Nghiên cứu xâm nhập mặn nước ngầm khu vực ven biển tỉnh hà tĩnh và đề xuất các giải pháp bảo vệ sử dụng hợp lý

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN ĐỨC NÚI NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH HÀ TĨNH VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ SỬ DỤNG HỢP LÝ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN ĐỨC NÚI NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH HÀ TĨNH VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ SỬ DỤNG HỢP LÝ Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên 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 trình học tập thực luận văn tốt nghiệp cao học, thân quan tâm giúp đỡ tận tình thầy cô giáo Khoa Địa lý, Ban giám hiệu trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội Viện Khoa học vật liệu Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới TS Phan Văn Trường người trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt bảo kiến thức chuyên môn thiết thực dẫn khoa học quý báu Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô bạn bè đồng nghiệp, quan cơng tácvà gia đình động viên, giúp đỡ nhiệttình mặt thời gian, tinh thần kinh nghiệm chuyên môn đề hoàn thành luận văn Hà Nội, ngàytháng 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 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu .1 Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cơ sở tài liệu cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM3 1.1 Các khái niệm 1.2 Cơ chế xâm nhập mặn nước đất .5 1.2.1 Các trình dịch chuyển chất hòa tan 1.2.2 Quá trình phân tán học 1.2.3 Quá trình phân tán thuỷ động lực .8 1.2.4 Quá trình hấp phụ .10 1.2.5 Quá trình phân rã 10 1.2.6 Ranh giới mặn - nhạt nước đất vùng ven biển 11 1.3 Cơ sở lý thuyết mơ hình tốn học dịng ngầm 12 1.4 Mơ hình nhiễm mặn nước ngầm 19 1.4.1 Cơ sở lý thuyết dịch chuyển vật chất hịa tan 19 1.4.2 Mơ hình dịch chuyển vật chất 24 1.5 Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn 26 1.5.1 Ngoài nước 26 1.5.2 Tại Việt Nam .29 1.6 Lịch sử nghiên cứu ĐC, ĐCTV xâm nhập mặn vùng nghiên cứu 31 1.7 Quy trình nghiên cứu 33 1.8 Phương pháp nghiên cứu 34 CHƯƠNG 2:ĐIỀU KIỆN HÌNH THÀNH XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM KHU VỰC VEN BIỂN HÀ TĨNH 36 2.1 Các nhân tố hình thành xâm nhập mặn nước ngầm vùng ven biển Hà Tĩnh .36 2.1.1 Vị trí địa lý 36 2.1.2 Đặc điểm địa chất .39 2.1.3 Đặc điểm địa chất thuỷ văn 45 2.1.4 Đặc điểm địa hình trình địa mạo 49 2.1.5 Đặc điểm khí hậu 49 2.1.6 Chế độ thuỷ văn- hải văn 54 2.1.7 Đặc điểm thổ nhưỡng 55 2.1.8 Thảm thực vật 56 2.2 Các yếu tố nhân tạo ảnh hưởng tới trình xâm nhập mặn nước ngầm khu vực nghiên cứu 57 2.2.1.Hoạt động dân sinh 57 Những ảnh hưởng hoạt động nhân sinh đến nguồn nước vùng ven biển Hà Tĩnh tổng hợp Bảng 2.9 57 2.2.2.Hoạt động nông – lâm nghiệp 59 2.2.3 Nuôi trồng hải sản .60 2.2.4 Hoạt động công nghiệp .61 CHƯƠNG 3:ĐẶC ĐIỂM XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM VÀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ, SỬ DỤNG HỢP LÝ 63 3.1 Thành lập chỉnh lý mô hình nhiễm mặn nước ngầm vùng ven biển Hà Tĩnh 63 3.1.1 Sơ đồ hố điều kiện mơ hình 63 3.1.2 Xây dựng cập nhật liệu đầu vào mơ hình 64 3.2 Kết chỉnh lý mơ hình .76 3.2.1 Chỉnh lý toán ổn định 76 3.2.2 Chỉnh lý tốn khơng ổn định .77 3.3 Hiện trạng xâm nhập mặn nước ngầm vùng ven biển Hà Tĩnh 78 3.4 Kết dự báo xâm nhập mặn nước ngầm theo thời gian 83 3.5 Đề xuất giải pháp bảo vệ, sử dụng hợp lý tài nguyên nước ngầm vùng ven biển Hà Tĩnh 89 3.5.1 Các giải pháp hạn chế, khắc phục trình xâm nhập mặn .89 3.5.2 Một số giải pháp khai thác sử dụng nước bảo vệ môi trường 92 KẾT LUẬN .100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 PHỤ LỤC 107 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Phân loại nước đất theo độ tổng khống hóa .5 Bảng 2.1: Thành phần độ hạt đất đá mức độ chứa nước 40 Bảng 2.2: Trữ lượng tĩnh nước đất khu vực nghiên cứu .46 Bảng 2.3: Trữ lượng động nước đất khu vực nghiên cứu 46 Bảng 2.4: Lượng mưa tháng, năm trung bình nhiều năm 50 Bảng 2.5: Nhiệt độ khơng khí trung bình nhiều năm 52 Bảng 2.6: Số nắng trung bình nhiều năm 52 Bảng 2.7: Độ ẩm không khí trung bình nhiều năm .53 Bảng 2.8: Thống kê số sơng khu vực nghiên cứu .54 Bảng 2.9:Các ảnh hưởng hoạt động nhân sinh đến nước ngầm 58 Bảng 2.10: Dân số theo đơn vị hành 59 Bảng 2.11: Danh mục hồ chứa có khu vực nghiên cứu 60 Bảng 2.12: Danh mục đập dâng có khu vực nghiên cứu 60 Bảng 2.13: Thống kê khu cơng nghiệp có khu vực nghiên cứu 61 Bảng 3.1: Điều kiện khai thác nước ngầm vùng ven biển Hà Tĩnh 74 Bảng 3.2: Xác định thời gian xâm nhập mặn theo lưu lượng khai thác khoảng cách đến ranh giới mặn - nhạt 95 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Q trình dịch chuyển chất hòa tan theo thời gian ảnh hưởng trình khuếch tán .5 Hình 1.2: Đồ thị dự báo đường nồng độ trình khuếch tán phân tử Hình 1.3: Đường dịng môi trường lỗ hổng tác dụng trình phân tán thủy động lực Hình 1.4: Quá trình phân tán đối lưu chất hịa tan dịng chiều Hình 1.5: Sự dịch chuyển chất hịa tan q trình đối lưu phân tán .9 Hình 1.6: Vận động nước đất vùng ven biển 11 Hình 1.7: Sơ đồ quan hệ nước nhạt – mặn đất vùng ven biển 12 Hình 1.8: Ơ lưới loại mơ hình 14 Hình 1.9: Ơ lưới i,j,k ô bên cạnh 15 Hình 1.10: Sơ đồ giải hệ phương trình vi phân 16 Hình 1.11: Mặt cắt biểu diễn điều kiện biên sơng .17 Hình 1.12: Mơ mơ hình .17 Hình 1.13: Điều kiện biên tổng hợp (GHB) mơ hình 18 Hình 1.14: Quy trình nghiên cứu 34 Hình 2.1: Những nhân tố hình thành xâm nhập mặn vùng ven biển 36 Hình 2.2: Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu 38 Hình 2.3: Sơ đồ địa chất khu vực nghiên cứu .44 Hình 2.4: Sơ đồ địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu 47 Hình 2.5: Biểu đồ lượng mưa từ 2009 -2013 trạm đo 50 Hình 2.6: Biểu đồ nhiệt độ - độ ẩm năm 2013 trạm Hà Tĩnh 54 Hình 2.7: Tỷ lệ phần trăm nhóm đất khu vực nghiên cứu 56 Hình 3.1: Lưới phân sai mơ hình 63 Hình 3.2: Sơ đồ hóa tầng chứa nước bình đồ mặt cắt 64 Hình 3.3: Bản đồ phân vùng hệ số thấm lớp 66 Hình 3.4: Bản đồ phân vùng hệ số thấm lớp 67 Hình 3.5: Bản đồ phân vùng hệ số thấm lớp 68 Hình 3.6: Bản đồ phân vùng hệ số nhả nước lớp .69 Hình 3.7: Bản đồ phân vùng hệ số nhả nước lớp .70 Hình 3.8: Bản đồ phân vùng hệ số nhả nước lớp .71 Hình 3.9: Giá trị bổ cập bốc khu vực nghiên cứu 72 Hình 3.10: Điều kiện biên nồng độ chất tan 75 Hình 3.11: Mực nước ban đầu tính tốn mơ hình 77 Hình 3.15: Dự báo xâm nhập mặn thời điểm năm 2020 tầng qh 85 Hình 3.16: Dự báo xâm nhập mặn thời điểm năm 2020 tầng qp 86 Hình 3.17: Dự báo xâm nhập mặn thời điểm năm 2030 tầng qh 87 Hình 3.18: Dự báo xâm nhập mặn thời điểm năm 2030 tầng qp 88 Hình 3.19: Khai thác nước đất giếng tia 97 Hình 3.20: Khai thác nước đất hành lang thu nước nằm ngang 97 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BĐKH Biến đổi khí hậu KT – XH Kinh tế - xã hội ĐBBB Đồng Bắc Bộ ĐB – TN Đông Bắc – Tây Nam ĐC Địa chất ĐCCT Địa chất cơng trình ĐCTV Địa chất thuỷ văn ĐTS Điện trở suất ĐVL Địa vật lý GIS Hệ thống thông tin địa lý NDĐ Nước đất TB- ĐN Tây Bắc – Đông Nam TCN Tầng chưa nuớc TEM Transmission electron microscopy XNM Xâm nhập mặn UNICEF Quỹ nhi đồng Liên Hợp quốc VAST Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Biến đổi khí hậu (BĐKH) làm cho thiên tai Việt Nam ngày gia tăng số lượng, cường độ phạm vi ảnh hưởng Lĩnh vực chịu tác động lớn nông nghiệp, thuỷ lợi, thuỷ sản, diêm nghiệp, lâm nghiệp an ninh lương thực Đặc biệt đồng dải cát ven biển tác động nước biển dâng Vấn đề cấp thiết trình xâm nhập mặn (XNM) gia tăng nhiều nơi, diện tích đất nơng nghiệp bị thu hẹp ảnh hưởng lớn đến tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt làm giảm trữ lượng nguồn nước có nước nhạt đất Hà Tĩnh địa phương chịu ảnh hưởng BĐKH, điển hình q trình XNM.Vùng ven biểnHà Tĩnh với 114km2 diện tích đất bị nhiễm mặn, vào mùa khơ hạn, diện tích cịn gia tăng gây ảnh hưởng không nhỏ đến hoạt động dân sinh phát triển kinh tế khu vực [11] Vùng ven biển tỉnh Hà Tĩnh nơi tập trung đông dân cư phát triển hoạt động KT – XH kéo theo nhu cầu dùng nước ngày tăng, khi, nước sử dụng chủ yếu khai thác chỗ từ nguồn nước ngầm nước mặt dần bị hạn chế chất lượng trữ lượng Do vậy, việc khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên nước nói chung nước ngầm nói riêng vấn đề cần quan tâm Hiện nay, khai thác sử dụng nước ngầm nhân dân vùng cịn mang tính tự phát, thiếu quy hoạch,quản lý, giải pháp bảo vệ tài nguyên nước ngầm chưa thích hợp nên xảy tượng suy thoái nguồn nước thất thoát nhiễm bẩn, với trình XNM, nhiều nơi có dấu hiệu thiếu hụt nguồn nước cấp, vào mùa khơ hạn Nhằm góp phần giải vấn đề cấp thiết nêu trên, nội dung luận văn “Nghiên cứu xâm nhập mặn nước ngầm khu vực ven biển Hà Tĩnh đề xuất giải pháp bảo vệ, sử dụng hợp lý” tập trung nghiên cứu đánh giá trình XNM nước biển nước ngầm, từ đề xuất giải pháp bảo vệ sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên quý giá Mục tiêu nghiên cứu - Làm sáng tỏ mối quan hệ hợp phần tự nhiên hoạt động phát triển kinh tế - xã hội trình xâm nhập mặn nước ngầm; - Đề xuất giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn khai thác sử dụng hợp lý nước ngầm khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiện cứu: Xâm nhập mặn nước biển nước ngầm trầm tích Đệ tứ vùng ven biển Hà Tĩnh - Phạm vi nghiên cứu: Khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh vớidiện tích khoảng 1.900km2 trải dài từ huyện Nghi Xuân đến huyện Kỳ Anh Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu đánh giá vai trò nhân tố tự nhiên, KT – XH ảnh hưởng tới trình xâm nhập mặn nước ngầm khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh; - Đánh giá thựctrạng XNM trình sử dụng nước ngầm vùng nghiên cứu; - Nghiên cứu chế XNM nước ngầm khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh; - Nghiên cứu đề xuất giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên nước ngầm khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Làm sáng tỏ chế XNM nước ngầm trầm tích Đệ tứ vùng ven biển tỉnh Hà Tĩnh; - Đề xuất giải pháp khoa học nhằm giảm thiểu xâm nhập mặn khai thácsử dụng hợp lý tài nguyên nước ngầm vùng ven biển tỉnh Hà Tĩnh; - Kết nghiên cứu tài liệu sử dụng để định hướng khai thác, sử dụng tài nguyên nước ngầm hỗ trợ công tác quy hoạch cấp nước cho vùng ven biển tỉnh Hà Tĩnh vùng khác có điều kiện tương tự Cơ sở tài liệu cấu trúc luận văn Luận văn xây dựng sở nguồn tài liệu báo cáo điều tra tài nguyên nước đất (NDĐ), đề tài, dự án nghiên cứu đánh giá xâm nhập mặn NDĐ 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 nước, đặc biệt đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam mã số: VAST05.05/13-14 Nội dung luận văn, phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo, trình bày chương: Chương 1: Tổng quan 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 giải pháp bảo vệ, sử dụng hợp lý Kết luận ... vùng nghiên cứu; - Nghiên cứu chế XNM nước ngầm khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh; - Nghiên cứu đề xuất giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên nước ngầm khu vực ven biển. .. 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 giải pháp bảo vệ, sử dụng hợp lý Kết... xâm nhập mặn nước ngầm; - Đề xuất giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn khai thác sử dụng hợp lý nước ngầm khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiện cứu: Xâm nhập