Khai thác bền vững tài nguyên nước dưới đất vùng ven biển Quảng Trị trong bối cảnh biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE

DOI: 10.18173/2354-1059.2017-0020

Natural Sci. 2017, Vol. 62, No. 3, pp. 160-170

This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn

KHAI THÁC BỀN VỮNG TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT

VÙNG VEN BIỂN QUẢNG TRỊ TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

VÀ MỰC NƯỚC BIỂN DÂNG

Nguyễn Sơn¹và Tống Phúc Tuấn²

¹Phòng Tài nguyên nước dưới đất, Viện Địa Lí, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

²Phòng Địa mạo - Địa động lực Viện Địa Lí, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Tóm tắt: Biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng gây ra nhiều thách thức trong quản lí và

khai thác tài nguyên nước dưới. Quảng Trị có vùng ven biển với vai trò đặc biệt quan trọng

trong phát triển kinh tế xã hội và việc đánh giá tài nguyên một cách toàn diện nhằm tổ chức

khai thác bền vững trong bối cảnh mực nước biển dâng được đặt ra là cấp thiết. Sử dụng mô

hình Visual ModFlow xác định được lưu lượng khai thác nước bền vững của vùng nghiên cứu

là 77600 m³/ngày đêm, tại 2 cụm giếng khai thác và xác định mực nước hạ thấp ở từng giếng

khoan sau mỗi 3 năm khai thác trong chu kì 27 năm. Lần đầu tiên đề tài đã tính đến ảnh

hưởng của biến đổi khi hậu đến khả năng khai thác bền vững tài nguyên nước dưới đất.

Từ khóa: Trữ lượng khai thác (Qkt), nước dưới đất, địa chất thủy văn.

1. Mở đầu

Vùng ven biển Quảng Trị gồm 4 huyện ven biển (Vĩnh Linh, Gio Linh, Triệu Phong, Hải Lăng)

và thành phố Quảng Trị, được giới hạn về phía Đông bởi Biển Đông, phía Tây là vùng gò đồi,

phía Nam là tỉnh Thừa Thiên - Huế, phía Bắc là tỉnh Quảng Bình (Hình 1). Đây là trục động lực

phát triển kinh tế - chính trị - xã hội quan trọng của tỉnh, nơi tập trung các đô thị, khu dân cư, cơ

sở sản xuất, hạ tầng dịch vụ biển [1], nhưng cũng là vùng chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến

đổi khí hậu và mực nước biển dâng [2]. Nghiên cứu nước dưới đất (NDĐ) vùng ven biển Quảng Trị

đã có gồm: Tìm kiếm NDĐ Tây Đông Hà, chủ biên Lê Quang Mạnh, 1990. Thăm dò NDĐ vùng

Gio Linh, chủ biên Nguyễn Trường Giang, 1995. Đặc điểm địa chất thuỷ văn vùng thị xã Đông

Hà, Nguyễn Trường Giang 1999. Tài nguyên NDĐ tỉnh Quảng Trị, Đoàn Văn Cánh và Lê Tiến

Dũng, 2002. Quy hoạch quản lí, khai thác sử dụng và bảo vệ tài nguyên NDĐ miền đồng bằng

tỉnh Quảng Trị, chủ biên Nguyễn Thanh Sơn, 2008.

Các nghiên cứu trước năm 2000, sử dụng chủ yếu phương pháp khoan tuy được xem là chính

xác nhất nhưng có nhược điểm về thời gian và kinh phí thực hiện, cũng như khó khăn trong điều

chỉnh khả năng khai thác cho các kịch bản phát triển kinh tế xã hội. Những nghiên cứu sau năm

2000 đã ứng dụng mô hình Visual ModFlow trong tính toán, nhưng còn có một số vấn đề cần đề

cập: Đoàn Văn Cánh (2002), chưa tính đến tác động của biến đổi khí hậu trong mô hình tính toán;

Nguyễn Thanh Sơn (2008), mới tính trữ lượng động tự nhiên, chưa tính tới trữ lượng khai thác.

Ngày nhận bài: 18/1/2017. Ngày nhận đăng: 27/2/2017.

Tác giả liên hệ: Nguyễn Sơn, e-mail: [email protected]m

160

Khai thác bền vững tài nguyên nước dưới đất vùng ven biển QuảngTrị trong bối cảnh biến đổi khí hậu...

Thông số khí hậu được sử dụng để đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất. Theo kịch bản

biến đổi khí hậu, lượng mưa hàng năm của Quảng Trị trong các thời điểm năm 2020, 2030, 2040

tăng 1,6%, 2,4%, 3,3% so với thời kì 1980 - 1999 [2]. Với lượng mưa trung bình năm của các

trạm khí tượng vùng ven biển Quảng Trị kết hợp với hệ số tăng lượng mưa do biến đổi khí hậu,

cho phép xác định lượng mưa vùng ven biển sau 27 năm kể từ năm 2016 là 2400 - 2500 mm/năm.

Lượng bốc hơi 1500 - 1600 mm/năm.

Đặc điểm địa hình tự nhiên và nhân tác Vùng ven biển Quảng Trị góp phần làm gia tăng tác

động tiêu cực của BĐKH. Các dải cát ven biển nổi cao sẽ bị xói mòn do mực nước biển dâng, làm

giảm nguồn tài nguyên nước tầng không áp. Hệ thống đường ven biển cắt qua các đồi cát cũng

góp phần làm suy giảm nguồn nước cồn cát. Hệ thống đường bộ, đường sắt trên bề mặt đồng bằng

cũng tự biến mình thành những đê nhân tạo, tác động phức tạp vào nguồn tài nguyên nước, mà

trước tiên là nước không áp. Tính phân mảnh trong phát triển lãnh thổ làm suy giảm khả năng tự

làm sạch của tự nhiên ngày càng làm suy thoái hơn nguồn nước không áp được sử dụng lâu đời

trong khu vực. Thêm vào đó, đặc điểm các sông vùng ven biển Quảng Trị có lượng dòng chảy

biến đổi mạnh giữa các mùa cũng như giữa các năm nên ít có khả năng đáp ứng nhu cầu phát triển

của khu vực.

Như vậy, thực tiễn phát triển trong bối cảnh biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng cho

thấy nguồn nước không áp tại ven biển Quảng Trị chịu sức ép mạnh, cần thiết phải tìm kiếm giải

pháp bền vững ở các tầng chứa nước khác. Nghiên cứu lần đầu tiên xác định trữ lượng khai thác

bền vững có tính đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu thông qua lượng mưa và cấp độ chi tiết ô

lưới tính toán trong mô hình đạt tới mức cao nhất so với những nghiên cứu trước đây (50 m × 50 m).

2. Nội dung nghiên cứu

2.1. Phương pháp nghiên cứu

Việc sử dụng mô hình Visual ModFlow trong nghiên cứu NDĐ chưa thực sự phổ biến ở

nước ta, bởi vậy trước khi áp dụng mô hình, chúng tôi giới thiệu tổng quát về bản chất và tính

năng mô hình, làm cơ sở áp dụng trong nghiên cứu. Những thông số khí hậu đầu vào mô hình

được trích xuất theo kịch bản biên đổi khí hậu; các thông số hiệu chỉnh mô hình dựa trên các lỗ

khoan đã có cũng như quan trắc của đề tài.

Bộ phần mềm Visual Modflow bao gồm ba phần mềm chính (Modflow, ModPath,

MT3D)và nhiều mô-đun phụ trợ [3]. Phần mềm Modflow dùng để tính toán trữ lượng, chất

lượng và phân bố dòng chảy ngầm; Phần mềm ModPath có chức năng tính hướng và tốc độ

các đường dòng khi nó vận động xuyên qua hệ thống các lớp chứa nước; Phần mềm MT3D

phối hợp với Modflow có chức năng tính toán quá trình khuếch tán và vận chuyển cùng

các phản ứng hoá học khác nhau của các vật chất hoà tan trong hệ thống dòng chảy ngầm.

Trong nghiên cứu này sử dụng phần mềm Modflow.

Thực chất phần mềm ModFlow là giải phương trình đạo hàm riêng về sự biến thiên độ cao

mực nước dưới đất [3]:







x

h

x



y

h

y



z

h

z

h

t





















T



T_yy



T

W  Ss

xx

zz

(1)













trong đó: T_xx, T_yy, T_zzlà các hệ số dẫn nước theo phương x, y và z. Chiều z là chiều thẳng đứng,

h là cốt cao mực nước tại vị trí (x, y, z) ở thời điểm t, W là các giá trị bổ cập hay thoát của nước

NDĐ tại vị trí (x, y, z) ở thời điểm t. W = W(x, y, z, t) là hàm số phụ thuộc thời gian t và không

gian (x, y, z), Ss là hệ số nhả nước, Ss = Ss(x, y, z), K_xx= K_xx(x, y, z), K_yy= K_yy(x, y, z),

K_zz= K_zz(x, y, z) các hàm phụ thuộc vào vị trí không gian x, y, z.

161

Nguyễn Sơn và Tống Phúc Tuấn

Để giải phương trình (1), phải tìm hàm số h(x, y, z,t) thoả mãn (1) và thoả mãn các điều

kiện biên. Sự biến động của giá trị h theo thời gian xác định bản chất dòng chảy, từ đó tính được

trữ lượng lớp chứa nước và các hướng dòng chảy. Việc tìm lời giải giải tích h(x, y, z,t)của

phương trình (1) chỉ thực hiện được khi miền nghiên cứu được mô phỏng tường minh bằng hàm

toán học. Tuy nhiên trong thực tế, miền thấm có điều kiện rất phức tạp, do đó người ta buộc

phải giải bằng các phương pháp gần đúng. Có nhiều phương pháp giải phương trình (1), và

trong mô hình Modflow sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn theo 3 chiều [4].

Các điều kiện biên là tham số không thể thiếu trong tính toán và được chia thành 3 nhóm:

nhóm biên theo phương ngang (các biên xung quanh của miền tính toán chủ yếu là các biên mô

tả sự gia nhập của các dòng ngầm từ các vùng lân cận); nhóm biên “nội” trên bề mặt (đối tượng

và điều kiện cấp/thoát nước dưới đất; mực nước không đổi của biển, hồ lớn; các giếng hút hoặc

ép nước); nhóm biên theo phương đứng liên quan tới các yếu tố khí tượng (lượng bốc thoát hơi

nước và bổ cập).

2.2. Kết quả nghiên cứu đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất

Đánh giá trữ lượng khai thác bằng phương pháp mô hình số dựa trên cơ sở giải phương trình

vi phân, sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn theo 3 chiều trong môi trường lỗ hổng không

liên tục. Hiện nay có nhiều chương trình máy tính được viết để giả quyết vấn đề này, ở đây chúng

tôi sử dụng phầm mềm MODFLOW của Công ti Waterloo Hydrogeologic Hoa Kỳ đi kèm với bộ

phần mềm Visual ModFlow. Nội dung nghiên cứu được thực hiện qua các bước: mô hình hóa

trường thấm; hiệu chỉnh mô hình phù hợp với hệ thống giếng khoan đã có từ các đề tài trước đây

và của đề tài [5] và đưa ra kết quả của mô hình.

2.2.1. Mô hình hoá trường thấm

Trên cơ sở tổng hợp, phân tích tài liệu điều tra thăm dò địa chất, địa chất thuỷ văn tỉnh Quảng

Trị từ trước đến nay chúng tôi tiến hành mô hình hoá điều kiện địa chất thuỷ văn vùng nghiên cứu

như sau:

* Trên bình đồ

Vùng nghiên cứu được giới hạn phía Đông là biển, phía Tây là gò đồi, địa hình có xu hướng

dốc về phía biển. Phần trung tâm đồng bằng là nơi phát triển của hai hệ thống sông, hệ thống sông

Bến Hải và hệ thống sông Quảng Trị. Các tầng chứa nước và cách nước đều có xu hướng dốc về

phía biển, vùng nghiên cứu được sơ đồ hoá như sau.

Biên giới phía Đông tầng chứa nước tiếp súc với biển được mô hình hoá là biên loại I với

H = const. Cốt cao mực nước trên biên là H = 0 m.

Ở phía Tây, nơi địa hình núi cao, các tầng chứa nước lỗ hổng gối lên tầng chứa nước khe nứt

không đồng đều hệ tầng Long Đại được mô hình hoá thành biên loại II. Biên có thể là Q = 0 hoặc

Q = const, sẽ được chính xác hoá bằng việc giải bài toán ngược trên mô hình.

Hệ thống sông Bến Hải và Quảng Trị sẽ được sơ đồ hoá thành biên loại I hoặc biên loại III

tuỳ thuộc vào kết quả chỉnh lí bài toán ngược.

* Trên mặt cắt

Mặt cắt nghiên cứu được mô hình hoá thành hệ thống gồm 5 lớp chứa nước và cách nước [1].

Lớp 1 là tầng chứa nước Holocen bao gồm toàn bộ trầm tích phân bố không liên tục.

Thành phần thạch học là cát thạch anh màu xám trắng, xám vàng, cát bột nguồn gốc biển, sông,

sông biển, gió biển. Chiều dày từ 2,5 đến 20 m, trung bình 12 m. Hệ số thấm biến đổi từ 0,47 đến

16,31 m/ng, trung bình 5,22 m/ng, Hệ số nhả nước trọng lực 0,005.

Lớp 2 là lớp cách nước yếu trầm tích Holocen phân bố không liên tục. Thành phần gồm chủ

3

yếu là sét, sét bột màu vàng, cát bột màu xám đen nguồn gốc sông biển amQ₂^2-3, amQ₂.

162

Khai thác bền vững tài nguyên nước dưới đất vùng ven biển QuảngTrị trong bối cảnh biến đổi khí hậu...

Chiều dày thay đổi 10 - 20 m, trung bình 15m, hệ số thấm rất nhỏ từ 0,0001 - 0,001 m/ng, hệ số

nhả nước 0,0001.

Lớp 3 là tầng chứa nước gồm trầm tích thống Pleistocen phân bố liên tục trên toàn vùng

nghiên cứu. Thành phần thạch học gồm cát thạch anh màu xám trắng, xám đen, cát lẫn sạn màu

2

1

vàng, cuội sỏi, cát sét nguồn gốc sông, biển, sông biển mQ₁, mQ₁, aQ₁, aQ₁và amQ₁. Chiều

dày từ 10 - 25 m, hệ số thấm thay đổi từ 2,04 - 30,95 m/ng, trung bình 9,2 m/ng, hệ số nhả nước 0,0085.

Lớp 4 là tầng chứa nước trầm tích Neogen phân bố không liên tục. Thành phần thạch học

gồm cát lần sét, cát hạt thô màu xám trắng, xám tro, sạn sỏi. Ở trung tâm có chiều dày lớn kéo dài

ra biển, phía Nam và Bắc tầng chứa nước có chiều dày rất mỏng hoặc bị bào mòn toàn bộ. Chiều

dày biến đổi từ 10 đến 60 m. Hệ số thấm thay đổi từ 8,06 - 37,69 m/ng, trung bình 15,53 m/ng, hệ

số nhả nước 0,03.

Lớp 5 lót dưới tầng chứa nước Neogen là trầm tích O₃- S₁hệ tầng Long Đại. Thành phần

thạch học là cát kết, bột kết chứa nước không liên tục, phụ thuộc vào sự phát triển các hệ thống

đứt gãy. Trong giới hạn đồng bằng chưa có lỗ khoan nào gặp nước trong tầng này nên được sơ đồ

hoá thành lớp cách nước.

* Lưới sai phân

Sử dụng lưới sai phân dạng ô vuông 250 × 250 m với 5 lưới tương ứng 5 lớp theo mặt cắt

đứng, phủ toàn bộ diện tích vùng nghiên cứu khoảng 1200 km². Những vị trí cần nghiên cứu chi

tiết hơn được sử dụng lưới nhỏ hơn, kích thước 50 × 50 m.

* Yếu tố địa hình

Các yếu tố về địa hình gồm cốt cao bề mặt địa hình, cốt cao đáy các lớp tầng chứa nước được

lấy trên cơ sở bản đồ địa hình tỉ lệ 1:50000 hệ toạ độ và cao độ nhà nước, độ cao và tọa độ các lỗ

khoan thăm dò địa chất, địa chất thuỷ văn, của các phương án trước đây.

* Yếu tố khí tượng, thuỷ văn

Giá trị bổ cập của lượng mưa và bốc hơi lấy theo tài liệu quan trắc của trạm khí tượng thuỷ

văn Đông Hà. Các giá trị đưa vào mô hình được lấy theo số liệu trung bình 41 năm (1973-2013)

của các yếu tố khí tượng, với giá trị tổng lượng mưa trung bình năm là 2366,7 mm/năm; lượng

bốc hơi trung bình năm 1303,9mm/năm [2]. Mực nước trên các sông được lấy theo số liệu quan

trắc của các trạm thuỷ văn Bến Hải, Đông Hà, Thạch Hãn, Quảng Trị [3].

Hình 1. Sơ đồ hình chiếu bằng mạng sông suối và hệ số thấm K vùng nghiên cứu

163

Nguyễn Sơn và Tống Phúc Tuấn

Mặt cắt nghiên cứu được mô hình hoá thành hệ thống gồm 5 lớp chứa nước và cách nước

(Hình 2 và Hình 3). Hệ số thấm và hệ số nhả nước được lấy từ số liệu của Báo cáo tìm kiếm

NDĐ vùng Hồ Xá, Đông Hà, Tây Đông Hà, Gio Linh [6-8].

Hình 2. Mặt cắt dọc (A-A) trên mô hình theo hệ số thấm K

Hình 3. Mặt cắt ngang (B-B) trên mô hình theo hệ số thấm K

2.2.2. Hiệu chỉnh mô hình

Trước khi dự báo trữ lượng khai thác NDĐ, chúng tôi tiến hành giải bài toán ngược để chính

xác hoá các thông số địa chất thủy văn đã được xác định bằng thí nghiệm thấm ở ngoài trời, kiểm

tra các biên và điều kiện biên đã cho.

Do điều kiện tài liệu không cho phép, ở đây chúng tôi chỉ tiến hành giải bài toán ngược ổn

định để chỉnh lí hệ số thấm và điều kiện biên. Hệ số nhả nước được lấy theo tài liệu hút nước thí

nghiệm chùm của phương án thăm địa chất thủy văn trước đây, đồng thời do vùng nghiên cứu

không có mạng lưới quan trắc động thái mực NDĐ, nên mực nước đưa vào mô hình để chỉnh lí

chúng tôi lấy theo mực nước tĩnh đo được tại các lỗ khoan thăm dò địa chất, địa chất thuỷ văn từ

các phương án thăm dò trước đây [9, 10] và lấy theo kết quả của đợt khảo sát thực địa mới nhất

năm 2016 của đề tài [5]. Sau đó dựa vào cốt cao bề mặt địa hình từ đó tính chuyển từ mực nước

tĩnh sang cốt cao mực nước của tầng chứa nước để chỉnh lí.

Bài toán ngược ổn định được giải bằng phương pháp thử dần. Ban đầu đưa các số liệu đầu

vào gồm hệ số thấm, lượng mưa, bốc hơi và điều kiện biên. Sau đó tiến hành chạy mô hình để

cho ra kết quả phân bố mực nước. So sánh mực nước nhận được trên mô hình với mực nước quan

164

Khai thác bền vững tài nguyên nước dưới đất vùng ven biển QuảngTrị trong bối cảnh biến đổi khí hậu...

trắc được ở ngoài thực tế, nếu sai số giữa mô hình với thực tế vượt quá giá trị cho phép thì lại lặp

lại từ đầu, bằng cách thay đổi giá trị các thông số thấm và điều kiện biên. Quá trình lặp đi lặp lại

nhiều lần đến khi nào sai số giữa mực nước trên mô hình và thực tế đạt được giá trị cho phép thì

dừng lại và kết thúc bài toán. Trong quá trình giải bài toán ngược ổn định, biên phía Tây được gán

cho điều kiện Q = const.

Nghiên cứu này đã sử dụng 20 lỗ khoan để hiệu chỉnh. Do các lỗ khoan này phải phân

bố theo phương ngang và theo phương thẳng đứng trên các tầng chứa nước và nguồn số

liệu có hạn nên không lấy được theo cùng một thời điểm, ở cùng một báo cáo tìm kiếm NDĐ

mà lấy theo các báo cáo tìm kiếm NDĐ của các phương án thăm dò trước đây [9, 10] và lấy theo

kết quả của đợt khảo sát thực địa mới nhất năm 2016 của đề tài [5]. Bộ thông số cần hiệu

chỉnh bao gồm hệ số thấm theo phương ngang và phương thẳng đứng. Mực nước tính toán

của mô hình được so sánh với tài liệu thực đo về mực nước trong các lỗ khoan. Kết quả tính toán

được trình bày trên (Bảng 1) và (Hình 5), với sai số RMS là 10.83 %, đạt yêu cầu.

Bảng 1. Mực nước ngầm trong lỗ khoan quan sát và lỗ khoan tính toán

Tọa độ lỗ khoan

Lỗ khoan

quan sát

(m)

Lỗ khoan

tính toán

(m)

Kí hiệu lỗ

khoan

Stt

X

Y

1

2

LK604

LK610

LK404

LK608

LK605

LK405

LK423

LK424

LK429

IIIB

716972

713245

710490

724179

716725

725194

732691

739057

728761

744423

748004

739188

718821

722461

723577

726376

726695

741646

742980

745677

1894003

1888710

1891436

1884229

1880314

1870163

1863108

1858975

1855916

1852189

1854321

1853189

1869858

1871802

1871584

1873339

1869090

1854313

1848571

1851689

0.80

1.75

1.90

1.00

2.00

3.00

2.10

2.00

4.00

2.20

1.70

3.00

2.20

2.10

2.20

2.10

3.00

2.00

8.50

1.80

1.95

1.10

1.70

3.50

1.70

2.40

3.54

2.35

1.40

2.60

3.30

2.00

1.80

2.50

2.45

2.40

2.75

2.10

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

IVB

VB

QT3

QT11

QT

LK432

QT14

VA

IIA

IIIA

165

Nguyễn Sơn và Tống Phúc Tuấn

Giá trị chênh lệch giới hạn cho phép được xác định từ các sai số:

- Các sai số từ số liệu nhập vào mô hình do đo bằng máy GPS cầm tay: độ cao mặt đất, độ

cao mực nước, độ cao mái, đáy cũng như chiều dày tầng chứa nước, hệ số thấm nằm ngang và

thẳng đứng… lấy sai số = 0,3 m;

- Các sai số trong tính toán các thành phần cân bằng nước do sai số từ lượng mưa, lượng

bốc hơi, lượng nước cung cấp từ sông, độ cao mực nước gán ở các biên lấy = 0,2m.

Với nhận xét như trên thì giá trị chênh lệch cho phép là ± 0,5m.

Hình 5. Sai số mực nước tính toán trong các lỗ khoan quan trắc.

2.2.3. Kết quả đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất

Sử dụng biên lượng mưa, bốc hơi theo kịch bản biến đổi khí hậu, hiệu chỉnh mô hình dựa

theo tài liệu lỗ khoan đã có kết hợp với bổ sung của đề tài, và thay đổi từ 3 cụm lỗ khoan

(Đoàn Văn Cánh, 2002) sang 2 cụm lỗ khoan cho thấy kết quả ranh giới xâm nhập mặn được

giảm đi trung bình từ 200 - 500 m, rất có ý nghĩa trong bối cảnh mực nước biển dâng. Các kết quả

cụ thể của mô hình gồm:

* Bố trí cụm lỗ khoan

Dựa vào sự phân bố và đặc điểm tầng chứa nước triển vọng, dựa vào đặc điểm phân bố dân

cư, dựa vào nhu cầu sử dụng nước của địa phương, tầng chứa nước Pleistocen - Neogen được khai

thác bởi 2 bãi giếng tập trung với công suất khai thác được trình bày trong Bảng 2 và Hình 6.

Bảng 2. Thiết kế khai thác bãi giếng Gio Linh và Hải Lăng

Stt

Tên bãi giếng

Số lượng LK

khai thác

11

Công suất khai thác

m³/ngày

1

2

Gio Linh

17600

Hải Lăng

30

60000

166

Khai thác bền vững tài nguyên nước dưới đất vùng ven biển QuảngTrị trong bối cảnh biến đổi khí hậu...

Hình 6. Sơ đồ bố trí các bãi giếng khai thác trong tầng chứa nước

Pleistocen - Neogen vùng đồng bằng tỉnh Quảng Trị

Như vậy, mạng lưới bố trí các lỗ khoan khai thác trên bãi giếng Gio Linh được giữ nguyên

như bãi giếng hiện tại gồm 11 lỗ khoan khai thác (LKKT) được bố trí trên hai tuyến song song.

Khoảng cách giữa các LKKT và giữa các tuyến LKKT là 500 - 700 m, với công suất khai thác

giai đoạn đầu là 17600 m³/ngày. Các giếng khoan khai thác được kí hiệu là G.

Bãi giếng Hải Lăng được bố trí mới gồm 30 LKKT trên ba tuyến song song với trục đường

tỉnh lộ chạy giữa đồng bằng. Khoảng cách giữa các LKKT và giữa các tuyến LKKT là 900 - 1000 m.

Công suất khai thác của bãi giếng này là 60000 m³/ngày. Các giếng khoan khai thác được kí hiệu

là Q (Hình 6).

* Đánh giá biến động mực nước

Kết quả dự báo trữ lượng khai thác và biến động cốt cao mực nước động trong thời đoạn 27

năm với các chu kì 3 năm được trình bày trong Bảng 3 và biến động cốt cao mực mước động

trong không gian lãnh thổ ở các thời điểm 12 và 27 năm trong Hình 7.

Bảng 3. Cốt cao mực nước động tính toán trong các lỗ khoan khai thác

(trường hợp biên Q = const)

Cốt cao mực nước động tính toán (m)

Cốt cao

Lưu lượng

SH LK

MN cho

phép

(m³/ng)

6

24

3 năm

9 năm

12 năm

15 năm

18 năm

21 năm

27 năm

năm

G1

G2

G3

G4

G5

G6

1000

1700

-1.61

-5.68

-6.58

-4.58

-3.76

-8.04

-8.90

-6.75

-4.94

-9.24

-5.65

-9.94

-6.09

-10.38

-11.14

-8.85

-6.38

-10.65

-11.40

-9.10

-6.56

-10.82

-11.57

-9.25

-6.69

-10.94

-11.68

-9.36

-6.78

-11.02

-11.76

-9.43

-8,19

-16,33

-20,18

-23,15

-9.24

-9.94

-10.05

-7.84

-10.73

-8.47

167

Nguyễn Sơn và Tống Phúc Tuấn

Cốt cao mực nước động tính toán (m)

Cốt cao

MN cho

phép

Lưu lượng

SH LK

(m³/ng)

6

24

3 năm

9 năm

12 năm

15 năm

18 năm

21 năm

27 năm

năm

G7

G8

1500

1700

2000

-5.58

-6.26

-4.09

-7.79

-8.45

-6.14

-8.95

-9.64

-10.07

-10.62

-8.18

-10.34

-10.88

-8.42

-10.52

-11.05

-8.58

-10.63

-11.16

-8.68

-10.72

-11.24

-8.76

-13,77

-23.15

-23,15

-21,50

-20.00

-19.50

-19.30

-18.50

-17.50

-17.00

-17.50

-17.40

-16.50

-18.50

-17.50

-15.70

-15.80

-16.00

-16.50

-17.00

-17.50

-18.00

-18.50

-19.50

-19.00

-18.50

-17.00

-16.50

-16.00

-15.80

-15.70

-15.60

-16.00

-18.50

G9

-9.56

-10.22

-7.80

G10

G11

Q1

-9.56

-7.19

-16.97 -13.37

-15.01 -12.13

-12.97 -10.36

-11.82

-11.25

-9.98

-11.12

-11.02

-10.23

-9.12

-10.67

-10.94

-10.47

-9.60

-10.45

-11.02

-10.76

-10.18

-9.34

-10.37

-11.19

-11.10

-10.77

-10.18

-10.30

-11.29

-11.71

-11.63

-12.17

-12.87

-13.70

-13.94

-11.75

-11.00

-10.50

-11.05

-12.62

-12.48

-11.61

-10.73

-11.02

-10.44

-9.90

-10.39

-11.37

-11.49

-11.44

-11.07

-11.19

-11.97

-12.17

-11.87

-12.20

-12.87

-13.96

-14.42

-12.36

-11.79

-11.37

-11.80

-13.02

-12.66

-11.61

-10.72

-11.10

-10.78

-10.57

-10.11

-11.03

-11.69

-12.48

-12.40

-11.72

-10.46

-11.57

-11.88

-12.09

-11.94

-12.06

-12.64

-12.65

-12.15

-12.29

-12.97

-14.24

-14.90

-12.95

-12.58

-12.22

-12.54

-13.44

-12.88

-11.68

-10.74

-11.23

-11.19

-11.24

-10.98

-11.87

-12.34

-12.94

-12.73

-11.79

Q2

Q3

Q4

-11.83

-11.43

-11.37

-11.90

-9.18

-8.70

-8.54

-9.19

-8.75

Q5

-7.84

-8.06

-8.51

Q6

-7.69

-8.06

-8.60

-9.46

Q7

-8.78

-9.30

-9.86

-10.61

-11.28

-11.46

-12.17

-12.87

-13.45

-13.43

-11.16

-10.15

-9.57

Q8

-13.49 -10.88

-15.81 -12.80

-18.48 -15.00

-17.73 -14.72

-15.35 -13.80

-13.49 -12.23

-12.77 -10.16

-10.45

-11.70

-13.24

-13.62

-13.36

-12.24

-9.73

-10.58

-11.35

-12.58

-13.20

-13.29

-12.61

-10.07

-8.85

-10.84

-11.31

-12.22

-12.95

-13.29

-12.98

-10.57

-9.38

Q9

Q10

Q11

Q12

Q13

Q14

Q15

Q16

Q17

Q18

Q19

Q20

Q21

Q22

Q23

Q24

Q25

Q26

Q27

Q28

Q29

Q30

-11.45

-11.57

-11.62

-8.74

-8.73

-8.95

-8.33

-7.88

-8.25

-8.75

-8.32

-8.81

-9.44

-10.28

-12.19

-12.31

-11.61

-10.81

-11.10

-10.27

-9.31

-12.82 -11.30

-14.86 -12.93

-16.99 -14.02

-17.27 -13.62

-15.94 -13.04

-14.28 -11.18

-11.31

-12.27

-12.69

-12.11

-11.94

-10.31

-8.56

-11.59

-12.16

-12.12

-11.45

-11.47

-10.15

-8.49

-11.83

-12.16

-11.75

-11.03

-11.20

-10.10

-8.69

-13.56

-12.70

-12.64

-13.11

-9.86

-8.57

-8.84

-9.69

-7.06

-7.11

-7.54

-8.37

-9.22

-7.77

-7.94

-8.46

-9.29

-10.14

-11.01

-12.02

-12.10

-11.70

-8.84

-9.12

-9.64

-10.33

-11.60

-11.93

-11.78

-14.35 -11.31

-16.36 -13.30

-18.40 -14.63

-10.67

-12.21

-13.09

-10.83

-11.90

-12.42

-11.12

-11.79

-11.97

Theo kết quả tính toán đưa ra ở (Bảng 3) và các đường đẳng chiều sâu hạ thấp mực nước từ

(Hình 7), chiều sâu hạ thấp mực nước tính toán vào các thời điểm khai thác, nhất là thời điểm khai

thác lâu nhất là sau 27 năm đều nhỏ hơn giá trị cho phép. Như vậy công suất thiết kế của các lỗ

khoan khai thác là có thể chấp nhận được làm trữ lượng khai thác nước bền vững cho vùng nghiên cứu.

168

Khai thác bền vững tài nguyên nước dưới đất vùng ven biển QuảngTrị trong bối cảnh biến đổi khí hậu...

Hình 7. Cốt cao mực nước động tính toán sau 12 năm (trái) và 27 năm (phải) khai thác

3. Kết luận

Nước dưới đất tầng chứa Pleistocen và Neogene là nguồn có thể đáp ứng nhu cầu phát triển

kinh tế xã hội của Vùng ven biển Quảng Trị, trong khi nước các tầng không áp bị ảnh hưởng ngày

càng nặng nề hơn của biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng.

Đánh giá trữ lượng khai thác thông qua mô hình ModFlow là một phương pháp còn khá mới

ở nước ta, tiếp cận với hướng nghiên cứu hiện nay trên thế giới. Mô hình được vận hành với các

biên không gian, cấu trúc địa chất và đặc tính các lớp đất đá, cũng như các tham số hiệu chỉnh từ

các giếng khoan và của quan trắc của đề tài [5], cùng với các thông tin về nhu cầu sử dụng nước

hiện tại cũng như trong các quy hoạch là cơ sở đề xuất bố trí 41 giếng khoan phân bố trong 2 cụm

tập trung ở Gio Linh và Hải Lăng. Đã xác định được lưu lượng khai thác nước bền vững của vùng

nghiên cứu là 77600 m³/ngày đêm. Theo kịch bản này, sau 27 năm, mực nước ở vùng cấp nước

vẫn còn ở độ sâu -10 m (chưa đến mái tầng chứa nước có áp Pleistocen}, là đảm bảo an toàn cho

tầng chứa. Đồng thời với kịch bản trên, đã xác định cốt cao mực nước động ở từng giếng khoan

sau mỗi 3 năm khai thác trong chu kì 27 năm.

Trong nghiên cứu này, yếu tố biến đổi khí hậu mới chỉ tính tới sự chi phối của lượng mưa,

tuy nhiên ảnh hưởng của mực nước biển dâng cũng cần được đánh giá do thiếu hụt tài liệu về mực

biển dâng và ảnh hưởng của chúng tới các tầng chứa nước. Vì vậy, những nghiên cứu tiếp theo

cần được triển khai nhằm đánh giá toàn diện ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tới khả năng khai

thác bền vững nước dưới đất vùng ven biển.

Lời cảm ơn. Thay mặt tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn đề tài “Nghiên cứu đánh giá tài

nguyên nước dưới đất và xác định các phương án khai thác hợp lí dải ven biển tỉnh Quảng Trị”

cấp Viện hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã hỗ trợ chúng tôi thực hiện nghiên cứu này.

169

Nguyễn Sơn và Tống Phúc Tuấn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] UBND tỉnh Quảng Trị, 2006. Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Quảng Trị

đến năm 2020.

[2] Hoàng Lưu Thu Thủy, 2015. Đánh giá mức độ tổn thương của các hệ thống kinh tế xã hội

do tác động của biến đổi khí hậu tại vùng Bắc Trung Bộ (thí điểm cho tỉnh Hà Tĩnh).

Tr. 150-152.

[3] Đoàn Văn Cánh, Phạm Quý Nhân, 2005. Tin học ứng dụng trong địa chất thủy văn. Nxb

Khoa học và Kĩ thuật, tr 53-54.

[4] User Manual Visual Modflow V.4.2.0.1, Waterloo Hydrogeologic, 2005.

[5] Nguyễn Sơn, 2016. Nghiên cứu đánh giá tài nguyên nước dưới đất và xác định các phương

án khai thác hợp lí dải ven biển tỉnh Quảng Trị. Viện Địa Lí.

[6] Nguyễn Trường Giang, 1995. Thăm dò nước dưới đất vùng Gio Linh, Đoàn 708.

[7] Nguyễn Trường Giang, 1999. Đặc điểm địa chất thuỷ văn vùng thị xã Đông Hà, Liên đoàn

ĐCTV-ĐCCT miền Nam.

[8] Lê Quang Mạnh, 1990. Tìm kiếm nước dưới đất Tây Đông Hà, Đoàn 708.

[9] Đoàn Văn Cánh, 2002. Điều tra nghiên cứu tài nguyên môi trường nước dưới đất tỉnh

Quảng Trị phục vụ quy hoạch bảo vệ và khai thác sử dụng có hiệu quả cho phát triển kinh

tế dân sinh của tỉnh. Tr. 62-64.

[10] Nguyễn Thanh Sơn, 2008. Quy hoạch quản lí, khai thác sử dụng và bảo vệ tài nguyên nước

dưới đất miền đồng bằng tỉnh Quảng Trị. Tr. 45-46.

ABSTRACT

Sustainable mining underground water resources of Quang Tri coastal in the context

of climate change and sea-level rise

Nguyen Son¹and Tong Phúc Tuan²

¹Department of Groundwater Resources, Geography Institute, VAST

²Department of Geomorphology and Geodynamic, Geography Institute, VAST

Climate change and sea level rise caused many challenges in the management and

exploitation of groundwater resources to ensure sustainable development, especially in coastal

areas. Quang Tri coastal areas with particularly important role in socio-economic development

and evaluating a comprehensive resource to organize sustainable fishing in the context of rising

sea levels is in place is crucial. Using Visual Modflow model determine water flow sustainable

exploitation of the study was 77 600 m³/day, exploitation wells in 2 clusters and determine the

water level lowered in each well drilled after every 3 years of operation in 27-year cycles. The

first time the subject has taken into account the effects of climate change the possibility of

sustainable exploitation of underground water resources.

Keywords: Mining reserves (Qkt), underground water (groundwater), geology and hydrology

(hydrogeological).

170