.9)

D T = T v i + D * (2.10)

số phân tán thuỷ động lực

hệ số phân tán thuỷ đông

c theo phương vuông góc dòng chảy; T - hệ số

ố phân tán ngang; D* - hệ

ch tán phân tử và phân tán cơ học đối với t

ng như một chất chỉ thị trong môi trường lỗ hổng v

: Quá trình phân tán đối lưu của chất hòa tan trong dòng m

chiều

a quá trình phân tán và đối lưu được biểu diễn trên

khoảng cách x

Khi chỉ có quá trình ếch tán phân tử

Vị trí V c tại thời đi

Khi có quá trình phân tán

m trung bình

c trong dòng ngầm luôn ình này gọi là hệ số phân tán

i tỷ số Ci/Co của chất

ng với điều kiện dòng 1

òa tan trong dòng một

trên hình 2.5

trí V của lượng nước

i điểm t

Khi có quá trình phân tán

Hình 2.5: Sự dịch chuyển chất hòa tan do quá trình đối lưu và phân tán

Lượng chất tan ngay lập tức xuất hiện trong tầng chứa nước vào thời điểm to với

khoảng cách (x=0+a), nồng độ ban đầu là C0 Dòng ngầm vận động theo kiểu piston

đưa chất bẩn đi theo Trong quá trình vận động, dải chất bẩn mở rộng cùng với lượng

chất bẩn theo thời gian, được biểu thị dưới dạng phương trình sau:

dxdy dz z

F F dxdz dy y

F F dzdy dx x

F

z y

y x

F dydxdz y

F dxdzdy x

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

t

C n z

F y

F x

F

e z y x

v x C v x C v x z

C D z y

C D y x

t2>t1>to t2

x2 x1

Phương trình trên là phương trình vận chuyển vật chất 3 chiều theo định luật bảo toàn khối lượng, không chịu tác động của quá trình sinh học hay phân huỷ phóng xạ Trong môi trường đồng nhất Dx, Dy, Dz không thay đổi theo không gian Hơn nữa

do hệ số phân tán thuỷ động lực là một hàm số của hướng dòng chảy, ngay cả khi môi trường đẳng hướng đồng nhất, Dx Dy Dz Đối với dòng một chiều, trong môi trường

lỗ hổng, đồng nhất, đẳng hướng, phương trình trên được viết là:

t

C x

C v x

2

(2.18) Đối với dòng hai chiều:

t

C x

C v y

C D x

2 2

2

(2.19)

DL - thông số phân tán thuỷ động lực dọc theo phương dòng chảy (dọc);

DT - thông số phân tán thuỷ động lực vuông góc với phương dòng chảy (ngang) Với dạng toạ độ cực ta có phương trình:

t

C r

C U r

C r

D r

C D

2.1.5 Quá trình phân rã

Quá trình phân rã bao gồm quá trình các chất hòa tan bị vi khuẩn phân hủy và tham gia vào các phản ứng ô xy hóa - khử, quá trình phân rã của các chất phóng xạ Hầu hết nước ngầm dễ bị ô nhiễm các chất hữu cơ chứa hydrocacbon Các hydro cacbon tạo điều điều kiện cho sự phát triển của vi khuẩn, chúng cung cấp năng lượng cho vi khuẩn tạo nên màng sinh học trên bề mặt chất rắn trong tầng chứa nước

NDĐ có thể có chứa các chất phóng xạ Những chất phóng xạ mang ion dương khi tiếp xúc với bề mặt đất đá sẽ làm cho quá trình di chuyển chậm lại Hơn nữa, chúng còn bị ảnh hưởng bởi quá trình phân rã phóng xạ làm giảm nồng độ của chất

phóng xạ trong cả hai giai đo

2.1.6 Ranh giới mặn

Khái niệm của Baydon W

nhạt dưới đất vùng ven bi

cân bằng thủy tĩnh với nư

là đường cong thoải, hướ

(≈1,000g/cm3), g - gia tốc tr

Từ các phương trình trên chúng ta nh

hai giai đoạn hòa tan và hấp phụ

ới mặn - nhạt nước dưới đất vùng ven biển

a Baydon W - Giben (1091) mô phỏng điều ki

t vùng ven biển và xác định giữa khối nước nhạt trong đ

i nước biển, ranh giới tiếp xúc giữa nước nhạt lớng từ biển vào lục địa, dọc theo đường tiế

) Độ sâu lý thuyết phân bố ranh giới “m

c tính toán như sau:

c NDĐ so với mực nước biển là z; độ sâu của nư

t kỳ nào đó dưới mực nước biển là h, thì áp l

A = (h - z)m.g ờng ranh giới giữa nước mặn và nước nh

ớc nhạt gây ra sẽ là:

pB = (h - z)n.g + z.n.g

Nguồn: theo Fetter C.W (1993)

2.6: Vận động của nước dưới đất vùng ven bi

m

z h

n

z z h

t trong đất liền luôn có sự

t lục địa và nước biển

Như vậy, đối với mộ

thể xác định được một cách tương đ

2.7) Tuy nhiên, trong trong trư

nhiều lớp chứa nước và cách nư

ĐCTV” như một số nơi thu

của nhiều yếu tố tự nhiên và nhân t

trung gian của XNM Có th

xâm nhập của nước biển vào nư

Hình 2.8: Những nhân tố

ột tầng chứa nước đồng nhất về tính thấm, khi bi

t cách tương đối ranh giới mặn - nhạt NDĐ vùng ven bi

n, trong trong trường hợp ngược lại, tầng chứa nước không đ

c và cách nước nằm xen kẽ nhau hoặc xuấnơi thuộc vùng nghiên cứu thì kết quả tính toán không tuân theo ) Khi đó, để xác định được ranh giới mặn nhạt ph

a từ nhiều phương pháp khác

n; 2 Bề mặt tự do của nước nhạt dưới đất; 3 Ranh gi

ồ quan hệ giữa nước nhạt – mặn dưới đất v

hình thành xâm nhập mặn nước ngầm vùng ven bi

m diễn ra tại khu vực ven biển rất phức tạp, chúng chnhiên và nhân tạo, trộn lẫn nước nhạt và nư

Có thể tổng hợp khái quát các nhân tố tác đ

n vào nước ngầm như trên hình 2.8

ập mặn vùng ven biển

kỳ Đệ Tứ Phần phía Bắc mở rộng và hẹp dần vào phía Nam, cụ thể như sau:

- Phía Bắc được giới hạn bởi sông Lam và sông La có chiều dài 47 km (từ xã Đức Châu, huyện Đức Thọ đến xã Xuân Hội, huyện Nghi Xuân);

- Phía Nam chắn bởi Đèo Ngang thuộc nhánh Hoành Sơn của dãy Trường Sơn;

- Phía Đông tiếp giáp với biển Đông với đường bờ biển dài 137 km;

- Phía Tây giáp vùng đồi núi thấp

Với diện tích tự nhiên khoảng 1.900 km2, phân bố trải dài từ Bắc vào Nam trên 8 đơn vị hành chính cấp huyện là Nghi Xuân, TX Hồng Lĩnh, Đức Thọ, Can Lộc, Thạch

Hà, Lộc Hà, Tp Hà Tĩnh, Cẩm Xuyên, Kỳ Anh (hình 2.9)

Khu vực nghiên cứu có dạng dải kéo dài song song với bờ biển, bề mặt địa hình không bằng phẳng, bị chia cắt bởi các cửa sông ven biển như Cửa Hội, Cửa Sót, Cửa Nhượng và Cửa Khẩu

Hình 2.9: Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu

2.2.2 Đặc điểm địa chất

1) Cấu trúc - kiến tạo

Phức hệ tân kiến tạo Paleozoi sớm (O 3 -S 1 sc)

Phân bố chủ yếu ở phía Nam thị trấn Kỳ Anh Ngoài ra còn gặp rải rác ở Nam sông Rác, các đồi nhỏ ở Tây Bắc Thiên Cầm, Cẩm Quang, Rú Hội Thành phần vật chất gồm các trầm tích lục nguyên thuộc hệ tầng Sông Cả (O3-S1sc) Chiều dày 2500- 3000m Đá bị biến chất thuộc mức tướng đá phiến lục, bị uốn nếp mạnh, thế nằm cắm chủ yếu về hướng Tây Nam thành các cánh đơn nghiêng Thành tạo lục nguyên dạng flysh này được tạo nên trong điều kiện khá bình ổn

Phức hệ tân kiến tạo Mesozoi giữa (T 3 n - J 1-2 )

Phân bố chủ yếu ở phía Đông Bắc vùng nghiên cứu, ở động Ba Cụp - phía Tây núi Động Đâm Thành phần vật chấtgồm các thể granitoit phức hệ PhiaBioc và các trầm tích lục nguyên hạt thô màu nâu đỏ, đỏ của hệ tầng Động Trúc (J1-2đt) Các thành

tạo kể trên hình thành trong các bồn trũng lục địa, đặc trưng cho quá trình tạo núi Phức hệ tân kiến tạo Kainozoi (KZ)

Phân bố với diện tích lớn (600km2) ở đồng bằng Cẩm Xuyên và Kỳ Anh Bao gồm các thành tạo lục nguyên tuổi Neogen và trầm tích bở rời tuổi Đệ tứ, có bề dày từ vài mét đến hàng trăm mét

-Vùng nâng: Vùng phía Bắc Voi tạo nên địa hình cao, với cấu trúc địa chất đa

dạng, diện mạo khác hẳn vùng phía Bắc (Cẩm Xuyên)

- Vùng hạ: Vùng nghiên cứu không có nếp lõm lớn mà chỉ tồn tại 2 bồn trũng trầm

tích gồm: Vùng Cẩm Phúc, Cẩm Hà, Cẩm Lộc (Cẩm Xuyên), với độ sâu trầm tích đạt đến 34,3m của các kiểu nguồn gốc khác nhau như sông, sông biển, sông biểu đầm lầy; Vùng Kỳ Lợi gồm trầm tích Đệ tứ cũng đạt đến 25,30m

Ngoài ra, ở vùng phía Bắc còn tồn tại một số vùng sụt lún địa phương nhỏ như ở

xã Cẩm Duệ, Cẩm Hưng, Kỳ Phong và một số vùng nâng địa phương nhỏ như ở xã Thạch Lâm (Thạch Hà), xã Cẩm Quan (Cẩm Xuyên) [26]

Khu vực nghiên cứu có đứt gãy phương á vĩ tuyến từ phía Nam núi Đỉnh Trương theo hướng Đông qua thị trấn Cẩm Xuyên đến Cửa Nhượng Chiều dài 30km

2) Đặc điểm thạch học

Thành phần thạch học quyết định đến dạng tồn tại, mức độ chứa nước cũng như quá trình hình thành trữ lượng và thành phần hóa học của NDĐ nói chung và nước ngầm nói riêng Các trầm tích thường tạo nên các tầng chứa nước liên tục với mức độ tàng trữ nước khác nhau NDĐ vận động trong môi trường lỗ hổng của các trầm tích

Đệ tứ mang đặc điểm của nước chảy tầng và phần lớn hình thành những tầng chứa nước không có áp lực (tầng trên) và có áp lực cục bộ (tầng dưới) tạo nên một hệ thống

thủy lực ngầm liên tục trong toàn vùng Đó là một thực thể bất đồng nhất, bao gồm những vật liệu thấm và cách nước xen kẽ nhau

Bảng 2.1: Thành phần độ hạt của đất đá và mức độ chứa nước

(mm)

Độ lỗ hổng

Sông biển Cát, sét 0,24 25 - 35 Trung bình

Nguồn: [33] Như vậy, thành phần độ hạt của đất đá quyết định tính chứa nước của chúng Thành phần cát hạt trung đến thô có khả năng chứa nước tốt nhất, hay nói cách khác, các trầm tích cát vùng ven biển là môi trường thuận lợi hình thành nên tầng chứa nước

có triển vọng khai thác cũng như quá trình vận động của nước và các chất tan trong nước

Đặc điểm thạch học khu vực nghiên cứu được mô tả theo các thành tạo địa chất như sau:

Hệ Đệ tứ

Trầm tích Đệ Tứ ở khu vực nghiên cứu có bề dày khá lớn thuộc nhiều kiểu nguồn

gốc khác nhau tạo nên, cụ thể là:

- Trầm tích sông - lũ (apQ 1 1 ): Tầng trầm tích này không lộ trên bề mặt, chỉ bắt

gặp ở vùng Kỳ Anh từ độ sâu 16,4 đến 24,8m, dày 8,4m

+ Thành phần vật chất gồm : cuội, sỏi, cát, sét, lẫn ít tảng Cuội sỏi chiếm 70%, kích thước 3-6cm, có khi đến 8-10cm Độ chọn lọc kém, mài mòn từ kém đến khá tốt

60-+ Thành phần khoáng vật cuội sỏi: thạch anh 60-70%, vật chất khác 40% Phần hạt mịn: cát, bột, sét phong hoá mạnh và có kết vón laterit màu nâu xám Bề dày trung bình 8,0m

- Trầm tích sông (aQ 1 2-3 ): Tầng trầm tích này phân bố ở phía Đông Nam thị trấn

Kỳ Anh có diện tích khoảng 28km2, độ cao từ 10-17m, là bề mặt chuyển tiếp giữa núi Hoành Sơn và đồng bằng Kỳ Anh

+ Thành phần thạch học: cuội, sạn, cát, bột sét màu nâu vàng Có thể chia tầng

trầm tích này thành 2 phần:

 Phần dưới: cuội sạn lẫn ít tảng và bột sét màu xám vàng

 Phần trên: cát bột sét lẫn ít sạn, có nơi bị phong hoá tạo kết vón laterit Dày 3,7m

- Trầm tích sông biển (amQ 1 3 ): Trầm tích này phân bố rộng ở ven rìa đồng bằng

Kỳ Anh, Cẩm Xuyên Diện lộ 80km2

+ Thành phần thạch học chính: bột sét lẫn ít sạn sỏi và kết vón laterit màu nâu, nâu vàng, xám trắng Trầm tích được thành tạo trong môi trường lợ - mặn, tuổi Pleistocen muộn, nguồn gốc sông - biển (amQ13) Trầm tích sông - biển phủ chỉnh hợp lên các trầm tích sông Pleistocen giữa - muộn (aQ12-3), phía trên bị các trầm tích trẻ hơn phủ bất chỉnh hợp Phần lộ bị phong hoá mạnh, có màu sắc loang lổ và tạo kết vón laterit Bề dày trung bình: 7,0m

- Trầm tích biển (mQ 2 1-2 ):Phân bố thành dải lộ trên bề mặt và ven theo bờ biển

các xã Kỳ Phương, Kỳ Phú (Kỳ Anh), Cẩm Huy, Cẩm Tiến, Cẩm Sơn, Cẩm Trung (Cẩm Xuyên), Thạch Lưu, Thạch Hương (Thạch Hà) với độ cao 2-3m Diện lộ 28km2 + Thành phần vật chất gồm cát hạt mịn đến thô màu xám tro, xám trắng Bề dày trung bình của trầm tích này qua thống kê của các lỗ khoan là 10,0m.Trầm tích Holocen muộn phân bố chủ yếu ở phần thấp của đồng bằng Cẩm Xuyên và Kỳ Anh, chúng liên quan đến các dòng chảy và trầm tích biển hiện đại Gồm các loại nguồn gốc sau:

- Trầm tích sông (aQ 2 3 ): Có diện tích hẹp, phân bố dọc theo các sông suối lớn và

các nhánh của chúng trên bề mặt đồng bằng, chủ yếu là sông Cửa Sót, Cửa Nhượng và các phụ lưu của chúng Diện lộ 46km2

+ Thành phần thạch học chính: cuội, sạn, cát, bột sét màu xám Bản chất tầng trầm tích này gồm 2 tướng:

 Tướng lòng sông: chủ yếu là các trầm tích hạt thô hơn gồm cuội, sỏi, tảng

và cát Độ chọn lọc kém, độ mài mòn từ kém đến trung bình Thành phần khoáng vật: đa khoáng

 Tướng bãi bồi: chủ yếu là cát bột lẫn sét Bề dày trung bình: 1,86m

- Trầm tích sông - biển (amQ 2 3): Đây là tầng trầm tích lộ hoàn toàn trên bề mặt, phân bố ở đồng bằng ven biển Kỳ Anh, Cẩm Xuyên Ở đồng bằng Kỳ Anh chúng được khống chế tới độ sâu 10,0m Diện lộ 20km2

+ Thành phần thạch học chính gồm cát lẫn bột sét màu xám đen, xám nâu Ở vùng Cẩm Xuyên, trầm tích sông biển này lộ ở xã Cẩm Phúc, Cẩm Nam Bề dày trung bình 4,4m

- Trầm tích biển- gió (mvQ 2 3 ): Phân bố gần bờ biển hiện đại, có hướng song song

với đường bờ, nhiều chỗ nổi cao dạng một con đê chắn sóng từ Cẩm Xuyên vào đến

Kỳ Anh Độ cao từ 5-15m, cá biệt có nơi cao 22,0m (ở phía Bắc xã Kỳ Phương - huyện Kỳ Anh) Chiều rộng từ 300- 500m, nơi rộng nhất ở vùng Cẩm Hoà (Cẩm Xuyên) đến 2.500m Diện lộ 38km2

+ Thành phần thạch học gồm cát thạch anh hạt mịn đến trung màu xám vàng, nhiều nơi lẫn mảnh vỏ sò ốc vụn nát Độ mài tròn, chọn lọc trung bình Bề dày trung bình của tầng trầm tích này khoảng 11,0m

- Trầm tích biển hiện đại (mQ 2 3 ): Phân bố thành dải dọc bờ biển hiện đại, nơi tiếp

giáp với trầm tích biển gió, bề rộng thay đổi từ 10-200m tuỳ thuộc vào mực nước thuỷ triều lên xuống Diện lộ 8km2

+ Thành phần trầm tích gồm cát thạch anh màu xám Cát hạt mịn đến thô, độ chọn lọc mài mòn trung bình, chứa các mảnh vỡ ốc biển, có khi còn nguyên cả mảnh Nhiều nơi quan sát thấy khoáng vật ilmenit màu đen, hạt nhỏ nằm trên bề mặt lớp cát

Bề dày trung bình của tầng trầm tích này 3,9m

Hệ tầng Yên Mỹ (amQ 1 3 ym)

Trong đới trầm tích Đệ Tứ ở khu vực nghiên cứu còn có mặt của hệ tầng Yên Mỹ (Q13ym), sản phẩm là sỏi, sạn, cát, sét, bột loang lổ dày từ 5 - 30 m được phân bố rộng

chiếm diện tích chủ yếu của địa chất đệ tứ, hình thành dải đồng bằng rộng kéo dài xuyên suốt khu vực nghiên cứu

Hệ tầng Mường Hinh (J 3 mh)

Thành tạo Jura không phân chia này phân bố rải rác trong khu vực nghiên cứu, các khối nhỏ tại xã Trung Lương, Đậu Liêu (TX Hòng Lĩnh), Tân Lộc, Hồng Lộc (Can Lộc), khối lớn kéo dài từ xã Kỳ Hà đến xã Kỳ lợi (Kỳ Anh) Thành phần chủ yếu là đá phun trào axit và tuf Độ dày 600 -700 m Sản phẩm có nguồn gốc núi lửa thuộc trầm

tích lục địa màu đỏ thuộc phức hệ Bản Muồng pha 1 (J-K bm 1), có sản phẩm chủ yếu là granit amphibol dạng porphyr, granophyr xuất hiện rất ít ở khu vực nghiên cứu

phân hệ tầng trên (T 2 ađt 2 ) phân bố ở vùng núi Dọc, núi Cửa Trường, núi Động Châu

và phân bố thành dải ở phía Tây Nam núi Động Choác, Đông Nam núi Đỉnh Trương Diện lộ tổng cộng khoảng 31km2 Thành phần thạch học gồm ryodacit porphyr bị ép, ryolit porphyr bị ép và tuf của chúng màu xám, xám xanh xen lẫn các lớp cát kết, bột

kết, sét kết màu vàng, nâu vàng Xen lẫn với hệ tầng Đồng Trầu là phức hệ phức hệ Phia Bioc pha1 (aT3npb1) sản phầm là granit sẫm mầu, granit biotit, granodiorit hạt vừa - lớn

Hệ tầng Sông Cả (O 3 - S 1 sc)

Phân bố khá rộng rãi trong vùng, nhất là ở phía Nam thị trấn Kỳ Anh Ở phía Tây Bắc, phân bố thành dải hẹp ở phía Nam sông Rác và lộ thành các đồi nhỏ như đồi 81m (Cẩm Quang), Rú Hội (thị trấn Cẩm Xuyên), Rú Đụn (TB Thiên Cầm) Ngoài ra còn thấy ở phần phía Tây Bắc núi Thiên Cầm, nơi tiếp giáp với phức hệ magma PhiaBioc Diện tích phân bố trên mặt 68km2 Thành phần thạch học gồm đá phiến sét silic, đá phiến sét đen chứa nhiều vật chất hữu cơ, đá phiến thạch anh felspat Đá có cấu tạo

dạng phiến, cứng chắc, giòn, nứt nẻ vừa Bề dày 580-600m

3)Các thành tạo magma

Phức hệ PhiaBioc (T 3 npb)

Lộ ra chủ yếu ở phía Bắc, sát biển, từ núi Rác, núi Voi, Rú Cửa đến núi Vàng, núi Động Cơ đến đuôi núi Thằn Lằn Ngoài ra còn phân bố ở núi Thiên Cầm và một chỏm nhỏ dạng đồi sót ở xã Cẩm Quang Ở phía Nam bắt gặp phức hệ này ở Tây núi Động Đâm Tổng diện tích khoảng 44km2

Hình 2.10: Sơ đồ địa chất khu vực nghiên cứu

2.2.3 Đặc điểm địa chất thuỷ văn

Vùng ven biển Hà Tĩnh tồn tại ba tầng chứa nước chính thuộc các trầm tích Đệ tứ

là tầng Holocen thượng (qh2), Holocen hạ (qh1) và tầng Pleistocen (qp) [29]

- Tầng chứa nước qh2: phân bố thành dải kéo dài theo bờ biển từ huyện Nghi

Xuân đến huyện Kỳ Anh, có chiều rộng từ 1 - 2km đến 5 - 6km, diện phân bố khoảng trên 500km2 Thành phần đất đá chứa nước là cát hạt mịn (nhỏ) đến thô (lớn), chiều dày tầng này tăng dần về phía biển đến độ sâu 25m, trung bình 13m Đây là tầng chứa nước không áp, mức độ chứa nước từ trung bình đến nghèo (lưu lượng trong khoảng 5

- 0,5l/s), gương nước có xu hướng lặp lại bề mặt địa hình Mực nước ngầm thường gặp

ở độ sâu 4 - 5m, nước vận động ra hai phía, phía Đông thoát ra biển và phía Tây chảy

ra hệ thống sông suối địa phương Động thái nước dưới đất chịu tác động của thủy triều, biên độ có thể đạt tới 0,5m, ngoài ra, chúng còn biến đổi theo mùa, chênh lệch mực nước giữa mùa mưa và mùa khô từ 0,3 - 5,2m

- Tầng chứa nước qh1: đất đá chứa nước gồm các trầm tích hạt thô có nguồn gốc

sông (aQ21-2), biển - đầm - lầy (mbQ21-2), sông - biển (amQ21-2) và biển (mQ21-2), thành phần đa dạng: cát hạt mịn, hạt trung, hạt thô có chứa nhiều di tích hữu cơ, có nơi phần đáy lớp gặp sạn, sỏi Thường trong các lỗ khoan ở vùng đồng bằng bắt gặp các lớp cát, bùn cát, bùn sét nằm xen kẽ nhau với chiều dày một vài mét đến 5 - 6m Tuy nhiên, tại phía Đông đường 1A thuộc địa phận các xã Thạch Hội (Thạch Hà), Cẩm Hòa, Cẩm Yên, Cẩm Nam, Cẩm Long, Cẩm Phúc (Cẩm Xuyên) đã phát hiện lớp cát khá dày đạt tới 20m Tầng chứa nước không lộ trên mặt, bị phủ hoàn toàn bởi các thành phần hạt mịn hơn như sét, sét pha phía trên và nằm trực tiếp trên tầng sét loang lổ bị laterit hoá rất mạnh của hệ tầng Yên Mỹ Tầng chứa nước phân bố rộng rãi, bắt gặp ở nhiều nơi nhưng phát triển không liên tục mà tạo thành những thấu kính hoặc những dải riêng biệt, có diện tích khác nhau Vùng trung tâm đồng bằng ở Cẩm Xuyên, Thạch Hà là nơi có có tầng chứa nước qp1 lớn hơn cả và bề dày cũng lớn hơn, phân bố ở độ sâu từ 0,5 - 9,0m, chiều dày trung bình khoảng 20m Lưu lượng các lỗ khoan trong tầng chứa nước đạt từ dưới 0,5l/s đến 5l/s, được xếp vào loại nghèo nước Nguồn cung cấp cho tầng là nước mưa (được thấm xuyên qua các lớp cách nước yếu và qua các giếng dân đào) và từ các sông suối, các tầng chứa nước có quan hệ, các nơi tiếp xúc của tầng với các tầng chứa nước khe nứt đá gốc ở vùng ven rìa Miền thoát là các sông suối, các tầng chứa nước liền kề và các tầng chứa nước nằm dưới

- Tầng chứa nước qp: đất đá chứa nước gồm các tập hợp hạt thô có nguồn gốc

sông (aQ12-3), sông - biển (amQ11-2) Thành phần gồm các hạt nhỏ, trung thô (lớp trên)

và cuội, sỏi, sạn (lớp dưới) Phần lớn diện phân bố bị phủ bởi các trầm tích trẻ hơn Nhiều nơi nằm trực tiếp lên nền đá gốc Nó phân bố khá rộng rãi trong vùng nhưng

không liên tục mà tạo thành những khu, những dải riêng có diện tích khác nhau Tầng

qp được tạo thành trong những lòng chảo, những thung lũng rộng ở vùng đồng bằng và dọc theo các sông, suối cổ ở địa bàn Hà Tĩnh Độ sâu bắt gặp tầng chứa nước nhỏ nhất 6,0m tại lỗ khoan BV207 (vùng Bãi Vọt), lớn nhất 55,20m ở lỗ khoan V121 và 61,70m ở

lỗ khoan V122 (vùng Xuân Viên) Chiều dày nhỏ nhất 3,0m ở lỗ khoan HK30 (thành phố

Hà Tĩnh); lớn nhất 33,5m ở lỗ khoan HK28 (Thạch Long) Lưu lượng các lỗ khoan từ dưới 0,5l/s đến 13,73l/s, trung bình đạt 5l/s Tầng qp được xếp vào loại chứa nước trung bình Nguồn cung cấp cho tầng là nước mưa, sông suối, các tầng chứa nước đá

gốc tiếp xúc ở bên sườn, các tầng chứa nước nằm trên thông qua các “cửa sổ” ĐCTV

Miền thoát là sông, biển

Trữ lượng NDĐ: Trữ lượng NDĐ được đánh giá qua trữ lượng tĩnh (Qt) và trữ

lượng động (Qđ) Do còn bị hạn chế về mặt số liệu, nên chỉ tính cho 1 số tầng chứa nước có triển vọng cung cấp nước Các công thức được sử dụng tính toán như sau:

Qt = µ.V (2.28) Trong đó: µ - hệ số nhả nước; V – thể tích tầng chứa nước

V = m.F (2.29) Trong đó: m – chiều dầy tầng chứa nước hay chiều cao áp lực (h), m; F - diện tích tầng chứa nước, m2;(chỉ tính cho F có M<1 g/l)

Qđ = Mo.F, m3/ng (2.30) Trong đó: Mo – Mô đun dòng ngầm,l/s/km2; F- diện tích tầng chứa nước, m2Kết quả tính toán cụ thể như sau:

Bảng 2.2: Trữ lượng tĩnh nước dưới đất khu vực nghiên cứu