Luận án nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình - Trường Đại học Xây dựng

Tính cấp thiết của Luận án Thái Bình là một tỉnh ven biển nằm ở đồng bằng châu thổ sông Hồng, là hành lang cận kề với tam giác phát triển kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh. Thái Bình được bao bọc bởi hệ thống sông, biển khép kín với đường bờ biển chạy dài trên 50 km. Thái Bình là một tỉnh có vị trí địa lý khá thuận lợi, được xem là một trong các khu vực có nhiều tiềm năng, có nhiều lợi thế về điều kiện tự nhiên để phát triển sản xuất, đặc biệt là nông nghiệp. Tuy nhiên, do nằm gần biển, nên tài nguyên nước nhạt dưới đất ở đây có trữ lượng không lớn.

Các tầng chứa nước có đặc điểm thuỷ địa hoá rất phức tạp. Nước mặn và nước nhạt phân bố xen nhau không có quy luật gây khó khăn rất nhiều cho việc khai thác và sử dụng nước của cư dân trong tỉnh. Trong những năm vừa qua, bên cạnh những thuận lợi do sự phát triển của kinh tế và xã hội đem lại cho địa phương thì sức ép đến môi trường tự nhiên cũng rất lớn, trong đó có môi trường nước dưới đất. Hiện tượng nhiễm mặn và nhiễm bẩn các tầng chứa nước tăng lên theo thời gian.

Hơn nữa ngày nay vấn đề Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường nói chung và tài nguyên nước nói riêng. Biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất các trận bão, làm cho nước biển xâm nhập sâu vào đất liền, thu hẹp diện tích đất nông nghiệp, mặn hóa nước mặt và nước dưới đất, suy giảm chất lượng và trữ lượng nước phục vụ sinh hoạt… Những thách thức về thiếu nước, khan hiếm nước nhạt hay nhiễm mặn nguồn nước đang trở thành vấn đề cấp bách tại Thái Bình. Xuất phát từ thực tiễn trên, vấn đề “Nghiên cứu và dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình” là rất cấp thiết để đánh giá sự thay đổi trữ lượng, chất lượng nước dưới đất khu vực nghiên cứu và xây dựng kế hoạch ứng phó với sự xâm nhập mặn do Biến đổi khí hậu và nước biển dâng gây ra cho địa phương. Mục đích - Phân vùng cấu trúc Địa chất thủy văn và mối quan hệ giữa các tầng chứa nước với các yếu tố khí hậu, nước biển và hiện trạng khai thác; - Đánh giá vai trò của khí hậu, nước biển dâng và hoạt động khai thác của con người đến sự thay đổi chất lượng và trữ lượng nước dưới đất khu vực nghiên cứu; 2 - Dự báo tác động của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng theo các kịch bản trong tương lai đến tầng chứa nước Holocen và Pleistocen, từ đó tính toán trữ lượng nước nhạt của các TCN khu vực nghiên cứu.

Đề xuất các giải pháp bảo vệ, khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước dưới đất. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: nước dưới đất tầng chứa nước Holocen và Pleistocen tỉnh Thái Bình trước tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng; - Phạm vi nghiên cứu: diện phân bố nước nhạt trong tầng chứa nước Holocen và Pleistocen tỉnh Thái Bình. Nội dung nghiên cứu Để dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng, cần thực hiện một số nội dung nghiên cứu sau: - Nghiên cứu cấu trúc địa chất, địa chất thủy văn để làm rõ sự hình thành các trầm tích, thành phần thạch học, sự phân bố các TCN, nguồn gốc hình thành vùng nước nhạt trong tầng chứa nước cũng như mối quan hệ thủy lực giữa các tầng chứa nước với nhau và phân vùng cấu trúc địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu; - Nghiên cứu quá trình hình thành các tầng chứa nước chính trong khu vực cùng sự phân bố mặn – nhạt của chúng làm cơ sở đánh giá tác động của sự dâng cao mực nước biển, sự thay đổi lượng mưa, lượng bốc hơi đến quá trình dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt nước dưới đất khu vực nghiên cứu; - Nghiên cứu mối quan hệ thủy lực giữa nước dưới đất với nước mưa, nước mặt thông qua sự dao động mực nước và chất lượng nước dưới đất. Thiết lập đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nước dưới đất với nước mưa, nước biển để xác định phương trình tương quan tính toán lượng bổ cập của mưa, nước sông, nước biển cùng sự thất thoát do quá trình khai thác nước dưới đất đến sự hòa tan, khuếch tán lan truyền mặn trong các tầng chứa nước.

- Phân vùng chịu ảnh hưởng của nước mưa, nước mặt đến nước dưới đất từ đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của chúng đến sự thay đổi chất lượng và trữ lượng nước dưới đất khu vực nghiên cứu; 3 - Dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình trong đó sử dụng mô hình VISUAL MODFLOW với phần mềm SEAWAT để mô phỏng sự biến đổi ranh giới mặn – nhạt nước dưới đất cùng trữ lượng nước nhạt theo thời gian tại khu vực nghiên cứu; - Phân vùng cảnh báo những khu vực có nguy cơ nhiễm mặn do ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng, từ đó đề xuất giải pháp quản lý, khai thác, bảo vệ nguồn tài nguyên nước. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 5. Cách tiếp cận Để giải quyết nội dung nghiên cứu, dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất của tỉnh Thái Bình, tác giả đã đưa ra các cách tiếp cận vấn đề như sau: - Tiếp cận lý thuyết: vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất đã được thực hiện ở nhiều nghiên cứu trên thế giới và bước đầu tại Việt Nam. Hiện nay, hầu hết các công trình nghiên cứu khoa học trên thế giới và tại Việt Nam đều tập trung đánh giá cho các vùng đồng bằng ven biển.

Sở dĩ như vậy là vì các tầng chứa nước ở các vùng ven biển thường bị nhiễm mặn khá nhiều do xâm nhập của nước biển và là những vùng chịu tác động trực tiếp của nước biển dâng. Do đó, việc tiếp cận lý thuyết được thực hiện để xây dựng phương pháp luận cơ bản đồng thời đưa ra được những nội dung và phương pháp nghiên cứu cụ thể cho khu vực nghiên cứu. Từ đó đưa ra giải pháp cũng như hướng nghiên cứu hợp lý và khả thi. - Tiếp cận các kết quả nghiên cứu trước đó: việc nghiên cứu về điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, các đánh giá về trữ lượng, chất lượng nước mặn – nhạt, phân tích sự hình thành nước nhạt trong quá khứ, điều tra hiện trạng khai thác,.

đã được thực hiện trên toàn vùng với nhiều nghiên cứu khác nhau cùng các công trình khai thác lớn nhỏ sẽ là cơ sở khoa học và thực tiễn giúp tác giả có được nguồn tài liệu cơ sở, giảm khối lượng khảo sát, đánh giá được quá trình hình thành ranh giới mặn – nhạt của nước dưới đất cùng diễn biến sự dịch chuyển ranh giới theo thời gian. Tác giả 4 còn sử dụng các kết quả nghiên cứu về khí hậu, nước biển để nghiên cứu, đánh giá diễn biến thay đổi điều kiện khí hậu từ quá khứ đến nay. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu trước đây kết hợp với những biến đổi khí hậu và nước biển dâng hiện nay cùng các hoạt động kinh tế của con người để mô phỏng, dự báo sự thay đổi ranh giới mặn – nhạt của nước dưới đất theo thời gian; - Tiếp cận thực tế: điều tra khảo sát thực địa nhằm đánh giá cấu trúc địa chất cùng các thông số địa chất thủy văn, hiện trạng phân bố mặn – nhạt nước dưới đất khu vực nghiên cứu. Quan trắc mực nước dưới đất, mực nước sông, biển cùng các điều kiện khí hậu (lượng mưa, lượng bốc hơi) trong khu vực nghiên cứu để xây dựng mối quan hệ thủy lực giữa các yếu tố với nhau, tính toán lượng bổ cập cho các TCN, phân vùng chịu tác động của các nhân tố khí hậu, thủy văn.

Đây là cách tiếp cận kinh điển trong nghiên cứu địa chất thủy văn và đánh giá những tác động của khí hậu, nước biển dâng đến nước dưới đất. - Tiếp cận các phương pháp điều tra, đánh giá hiện đại, tiên tiến: việc nghiên cứu, đánh giá tài nguyên nước dưới đất theo diện và theo chiều sâu đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới và trong nước nghiên cứu thực hiện [1, 8, 13, 22, 42, 53, 67, 69, 72, 73, 74, 81, 86, 88, 97, 100. Ngoài việc tiếp cận lý thuyết, cần tiếp cận các phương pháp đánh giá hiện đại để dự báo ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Trong đó việc tiếp cận với các phương pháp tính toán, mô hình số hiện đại đang được sử dụng trên thế giới và tại Việt Nam để mô phỏng, dự báo quá trình xâm nhập mặn vào các TCN ven biển.

Do đó, việc tiếp cận và áp dụng các phương pháp này sẽ đem lại kết quả cao, phù hợp với nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu Để giải quyết các vấn đề nêu trên tác giả đã sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp thu thập và chỉnh lý tài liệu: thu thập tài liệu địa hình, địa mạo, địa chất, địa chất thủy văn, khí hậu (lượng mưa, lượng bốc hơi), thủy văn (mực nước biển, mực nước sông), các công trình nghiên cứu, tài liệu quan trắc mực nước dưới đất, nước sông, nước biển theo thời gian của tỉnh Thái Bình, tài liệu về sự biến 5 đổi khí hậu và nước biển dâng tỉnh Thái Bình. Thu thập Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng của Bộ Tài nguyên và Môi trường trong đó có tỉnh Thái Bình. Thu thập các thông tin về hiện trạng sử dụng đất, xác định tỷ lệ vùng đất trống, vùng không thấm nước, vùng nước mặt, thảm thực vật.

để đánh giá khả năng thấm của nước mưa xuống nước dưới đất. - Phương pháp kế thừa/chuyên gia: sử dụng các kết quả đã được nghiên cứu ở trên thế giới và Việt Nam làm cơ sở để nghiên cứu cho vùng Thái Bình.