1.4.1. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa
Trong q trình thu thập số liệu để tính tốn, học viên tham gia điều tra khảo sát gồm lấy mẫu nước mặt, nước ngầm theo 2 mùa mưa và mùa khô; quan trắc chế độ thủy văn, động thái nước ngầm và lập các mặt cắt ĐCTV trong các tầng chứa nước thuộc khu vực nghiên cứu; đo địa vật lý chính xác hóa ranh giới mặn - nhạt NDĐ trong trầm tích Đệ tứ của các tầng chứa nước. Công tác khảo sát thực địa còn thực hiện nhiệm vụ thu thập các nguồn tài liệu, số liệu về các điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, phân tích đánh giá làm rõ thực trạng XNM và ảnh hưởng của nó đến đời sống dân sinh và phát triển kinh tế.
1.4.2. Phương pháp kế thừa
Luận văn kế thừa dữ liệu và các thông tin nghiên cứu có nội dung liên quan đến BĐKH và NBD; các kết quả nghiên cứu của các đề tài về tài nguyên nước mưa, nước mặt, NDĐ, địa chất, thảm thực vật và các điều kiện tự nhiên của đồng bằng ven biển Hà Tĩnh sẽ được thu thập kế thừa, thống kê, hệ thống hóa khai thác sử dụng để giảm bớt khối lượng công tác điều tra thực địa.
1.4.3. Phương pháp bản đồ và GIS
Trong nghiên cứu mối tương tác biển - lục địa, sự liên kết giữa các lớp dữ liệu địa lý dạng vecter và raster của GIS có vai trị rất quan trọng trong việc xác định không gian địa lý thông qua việc phân tích tổng hợp thơng tin của nhiều đối tượng với nền
địa lý khác nhau tại một thời điểm như: bề mặt địa hình, mạng lưới thủy văn, đặc điểm địa chất - thổ nhưỡng, đặc điểm thủy - hải văn, lớp phủ thực vật,…. Khả năng quản lý và tổng hợp thông tin đa dạng, đồng thời nó cịn có thể đưa ra nhiều phương án xử lý khác nhau giúp các nhà quản lý đưa ra được những quyết định quan trọng cho cơng tác phịng và dự báo ảnh hưởng của nước biển dâng.
1.4.4. Phương pháp địa vật lý
Đất đá có thể xem như một tập hợp gồm 3 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, ĐTS của đất đá chứa nước chủ yếu do ĐTS của nước quyết định (trừ trường hợp tầng chứa nước có xen các lớp sét). Dựa vào đặc tính dẫn điện của đất đá và nước, phương pháp đo điện được áp dụng nhằm thể hiện giá trị điện trở suất ứng với các thành phần đất đá cũng nhưng vật chất khác. Độ dẫn điện của đất đá bở rời bão hịa nước có mối tương quan chặt trẽ 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 tổng chất rắn hòa tan (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 chứa nước là một đới (theo diện) và có chiều sâu bề mặt tiếp xúc thay đổi từ nông đến sâu hướng về vùng nước nhạt (theo chiều thẳng đứng). Công tác đo địa vật lý được tiến hành theo các tuyến hoặc theo mạng lưới tùy thuộc vào điều kiện địa chất thủy văn (ĐCTV) - địa vật lý (ĐVL) của khu vực 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.
1.4.5. Phương pháp mơ hình tốn
Phương pháp mơ hình số trong nghiên cứu ĐCTV và lan truyền ô nhiễm môi trường nước được sử dụng khá rộng rãi trên thế giới và Việt Nam. Công ty Waterloo - Canada đã xây dựng và thương mại hóa bộ phần mềm Visual Modflow gồm các Modun Modflow mơ phỏng hình dịng chảy trong khơng gian ba chiều, Modun Flowspath mô phỏng trường vận tốc của nước dưới đất, Modun MT3D mơ phỏng q trình di chuyển vật chất trong mơi trường nước dưới đất, Modul Zone Budget cho tính tốn cân bằng nước. Các modun này được xây dựng trên cơ sở giải bài tốn mơ hình dịng chảy và bài tốn lan truyền vật chất bằng phương pháp sai phân hữu hạn.
Trong luận văn này, học viên sử dụng sản phẩm phần mềm Visual Modflow của công ty Watertoo - Canada trong các tính tốn của mình. Đây là phần mềm được sử dụng khá rộng rãi trong tính tốn dự báo XNM trong các tầng chứa nước. Các Modun này được xây dựng trên cơ sở giải bài tốn mơ hình dịng chảy và bài tốn lan truyền vật chất bằng phương pháp sai phân hữu hạn. Cơ sở toán học của hai bài toán này được tóm tắt như sau [25, 27, 28]:
1) Bài tốn mơ hình dịng chảy:
Bài tốn mơ hình dịng chảy dựa trên cơ sở của phương trình sau:
(1.21)
Trong đó:
- Kxx , Kyy , Kzz: các hệ số thấm theo các hướng x,y và z; - h: cốt cao mực nước tại vị trí (x,y,z) ở thời điểm t;
- W: là các giá trị bổ cập (giá trị +) hoặc giá trị thoát đi (giá trị -) của nước ngầm trên một đơn vị diện tích;
- Ss: là hệ số nhả nước đàn hồi của tầng chứa nước có áp. Ss được thay thế bằng Sy nếu là tầng chứa nước không áp;
- Ss = Ss(x,y,z), Kxx = Kxx(x,y,z), Kyy = Kyy(x,y,z), Kzz = Kzz(x,y,z) các hàm phụ thuộc vào vị trí khơng gian x,y,z.
Với các điều kiện biên:
+ Điều kiện biên loại I: là điều kiện biên mực nước được xác định (biên Dirichlet) H = h(t);
+ Điều kiện biên loại II: là điều kiện biên dòng chảy được xác định (biên lưu lượng Neuman) Q = q(t);
+ Điều kiện biên loại III: là điều kiện biên lưu lượng trên biên phụ thuộc vào mực nước hay áp lực (biên hỗn hợp Cauchy) Q = f(H).
2) Bài tốn mơ hình lan chuyền vật chất:
Phương trình đạo hàm riêng mơ tả q trình lan truyền vật chất trong dịng nước ngầm do cả 2 cơ chế lôi cuốn và phân tán trong không gian 2 chiều (x, y) được viết như sau:
(1.22)
Trong đó:
- Dxx, Dyy: là các hệ số phân tán thủy động lực theo hướng x, y (m2/ngđ); - C: nồng độ vật chất trong nước (g/l);
- Q: lượng vật chất hòa tan sinh ra hoặc bị hấp thụ (g/l);
- R: hệ số chậm trễ, biểu thị mức độ ảnh hưởng của quá trình lan truyền nhiệt vật chất do bị hấp thụ hoặc phóng thích;
- t: thời gian (s);
- Vx, Vy: vận tốc của dòng nước (m/ngđ) và được tính như sau:
(1.23), và (1.24)
- qx, qy: là lưu lượng đơn vị theo hướng x và y (m/ngđ); - n: độ lỗ rỗng.
Phương trình trên chỉ có lời giải duy nhất khi có đầy đủ các điều kiện ban đầu và điều kiện biên được mô tả như sau:
- Điều kiện ban đầu: phân bố nồng độ chất ô nhiễm đang xem xét vào thời điểm tùy ý t = t0 tại một vị trí trong miền tính tốn là C = C0(x, y).
- Các điều kiện biên có thể là một hoặc đồng thời các dạng sau: + Biên Dirichle (biên có nồng độ đã biết): C = Cc trên đường biên ;
+ Biên Neumann (biên Gradient nồng độ pháp tuyến với đường biên đã biết): trên đường biên ;
+ Biên Cauchy (biên dịng vật chất khuếch tán - lơi cuốn pháp tuyến với biên đã
biết): trên đường biên .
Với sự di chuyển của NDĐ sẽ kéo theo sự phân bố lại nồng độ các chất hòa tan và sự phân bố này dẫn tới thay đổi miền mật độ từ đó tác động lên dịng chảy ngầm. Do đó, dịng chảy ngầm và lan truyền vật chất hòa tan trong TCN là hai q trình gắn với nhau, chính vì thế hai bài tốn (1.21) và (1.22) phải được giải cùng với nhau.
Cho đến nay, hai bài toán (1.21) và (1.22) đã được giải khá hoàn chỉnh theo phương pháp sai phân hữu hạn và phần tử hữu hạn. Nhiều phịng thí nhiệm địa chất thủy văn trên thế giới đã lập trình hai bài tốn trên để tính mơ hình dịng chảy và dự báo lan truyền vật chất ứng dụng trong nghiên cứu địa chất thủy văn và giải quyết các vấn bài tốn dự báo ơ nhiễm.
Cơ sở để đánh giá quá trình xâm nhập mặn của nước biển vào các tầng chứa nước, ở đây chúng tơi sử dụng chỉ tiêu độ tổng khống hóa của nước (ký hiệu là M) là tổng lượng các chất khống có trong thành phần của nước. Nước dưới đất là siêu nhạt khi M < 0,2g/l; nhạt M≈ (0,2 – 1,0g/l); lợ M ≈ (1,0 – 3,0g/l) và mặn M > 3,0g/l.
CHƯƠNG 2
ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN TỈNH HÀ TĨNH
2.1. Đặc điểm tự nhiên