6. Cơsở tài liệu và cấu trúc luận văn
1.5. Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn
1.5.1. 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,
C C f C
27
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 độ NDĐ.
2) Nghiên cứu cơ chế dịch chuyển vật chất, ảnh hưởng của tỷ trọng đến sự dịch chuyển của chất gây ô nhiễm trong NDĐ
Paschke và Hoopes (1984)[53] làm thí nghiệm xác định sự ảnh huởng của tỷ trọng đến sự dịch chuyển của chất gây ô nhiễm giả đã phát hiện dị thường nồng độ NaCl cao trong lớp thấm nước yếu xuống lớp cát hạt mịn từ mô hình bể thấm.Điều này cho thấy sự dịch chuyển này là do cơ chế khuếch tán và dị thường trọng lực gây 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
28
bố độ mặn theo chiều sâu là do cơ chế khuếch tán với giá trị từ0,422g - 0,613 /cm2/năm.
D. W. Bridger và D. M. Allen (2006)[38] đã nghiên cứuảnh 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 mặndo 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 xạ3H, 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 sởsử 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.
29
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 quảquan 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 vàđã 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.
1.5.2. Tại Việt Nam
Năm 1985, Đỗ Trọng Sự và Nguyễn KimNgọc[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 chìmnén 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
30
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 nướcmặn 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 nướcbiển 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 ánthiết 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 vùngNam Định.
31
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 tạikhu 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 NDĐvùng cátven 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 báoxâm 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.
1.6. 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 Ngọcđã 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.
32
- 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