1.3.2. Quy trình nghiên cứu
Để thực hiện đề tài luận án, bƣớc đầu tiên là nghiên cứu tổng quan các kết quả nghiên cứu nhằm xác định mục tiêu, nhiệm vụ của đề tài và lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu. Tiếp đến là từng bƣớc xác định điều kiện hình thành, các nhân tố ảnh hƣởng đến NDĐ nhằm nghiên cứu đặc điểm phân bố tầng chứa nƣớc, nguồn gốc, thành phần hóa học và chất lƣợng nƣớc tiến tới nghiên cứu đặc điểm hình thành trữ lƣợng và chất lƣợng NDĐ. Từ đó, kết hợp nghiên cứu định hƣớng phát triển KT - XH, nhu cầu sử dụng nƣớc và khả năng cung cấp nƣớc cũng nhƣ các biện pháp khai thác, sử dụng để đề xuất hƣớng khai thác sử dụng, bảo vệ tài nguyên NDĐ (hình 1.3).
Chế độ thủy văn – hải văn - Lƣu lƣợng dịng mặt - Dung tích hồ tự nhiên - Xâm nhập mặn vùng
cửa sông ven biển - Thủy triều
Các tầng chứa nƣớc vùng cát
ven biển
Biến đổi khí hậu: - Lƣợng mƣa - Lƣợng bốc hơi - Nhiệt độ - Độ ẩm,… Tác động từ lớp thổ nhƣỡng và lớp thực vật: - Loại hình - Thành phần hóa học - Thành phần vi sinh vật - Độ che phủ thực vật Thành phần thạch học: - Độ lỗ hổng - Kích thƣớc vật liệu - Thành phần vật chất Địa hình: - Hình thái - Nguồn gốc Địa chất – kiến tạo:
- Cấu trúc - Địa tầng
- Đứt gãy
Hoạt động nhân sinh: - Khai thác nƣớc - Trồng trọt, chăn nuôi - Khai thác mỏ - Xây dựng và đô thị - Thủy lợi - BSNT nƣớc dƣới đất - Biến đổi trữ lƣợng - Nhiễm bẩn, nhiễm mặn, suy thoái - Biến đổi động thái - Biến đổi mơi trƣờng
Hình 1.3: Quy trình nghiên cứu nước dưới đất vùng cát ven biển Quảng Bình
1.3.3. Phương pháp nghiên cứu nước dưới đất vùng cát ven biển
1) Nghiên cứu sự hình thành trữ lượng
Nghiên cứu sự hình thành trữ lƣợng NDĐ là cần phải xác định các nguồn hình thành, cơ chế hình thành và tiêu thốt của chúng trên nguyên tắc vận động và phân bố của NDĐ. Trữ lƣợng NDĐ bao gồm ba thành phần chính là trữ lƣợng động tự nhiên, trữ lƣợng tĩnh tự nhiên và trữ lƣợng khai thác tiềm năng.
Trữ lƣợng động tự nhiên của NDĐ là giá trị cung cấp tự nhiên biểu thị lƣu lƣợng của dịng ngầm, nó thƣờng xuyên bổ sung cho NDĐ trong q trình tuần hồn của nƣớc trên Trái đất. Điều kiện tiên quyết để có sự lƣu thơng là phải vừa có nguồn bổ sung vừa có lối thốt. Trữ lƣợng động tự nhiên chịu ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ lƣợng mƣa, bốc hơi, thủy văn, thảm thực vật,v.v... nên nó ln thay đổi theo thời gian, khi có nƣớc ngấm đến, lƣợng nƣớc lƣu
- Nghiên cứu đặc điểm hình thành trữ lƣợng NDĐ.
- Nghiên cứu quá trình hình thành thành phần hóa học NDĐ. Đề xuất hƣớng khai thác sử dụng , bảo vệ tài nguyên NDĐ Đánh giá những ảnh hƣởng của các yếu tố tự nhiên và nhân sinh đến NDĐ Nghiên cứu định hƣớng phát triển KT-XH và nhu cầu sử dụng nƣớc Xác định điều kiện hình thành NDĐ vùng cát ven biển
Nghiên cứu đặc điểm phân bố tầng chứa nƣớc
Đánh giá chất lƣợng NDĐ đối với các mục đích sử dụng nƣớc
Nghiên cứu nguồn gốc hình thành NDĐ vùng cát ven biển
Tổng quan nghiên cứu về NDĐ vùng cát ven biển
Lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu Xác định mục tiêu và
nhiệm vụ của đề tài
Đánh giá khả năng cung cấp nƣớc và các biện pháp khai thác sử dụng hợp lý
thông tăng dần với khối lƣợng tùy thuộc vào nguồn bổ sung. Khi lƣợng nƣớc bổ sung chấm dứt thì lƣợng nƣớc lƣu thông dần dần giảm đi theo một qui luật nhất định.
Tại khu vực nghiên cứu có thể xác định đƣợc nguồn hình thành NDĐ bằng các phƣơng pháp giải tích trong việc tính tốn gần đúng giá trị cung cấp thấm W của nƣớc mƣa cho NDĐ thông qua chuỗi số liệu quan trắc động thái NDĐ trong thời gian ít nhất là một năm, phƣơng pháp này đƣợc đề xuất bởi Bindeman N.N (1963).
Phƣơng pháp cân bằng cũng đƣợc áp dụng khi lập cân bằng giữa lƣợng nƣớc chảy đến và chảy đi của dịng thấm. Do tính đặc thù sự hình thành NDĐ vùng nghiên cứu, phƣơng trình cân bằng NDĐ thƣờng có một số đại lƣợng chính là trữ lƣợng khai thác tiềm năng, trữ lƣợng động tự nhiên và trữ lƣợng tĩnh tự nhiên.
Phƣơng pháp tƣơng tự trong ĐCTV dùng để ngoại suy những đặc trƣng của tầng chứa nƣớc, các yếu tố hình thành NDĐ từ khu vực đã đƣợc nghiên cứu kỹ sang khu vực nghiên cứu sơ sài khi có đủ tài liệu khẳng định giữa chúng có sự tƣơng tự nhau.
Cơng tác thu thập số liệu và đo đạc ngoài thực địa đã đƣợc tác giả thực hiện trên 220 điểm, bao gồm giếng khoan, giếng đào, sông, suối và hồ. Khối lƣợng chủ yếu đo mực NDĐ theo mùa mƣa và mùa khơ và thí nghiệm xác định các thơng số tầng chứa nƣớc.
2) Nghiên cứu sự hình thành chất lượng
Để nghiên cứu sự hình thành chất lƣợng NDĐ vùng cát ven biển Quảng Bình, tác giả đã lấy mẫu nƣớc và phân tích thành phần theo mùa khô và mùa mƣa tại các điểm tƣơng ứng trong nghiên cứu trữ lƣợng NDĐ. Mẫu nƣớc phân tích thành phần hóa học các ion chủ yếu và thứ yếu trong NDĐ, sau đó bằng phƣơng pháp thủy địa hóa dựa trên cơ sở hình thành thành phần hóa học NDĐ tiến hành xác định sự hình thành của chúng. Các chỉ tiêu cơ bản để nghiên cứu sự hình thành thành phần hóa học và chất lƣợng NDĐ bao gồm:
+ Tổng chất rắn hòa tan của nƣớc (TDS): là tổng lƣợng các chất khống có trong thành phần của nƣớc, là chỉ tiêu quan trọng để phân loại NDĐ, vì rằng khi TDS thay đổi thì thành phần hóa học của chúng cũng thay đổi theo. Căn cứ giá trị TDS có thể xác định NDĐ là siêu nhạt (TDS<0,2g/l), nhạt
+ Kiểu hóa học và tính chất cơ bản của nƣớc đƣợc quyết định bởi các ion chủ yếu là H+
, Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, SO42-, HCO3-. Ngoài ra, các hợp chất của nitơ và các nguyên tố thứ yếu khác nhƣ K, Fe, Mn là những nguyên tố phổ biến rộng rãi trong vỏ Trái đất cũng phản ánh chất lƣợng của NDĐ.
+ Đối với các vi nguyên tố khác nhƣ Cr, Cu, Zn,...thƣờng khơng quyết định kiểu hóa học của nƣớc nhƣng chúng có ảnh hƣởng rất lớn đến các tính chất đặc trƣng cho thành phần của nƣớc.
Ngồi thành phần hóa học của NDĐ, chất lƣợng của nó cịn đƣợc phản ảnh bởi các chỉ tiêu quan trọng nhƣ đã quy định trong Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lƣợng nƣớc ngầm QCVN09:2008/BTNMT của Bộ Tài nguyên - Môi trƣờng và Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lƣợng nƣớc ăn uống QCVN01:2009/BYT của Bộ Y tế đối với các mục đích sử dụng nƣớc sau đây:
+ Hàm lƣợng các chỉ tiêu hóa sinh:
- Hàm lƣợng ơxy hịa tan (DO): chỉ tiêu này thƣờng tham gia vào quá trình trao đổi chất, duy trì năng lƣợng cho quá trình phát triển, sinh sản và tái sản xuất cho các sinh vật trong môi trƣờng nƣớc.
- Nhu cầu ơxy sinh hóa (BOD): là thơng số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nƣớc do các chất hữu cơ có thể bị sinh vật phân hủy trong điều kiện hiếm khí.
- Nhu cầu ơxy hóa học (COD): cũng là một chỉ tiêu để đánh giá mức độ ơ nhiễm của nƣớc, nó biểu thị lƣợng chất hữu cơ có thể bị ơxy hóa bằng hóa học.
+ Hàm lƣợng các hợp chất phốt pho: là nguồn dinh dƣỡng cho các thực vật dƣới nƣớc, chúng cũng tham gia gây ơ nhiễm và góp phần thúc đẩy hiện tƣợng phú dƣỡng, nhất là ở các bàu hồ có nƣớc thƣờng xuyên.
+ Hàm lƣợng các hợp chất nitơ: chúng tồn tại dƣới dạng protein hay các sản phẩm phân rã và dạng tự do. Chúng cũng là những chỉ tiêu gây ô nhiễm môi trƣờng NDĐ.
+ Hàm lƣợng các kim loại nặng: chúng tồn tại ở mơi trƣờng có độ pH (hàm lƣợng hydro) khác nhau và gây độc đối với mơi trƣờng sống. Phần lớn, sự có mặt các kim loại nặng do xâm nhập từ các nguồn chất thải.
+ Chỉ tiêu dầu mỡ: gồm cả dầu mỡ khoáng và thực vật, chúng thƣờng gây cản trở quá trình vận động của nƣớc trong môi trƣờng lỗ hổng của đất đá
mặt với môi trƣờng xung quanh.
+ Các chỉ tiêu vi sinh: gồm nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng và các đơn bào, chúng xâm nhập vào nƣớc từ nguồn rác thải, các chất hữu cơ dễ phân hủy gây ô nhiễm nƣớc trầm trọng.
+ Độ cứng của nƣớc: là chỉ tiêu rất quan trọng trong việc quyết định chất lƣợng nƣớc dùng cho sinh hoạt và cơng nghiệp. Nó đƣợc biểu thị qua lƣợng ion canci (Ca2+) và magie (Mg2+) trong nƣớc. Nếu xác định độ cứng theo hàm lƣợng CaCO3, ngƣời ta có thể chia ra: nƣớc mềm (mCaCO3 ≤ 50mg), nƣớc cứng trung bình (mCaCO3 > (50 - 150mg) và nƣớc rất cứng (mCaCO3 > 300mg).
Kết luận chƣơng 1
NDĐ vùng cát ven biển là đối tƣợng đƣợc nhiều Quốc gia trên thế giới tập trung nghiên cứu. Những mục tiêu chính là xác định nguồn gốc hình thành, đặc điểm trữ lƣợng, chất lƣợng và nghiên cứu đề xuất các hƣớng khai thác sử dụng hợp lý phục vụ cho các ngành kinh tế và phát triển xã hội.
Ở Việt Nam, nghiên cứu NDĐ trên cả nƣớc nói chung và vùng ven biển nói riêng mới đƣợc chú trọng từ sau năm 1954 và đã đạt đƣợc những kết quả nhất định. Riêng đối với vùng cát ven biển Quảng Bình, nghiên cứu về NDĐ chƣa nhiều, bƣớc đầu xác định đƣợc cấu trúc ĐCTV tầng chứa nƣớc và một số định hƣớng khai thác sử dụng cấp nƣớc cho dân sinh trên cơ sở đánh giá tiềm năng NDĐ tại một số khu vực trong phạm vi nghiên cứu.
Vì vậy, việc nghiên cứu chuyên sâu, đồng bộ và toàn diện về NDĐ trên vùng cát ven biển Quảng Bình nhằm làm sáng tỏ nguồn gốc, đặc điểm phân bố, điều kiện hình thành trữ lƣợng và chất lƣợng cũng nhƣ mức độ ảnh hƣởng của các hợp phần tự nhiên và nhân sinh đối với NDĐ để từ đó đề xuất định hƣớng khai thác, sử dụng tài nguyên NDĐ phục vụ phát triển bền vững KT-XH của tỉnh cũng nhƣ khu vực này là rất cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn.
Hình 2.1: Vị trí địa lý vùng nghiên cứu CHƢƠNG 2 CHƢƠNG 2
ĐIỀU KIỆN HÌNH THÀNH VÀ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN NƢỚC DƢỚI ĐẤT VÙNG CÁT
VEN BIỂN QUẢNG BÌNH 2.1 Vị trí địa lý và tính đặc thù vùng nghiên cứu
Trên cơ sở ranh giới phân bố địa chất các thành tạo Đệ tứ và đặc điểm địa hình của vùng đồng bằng ven biển Quảng Bình, đồng thời đáp ứng mục tiêu quản lý, khai thác, sử dụng tài nguyên, phạm vi nghiên cứu của đề tài đƣợc giới hạn từ 17010’ đến 17043’ vĩ độ bắc và 106030’ đến 106050’ kinh độ đơng. Phía bắc chắn bởi Đèo Ngang - một nhánh Hoành Sơn của dãy Trƣờng Sơn, phía đơng tiếp giáp với biển Đơng có đƣờng bờ biển dài khoảng 116km, phía tây là phần diện tích vùng trung du đến
mức địa hình 25 mét và phía nam giới hạn bởi ranh giới hành chính với tỉnh Quảng Trị.
Việc lựa chọn giới hạn phần lục địa của vùng nghiên cứu dựa trên sự thành tạo địa chất và địa hình qua mối tƣơng tác lục địa - biển trong suốt thời
kỳ Đệ tứ, mặt khác, các thành tạo cát ven biển có chiều dày nhất định để nghiên cứu đánh giá tiềm năng NDĐ phân bố đến độ cao tƣơng đối trùng với mức địa hình 25 mét.
Do yếu tố địa lý đã tạo cho vùng nghiên cứu có những đặc thù so với các vùng khác trong dải ven biển miền Trung. Trƣớc hết, có thể nhận thấy, với diện tự nhiên khoảng 1.100km2, phân bố trải dài từ bắc vào nam trên 4 đơn vị hành chính cấp huyện là Quảng Trạch, Bố Trạch, Quảng Ninh, Lệ Thủy và thành phố Đồng Hới (hình 2.6).
Phần lớn diện tích đất cát phân bố thành dạng dải kéo dài song song theo bờ biển, hẹp về chiều ngang, bề mặt địa hình khơng bằng phẳng, đặc trƣng nhất là dạng đụn (cồn) cát ven biển chiếm 30% diện tích của vùng và bị chia cắt bởi các cửa sơng ven biển nhƣ sơng Rn, sơng Gianh, sơng Lý Hịa, sơng Dinh và sông Nhật Lệ. Từ bắc vào nam, sự mở rộng các đụn cát có chiều hƣớng tăng dần, từ Đèo Ngang đến bắc sông Rn có chiều rộng trung bình 200m, độ cao 5 - 6m và tăng lên 1.200 - 2.000m đến bắc sơng Gianh với độ cao trung bình 10 - 11m; từ nam sông Gianh đến bắc sông Nhật Lệ các đụn cát mở rộng chiều ngang đến 3.000 - 3.500m dƣới dạng các lƣỡi liềm, độ cao khoảng 10m; khu vực phía nam sơng Nhật Lệ nối liền với đồng bằng ven biển Quảng Trị, các đụn cát phát triển chiều rộng lớn nhất đạt đến 6.000m và kéo dài trên 50km, độ cao có nơi đạt 45m, độ dốc sƣờn khoảng 50 - 600, bao gồm các đụn cát di động, bán di động và cố định, giữa chúng là các trảng cát bằng phẳng [6,9,16,20,33,36].
Dƣới tác động của nhiều yếu tố tự nhiên khắc nghiệt, trong đó phải kể đến sự phân hóa rõ rệt của chế độ mƣa khơng đồng đều trong năm, nền nhiệt độ cao thƣờng tập trung vào mùa hè. Ngoài ra, lƣợng bốc hơi lớn chiếm đến 39% tổng lƣợng mƣa trong năm, chế độ bão, lốc và các hiện tƣợng xâm nhập mặn, cát bay, cát nhảy, thảm thực vật kém phát triển v.v...tạo nên một đơn vị lãnh thổ địa lý có nhiều nét đặc thù của miền Trung [38,47,62,76,77].
Vùng nghiên cứu còn là nơi tập hợp của nhiều hệ sinh thái rất nhạy cảm với điều kiện môi trƣờng tự nhiên, đặc biệt, phân bố dân cƣ cũng tuân theo sự phân hóa tự nhiên. Mật độ dân cƣ trong vùng khá lớn đạt 478ngƣời/km2
, thƣờng tập trung ở những vùng cửa sông và dọc theo các đụn cát ven biển. Bên cạnh đó, vùng cát còn là nơi tập trung nhiều khu kinh tế trọng điểm.
NDĐ cùng với một số dạng tài nguyên khác nhƣ đất, khí hậu, địa hình, khống sản,…là những yếu tố có tác động mang tính quyết định đến sự phát triển về KT - XH vùng nghiên cứu.
Chính vì những nét đặc thù nêu trên, “Vùng cát ven biển Quảng Bình”
đã trở thành tên gọi đặc trƣng cho vùng đồng bằng ven biển Quảng Bình.
2.2. Điều kiện hình thành nƣớc dƣới đất
2.2.1. Cơ chế hình thành nước nhạt ven biển
Nƣớc nhạt dƣới đất trong trầm tích Đệ tứ trong vùng nghiên cứu đƣợc hình thành chủ yếu bằng con đƣờng thấm của nƣớc mƣa, nƣớc mặt qua lớp cát cung cấp cho tầng chứa nƣớc. Thật vậy, bản thân nƣớc ban đầu trong tầng chứa nƣớc là nƣớc mặn đƣợc hình thành cùng thời gian với sự hình thành trầm tích, sau đó, nƣớc mƣa và nƣớc mặt ngấm qua lớp cát và dƣới tác động của trọng lực và tỷ trọng của nƣớc, theo thời gian, nƣớc nhạt sẽ chèn ép nƣớc mặn (nƣớc nguyên sinh) ra khỏi tầng chứa nƣớc.
Khái niệm của Baydon W. - Giben (1091) mơ phỏng điều kiện hình thành nƣớc nhạt dƣới đất vùng ven biển và xác định giữa khối nƣớc nhạt trong đất liền ln có sự cân bằng thủy tĩnh với nƣớc biển, ranh giới tiếp xúc giữa nƣớc nhạt lục địa và nƣớc biển là đƣờng cong thoải, hƣớng từ biển vào lục địa, dọc theo đƣờng tiếp xúc tồn tại sự cân bằng thủy tĩnh (hình 2.2) [85].
Nguồn: theo Fetter C.W. (1993)[85]
Hình 2.2: Cơ chế hình thành nước nhạt vùng cát ven biển
Mực NDĐ
Nƣớc mặn dƣới đất Nƣớc nhạt dƣới đất
Hƣớng thoát nƣớc dƣới đất
Đới chuyển tiếp
Biển Bốc hơi
Mƣa Bốc hơi
2.2.2. Tính tốn độ sâu lý thuyết phân bố ranh giới “mặn - nhạt”
Độ sâu lý thuyết phân bố ranh giới “mặn - nhạt” khu vực nghiên cứu