Tài liệu đánh giá tác động của nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất đồng bằng ven biển tỉnh hà tĩnh và các giải pháp ứng phó

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC ĐỖ NGỌC THỰC ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN TỈNH HÀ TĨNH VÀ CÁC GIẢI PHÁP ỨNG PHÓ LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HÀ NỘI - 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC ĐỖ NGỌC THỰC ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN TỈNH HÀ TĨNH VÀ CÁC GIẢI PHÁP ỨNG PHÓ LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: Chương trình đào tạo thí điểm Người hướng dẫn khoa học: TS. Phan Văn Trường HÀ NỘI - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Phan Văn Trường. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn đảm bảo độ tin cậy và chính xác. Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, được trích dẫn đầy đủ, trung thực và đúng quy cách. Tác giả Đỗ Ngọc Thực i LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành trong khuôn khổ trợ giúp của Đề tài nghiên cứu cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam “Nghiên cứu đánh giá quá trình xâm nhập mặn và đề xuất các giải pháp khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên nước (nước mặt và nước dưới đất) phục vụ phát triển kinh tế - xã hội khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh” đã tạo điều kiện cho học viên trong công tác thực địa, thu thập thống kê số liệu, thể hiện mô hình tính toán, với sự hướng dẫn khoa học của TS. Phan Văn Trường. Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới Ban chủ nhiệm đề tài - đã tận tình giúp đỡ cũng như hỗ trợ mọi mặt để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Khoa Sau đại học - ĐH Quốc Gia Hà Nội, Viện Địa chất và Địa vật lý Biển, Viện Khoa học vật liệu, cùng các Thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và Gia đình đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! Tác giả ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH viii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4 1.1. Tổng quan về biến đổi khí hậu và nước biển dâng ................................................4 1.1.1. Biến đổi khí hậu và nước biển dâng trong quá khứ .........................................4 1.1.2. Biến đổi khí hậu và nước biển dâng hiện nay và xu thế tương lai ...................6 1.2. Tình hình nghiên cứu về tác động của nước biển đối với các tầng chứa nước ven biển .......................................................................................................................12 1.2.1. Trên Thế giới ..................................................................................................12 1.2.2. Ở Việt Nam .....................................................................................................14 1.2.3. Các nghiên cứu về nước dưới đất vùng đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh ...15 1.3. Cơ chế xâm nhập mặn nước dưới đất ..................................................................17 1.3.1. Các quá trình dịch chuyển chất hòa tan ........................................................17 1.3.2. Quá trình phân tán cơ học .............................................................................18 1.3.3. Quá trình phân tán thuỷ động lực ..................................................................18 1.3.4. Quá trình hấp phụ ..........................................................................................19 1.3.5. Quá trình phân rã ...........................................................................................19 1.3.6. Ranh giới mặn - nhạt nước dưới đất vùng ven biển .......................................19 1.4. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................21 1.4.1. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa ........................................................21 1.4.2. Phương pháp kế thừa .....................................................................................21 1.4.3. Phương pháp bản đồ và GIS ..........................................................................21 1.4.4. Phương pháp địa vật lý ..................................................................................22 1.4.5. Phương pháp mô hình toán ............................................................................22 CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN TỈNH HÀ TĨNH 25 2.1. Đặc điểm tự nhiên ................................................................................................25 iii 2.1.1. Vị trí địa lý......................................................................................................25 2.1.2. Đặc điểm địa hình ..........................................................................................27 2.1.3. Đặc điểm địa chất ..........................................................................................27 2.1.4. Đặc điểm phân bố các tầng chứa nước ..........................................................32 2.1.5. Đặc điểm thổ nhưỡng .....................................................................................35 2.1.6. Đặc điểm khí hậu............................................................................................36 2.1.7. Đặc điểm thủy văn, hải văn ............................................................................38 2.1.8. Thảm thực vật .................................................................................................39 2.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội .....................................................................................40 2.2.1. Dân cư ............................................................................................................40 2.2.2. Hoạt động nông - lâm nghiệp.........................................................................40 2.2.3. Đánh bắt và nuôi trồng thủy - hải sản ...........................................................41 2.2.4. Hoạt động công nghiệp ..................................................................................41 CHƯƠNG 3 TÁC ĐỘNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN TỈNH HÀ TĨNH 43 3.1. Tài nguyên nước dưới đất khu vực nghiên cứu ...................................................43 3.1.1. Trữ lượng nước dưới đất ................................................................................43 3.1.2. Chất lượng nước dưới đất ..............................................................................45 3.1.3. Đánh giá khả năng sử dụng nước ..................................................................45 3.2. Diễn biến xâm nhập mặn vào các tầng chứa nước ..............................................47 3.2.1 Xâm nhập mặn tầng qh....................................................................................49 3.2.2. Xâm nhập mặn tầng qp...................................................................................49 3.3. Dự báo ảnh hưởng của nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh.........................................................................................55 3.3.1. Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng khu vực nghiên cứu ...............56 3.3.2. Mô hình dự báo xâm nhập mặn tầng chứa nước khu vực nghiên cứu ...........57 3.3.3. Kết quả dự báo ảnh hưởng của nước biển dâng trong điều kiện khí hậu tương lai đến nước dưới đất .....................................................................................60 3.4. Tác động của xâm nhập mặn do mực nước biển dâng tới hoạt động dân sinh và các hệ sinh thái tự nhiên .........................................................................................67 3.4.1. Tác động tới hoạt động dân sinh ....................................................................67 3.4.2. Tác động tới các hệ sinh thái tự nhiên ...........................................................70 iv CHƯƠNG 4 CÁC GIẢI PHÁP ỨNG PHÓ TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN TỈNH HÀ TĨNH 72 4.1. Biện pháp chung chuẩn bị đối phó BĐKH và NBD ............................................72 4.2. Cơ sở đề xuất các giải pháp .................................................................................73 4.3. Đề xuất các giải pháp ứng phó mực NBD ở đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh ..74 4.3.1. Các giải pháp phi công trình..........................................................................74 4.3.2. Các giải pháp công trình................................................................................77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 85 v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BĐKH Biến đổi khí hậu ĐB - TN Đông bắc - Tây nam ĐBBB Đồng bằng Bắc Bộ ĐC Địa chất ĐCCT Địa chất công trình ĐCTV Địa chất thủy văn ĐTS Điện trở suất ĐVL Địa vật lý GIS Hệ thông tin địa lý IPCC Ủy ban liên Chính phủ về biến đổi khí hậu KT - XH Kinh tế - Xã hội NBD Nước biển dâng NDĐ Nước dưới đất TB - ĐN Tây bắc - Đông nam TBNN Trung bình nhiều năm TCN Tầng chứa nước TDS Tổng chất rắn hòa tan TEM Transmission electron microscopy TNN Tài nguyên nước UNICEF Quỹ nhi đồng Liên hợp quốc VAST Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam XNM Xâm nhập mặn vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Cán cân mực nước biển trung bình toàn cầu ..................................................6 Bảng 1.2: Mức tăng nhiệt độ và mức thay đổi lượng mưa trong 50 năm qua ở các vùng khí hậu của Việt Nam ......................................................................................................9 Bảng 2.1: Thành phần độ hạt của đất đá và mức độ chứa nước ....................................29 Bảng 2.2: Lượng mưa (mm) trung bình tháng nhiều năm.............................................37 Bảng 2.3: Lượng bốc hơi (mm) trung bình nhiều tháng ...............................................37 Bảng 2.4: Nhiệt độ (0C) không khí trung bình tháng nhiều năm...................................38 Bảng 2.5: Số ngày nắng trung bình tháng nhiều năm ...................................................38 Bảng 2.6: Thống kê các khu công nghiệp hiện có trong khu vực nghiên cứu ..............42 Bảng 3.1: Trữ lượng khai thác tiềm năng khu vực nghiên cứu .....................................44 Bảng 3.2: Nhu cầu sử dụng nước khu vực nghiên cứu .................................................47 Bảng 3.3: Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ 1980 - 1999 .................................56 Bảng 3.4: Mức tăng của một số yếu tố so với thời kỳ 1980 - 1999 theo kịch bản B2 ..57 Bảng 3.5: Thay đổi lượng mưa (%) so với thời kỳ 1980 - 1999 theo kịch bản B2 .......57 Bảng 3.6: Vị trí một số lỗ khoan quan trắc tại khu vực nghiên cứu ..............................59 Bảng 3.7: Diễn biến diện phân bố nhiễm mặn bởi ảnh hưởng của nước biển dâng trong các tầng chứa nước dưới kịch bản B2 ...........................................................................65 Bảng 3.8: Bảng tổng hợp các hình thức khai thác nước dưới đất .................................67 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Biểu đồ khí hậu lớp băng ở Nam Cực, chu kỳ băng hà - gian băng cuối cùng .........................................................................................................................................4 Hình 1.2: Đường cong mực nước biển cho thềm lục địa Sunda nhận được từ các dạng đường bờ ..........................................................................................................................5 Hình 1.3: Biến động mực nước biển trung bình toàn cầu giai đoạn 1870 - 2010 ...........7 Hình 1.4: Tổng số các cơn bão loại 1 (màu lục), loại 2 và 3 (màu xanh), loại 4 và 5 (màu đỏ) trong giai đoạn 1970 - 2004 .............................................................................8 Hình 1.5: Diễn biến của số cơn XTNĐ hoạt động ở biển Đông, ảnh hưởng và đổ bộ vào đất liền Việt Nam trong 50 năm qua.......................................................................10 Hình 1.6: Số lượng cơn bão hàng năm ảnh hưởng trực tiếp đến vùng biển tỉnh Hà Tĩnh .......................................................................................................................................11 Hình 1.7: Số lượng cơn bão (a) theo cấp bão và (b) theo thời gian đổ bộ ....................11 Hình 1.8: Vận động của nước dưới đất vùng ven biển ..................................................20 Hình 1.9: Sơ đồ quan hệ giữa nước nhạt - mặn dưới đất vùng ven biển .......................21 Hình 2.1: Sơ đồ vị trí khu vực đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh .................................26 Hình 2.2: Sơ đồ địa chất khu vực đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh ............................31 Hình 2.3: Sơ đồ địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu ................................................33 Hình 2.4: Phân tầng ĐCTV và Mặt cắt cấu trúc ĐCTV thực tế theo đường AB, CD ..34 Hình 2.5: Tỷ lệ phần trăm các nhóm đất khu vực vực nghiên cứu ...............................36 Hình 2.6: Mực nước thực đo năm 2011 trạm Bến Thủy ...............................................39 Hình 2.7: Độ mặn thực đo năm 2011 trạm Bến Thủy ...................................................39 Hình 3.1: Suy giảm mực nước dưới đất trong giai đoạn 2014 - 2015 ...........................48 Hình 3.2: Diễn biến TDS trong nước dưới đất giai đoạn 2014 - 2020 ..........................48 Hình 3.3: Bản đồ xâm nhập mặn tầng qh2 mùa mưa/mùa khô giai đoạn 2014 - 2015 .51 Hình 3.4: Bản đồ xâm nhập mặn tầng qh1 mùa mưa/mùa khô giai đoạn 2014 – 2015 52 Hình 3.5: Bản đồ xâm nhập mặn tầng qp mùa mưa/mùa khô giai đoạn 2014 – 2015 ..53 Hình 3.6: Bản đồ hiện trạng nhiễm mặn nước sông (mùa mưa/mùa khô) tỉnh Hà Tĩnh .......................................................................................................................................54 Hình 3.7: Diện tích có nguy cơ bị ngập khu vực tỉnh Hà Tĩnh ứng với mực NBD 1m 55 Hình 3.8: Miền tính và lưới tính khu vực nghiên cứu ...................................................57 viii Hình 3.9: Mực nước ban đầu tính toán trên mô hình ....................................................59 Hình 3.10: Mối tương quan mực nước tính toán và thực tế tầng chứa nước qh ...........60 Hình 3.11: Mối tương quan mực nước tính toán và quan trắc tầng chứa nước qp .......60 Hình 3.12: Sơ đồ dự báo xâm nhập mặn đến năm 2020, tầng qh2 ...............................61 Hình 3.13: Sơ đồ dự báo xâm nhập mặn đến năm 2020, tầng qh1 ...............................61 Hình 3.14 Sơ đồ dự báo xâm nhập mặn đến năm 2020, tầng qp...................................62 Hình 3.15: Sơ đồ dự báo xâm nhập mặn đến năm 2030, tầng qh2 ...............................62 Hình 3.16: Sơ đồ dự báo xâm nhập mặn đến năm 2030, tầng qh1 ...............................63 Hình 3.17: Sơ đồ dự báo xâm nhập mặn đến năm 2030, tầng qp .................................63 Hình 3.18: Sơ đồ dự báo xâm nhập mặn đến năm 2050, tầng qh2 ...............................64 Hình 3.19: Sơ đồ dự báo xâm nhập mặn đến năm 2050, tầng qh1 ...............................64 Hình 3.20: Sơ đồ dự báo xâm nhập mặn đến năm 2050, tầng qp .................................65 Hình 3.21: Mức tăng diện tích (%) xâm nhập mặn vào các tầng chứa nước dưới đất ..66 ix MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Biến đổi khí hậu (BĐKH) và nước biển dâng (NBD) đang diễn ra mãnh liệt, tác động tới nhiều yếu tố tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên và con người về cả cường độ và phạm vi ảnh hưởng. Ở nước ta, những khu vực chịu ảnh hưởng nhiều nhất của BĐKH là các đồng bằng ven biển. Tác động của NBD là rõ rệt nhất được biểu hiện bởi hiện tượng xâm nhập mặn (XNM). Nhiều khu vực có diện tích đất đang ngày càng bị nhiễm mặn, làm thu hẹp diện tích đất canh tác và ảnh hưởng lớn đến tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt làm giảm trữ lượng nước nhạt dưới đất và gây nhiễm mặn nguồn nước. Đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh có 137km đường bờ biển, là khu vực chịu ảnh hưởng lớn của BĐKH và NBD. Theo kịch bản BĐKH xây dựng cho Hà Tĩnh (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2009) bao gồm kịch bản biến đổi nhiệt độ, lượng mưa và kịch bản NBD, cụ thể, mực nước biển có thể dâng thêm 28 - 33cm vào giữa thế kỷ 21 và từ 65 - 100cm vào cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999. Theo tài liệu của Sở Tài nguyên - Môi trường Hà Tĩnh (2013) cho thấy, hiện nay nước mặn đã lấn sâu vào các sông ven biển của tỉnh trên 10 km và nước biển cũng cao hơn 10 năm trước làm cho sự xâm mặn ngày càng mở rộng, trên 80% giếng khơi mới đào 2 năm gần đây ở vùng giáp biển đã bị nhiễm mặn không sử dụng được và hiện có trên 114km2 diện tích đất bị nhiễm mặn, vào mùa khô hạn, diện tích trên còn gia tăng ảnh hưởng không nhỏ đến các hoạt động dân sinh và phát triển kinh tế của khu vực. Khu vực đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh vừa là nơi tập trung đông dân cư, vừa phát triển các hoạt động KT - XH kéo theo nhu cầu dùng nước ngày càng tăng, trong khi nước sử dụng chủ yếu được khai thác tại chỗ từ nguồn nước ngầm và nước mặt. Do vậy, việc khai thác sử dụng tài nguyên nước nói chung và nước dưới đất nói riêng đang là vấn đề cần quan tâm. Hiện nay, việc khai thác và sử dụng nước dưới đất của nhân dân trong vùng còn mang tính tự phát, thiếu sự quy hoạch/quản lý cụ thể và chưa có các giải pháp bảo vệ tài nguyên thích hợp, nên đã xảy ra các hiện tượng suy thoái nguồn nước bởi nhiễm bẩn và thất thoát, cùng với quá trình xâm nhập mặn nên ở nhiều nơi đã có dấu hiệu thiếu hụt nguồn nước cấp, nhất là vào mùa khô hạn. Nhằm góp phần giải quyết những vấn đề cấp thiết nêu trên, nội dung luận văn “Đánh giá tác động của nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh và các giải pháp ứng phó” sẽ tập trung nghiên cứu đánh giá 1 tác động của nước biển dâng đối với tài nguyên nước dưới đất, từ đó đưa ra các giải pháp ứng phó nhằm khai thác và sử dụng bền vững nguồn nước nhạt dưới đất khu vực ven biển tỉnh Hà Tĩnh. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nước dưới đất trong trầm tích Đệ Tứ. Phạm vi nghiên cứu: Đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh theo tọa độ VN2000 được giới hạn từ từ 538.000 ÷ 658.000m Vĩ Bắc và từ 1.984.000 ÷ 2.077.000m Kinh Đông. Giới hạn được lựa chọn theo đặc trưng hình thái của các thành tạo địa chất và địa hình qua mối tương tác lục địa – biển trong thời kỳ Đệ Tứ. Vùng nghiên cứu mở rộng về phía Bắc và hẹp dần về phía Nam, cu thể: Phía Bắc là sông La và sông Lam, phía Đông tiếp giáp Biển Đông với đường bờ biển dài 137 km, phía Tây là phần diện tích vùng Trung du đến mức địa hình 25m và phía Nam được chắn bởi Đèo Ngang một nhánh Hoành Sơn của dãy Trường Sơn. 3. Mục tiêu nghiên cứu - Làm sáng tỏ tác động của NBD trong bối cảnh BĐKH đối với tài nguyên NDĐ trong các trầm tích Đệ Tứ đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh; - Bước đầu đề xuất các giải pháp ứng phó trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng nhằm bảo vệ tài nguyên nước nhạt dưới đất khu vực nghiên cứu. 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu đánh giá vai trò của các nhân tố tự nhiên, KT - XH đối với tài nguyên nước dưới đất đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh; - Nghiên cứu những đặc trưng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng vùng đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh; - Nghiên cứu đánh giá thực trạng xâm nhập của nước biển vào các tầng chứa nước khu vực nghiên cứu; - Dự báo những tác động của nước biển dâng trong điều kiện khí hậu tương lai đến tài nguyên nước dưới đất đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh; - Đề xuất các giải pháp ứng phó trong điều kiện mực nước biển dâng nhằm bảo vệ tài nguyên nước nhạt dưới đất đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh. 5. Phương pháp nghiên cứu Để nghiên cứu đồng bằng ven biển Hà Tĩnh, luận văn sử dụng tổ hợp nhiều phương pháp truyền thống lẫn hiện đại. Cụ thể gồm: 1) Phương pháp điều tra khảo sát thực địa. 2 2) Phương pháp kế thừa. 3) Phương pháp bản đồ và GIS. 4) Phương pháp địa vật lý. 5) Phương pháp mô hình toán. 6. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, cấu trúc luận văn bao gồm 4 chương như sau: Chương 1: Cơ sở lý luận và Phương pháp nghiên cứu Chương 2: Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh Chương 3: Tác động của nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh Chương 4: Các giải pháp ứng phó trong điều kiện biến đổi khí hậu và nước biển dâng đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 1. Đỗ Ngọc Thực, Phan Văn Trường, Nguyễn Đức Núi, 2015, “Các nhân tố cơ bản ảnh hưởng đến nước dưới đất trong trầm tích Đệ Tứ đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường – ĐH Thủy Lợi, số 49, tr. 115 – 121, tháng 6/2015; 2. Phan Văn Trường, Dương Văn Nam, Đỗ Ngọc Thực, 2015, “Tác động của biến đổi khí hậu đối với tài nguyên nước nhạt dưới đất đồng bằng ven biển Hà Tĩnh”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, số 656, tr. 16 – 20, tháng 8/2015; 3. Đỗ Ngọc Thực, Phan Văn Trường, Vũ Hải Đăng, Nguyễn Ngọc Tiến, Nguyễn Đức Núi, Nguyễn Kim Cát, Lư Quang Huy, 2015, “Nghiên cứu ảnh hưởng của nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến diễn biến xâm nhập mặn đồng bằng ven biển Hà Tĩnh”, Hội nghị Khoa học kỷ niệm 40 năm Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam (Tiểu ban: Khoa học và Công nghệ Biển, tháng 10/2015); 4. Đỗ Ngọc Thực, Phan Văn Trường, Vũ Hải Đăng, Nguyễn Ngọc Tiến, Nguyễn Đức Núi, Nguyễn Kim Cát, Lư Quang Huy, 2015, “Xâm nhập mặn vào các tầng chứa nước trong trầm tích Đệ Tứ đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường – ĐH Thủy Lợi, số 50, tr. 37 – 43, tháng 9/2015. 3 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về biến đổi khí hậu và nước biển dâng 1.1.1. Biến đổi khí hậu và nước biển dâng trong quá khứ Trong suốt chiều dài lịch sử hình thành và tiến hóa Trái Đất đã xẩy ra nhiều lần biến đổi khí hậu, nó được ghi lại rất nhiều ở những đối tượng tự nhiên khác nhau như: thành phần đất đá trầm tích, địa hình, thực vật cũng như các cảnh quan trên bề mặt Trái Đất. Tuy nhiên, càng lùi xa về quá khứ, thì những dấu ấn đó càng không rõ rệt. Chỉ trong thời gian địa chất gần đây, đặc biệt là kỷ Đệ tứ thì những dấu ấn của BĐKH mới được biểu hiện rõ ràng. Một trong những đặc trưng quan trọng của BĐKH là sự thay đổi nhiệt độ của lớp không khí bề mặt đất nói riêng và trong khí quyển của Trái Đất nói chung. Kèm theo sự tăng hay giảm nhiệt độ (nóng lên hay lạnh đi) là sự tăng hay giảm mực nước biển (biển tiến - biển lùi). Bằng chứng này được xác nhận thông qua phân tích lõi khoan băng tại trạm Vostok ở Nam Cực (Hình 1.1). Nguồn: [32] Hình 1.1: Biểu đồ khí hậu lớp băng ở Nam Cực, chu kỳ băng hà - gian băng cuối cùng Từ đó có thể thấy rằng, trong vòng khoảng 150.000 năm qua, trên Trái Đất đã 2 lần xẩy ra nhiệt độ cao (vào thời điểm khoảng 120.000 và 6.000 năm trước) và 2 lần nhiệt độ thấp (vào thời điểm khoảng 140.000 và 20.000 năm trước); tương ứng với chúng là 2 lần biển tiến và 2 lần biển lùi. Lần biển tiến sau được gọi là Biển tiến Flandrian, còn lần biển lùi sau được gọi là Cực đại Băng hà lần cuối. 4 Cho đến nay, tiến trình dâng lên của mực nước biển sau Cực đại Băng hà Lần Cuối liên quan với biến đổi khí hậu đã đươc nhiều nhà khoa học thuộc các lĩnh vực khác nhau nghiên cứu và đã được đánh giá tương đối đầy đủ và chi tiết cả ở quy mô toàn cầu, khu vực và địa phương. Ví dụ cho thềm lục địa Sunda, trong đó có Việt Nam được chỉ ra ở Hình 1.2. Nguồn: [24] Hình 1.2: Đường cong mực nước biển cho thềm lục địa Sunda nhận được từ các dạng đường bờ Theo Sathiamurty và Viris [31], thời kỳ Cực đại Băng hà lần cuối trên thềm lục địa Sunda xẩy ra cách ngày ngay khoảng 21.000 năm và mực biển lúc bấy giờ thấp hơn hiện nay 116m. Trên Hình 1.2, Hanebuth và đồng nghiệp [24] đã chia ra 4 giai đoạn S1, S2, S3 và S4 tương ứng với khoảng thời gian và tốc độ dâng mực biển khác nhau. S1 (từ 21.000 - 19.000 năm trước), mực biển dâng lên được 2m, với tốc độ chậm, chỉ đạt 1mm/năm (1σ = 1,4mm/năm). So sánh với biên độ thủy triều là 2m, thì mực biển là ổn định; S2 (từ 19.000 - 14.600 năm trước), mực miển dâng lên được 18m với tốc độ đạt 4,1mm/năm (1σ ± 0,8mm/năm); S3 (từ 14.600 - 14.300 năm trước), mực biển dâng lên được 16m với tốc độ được gia tăng đáng kể tới 53,3mm/năm. Tuy nhiên, tốc độ có thể được đánh giá từ phân bố xác suất độ chính xác của tuổi dao động từ 2,8 đến 16,0m/100 năm. Giá trị cao có thể do ảnh hưởng của điều kiện địa phương, như tích tụ trầm tích, phát triển rừng ngập mặn, v.v., và S4 (từ 14.300 - 13.100 năm trước), mực biển dâng lên được 16m, với tốc độ đạt 13,3mm/năm (1σ = 3,3mm/năm). Sau đó mực biển dâng chậm dần. Tuy nhiên, vào thời kỳ tối ưu khí hậu Holocen, bắt đầu từ khoảng 9.500 đến 6.000 năm trước, nhiệt độ lại được tăng lên và cao hơn hiện nay khoảng 2oC, khiến cho mực nước biển dâng lên với tốc độ xấp xỉ 10mm/năm [32]. Còn từ 6.000 năm trước đến nay, nhiệt độ hạ thấp dần để đạt được giá trị như hiên nay. 5 1.1.2. Biến đổi khí hậu và nước biển dâng hiện nay và xu thế tương lai Biến đổi khí hậu có thể do 2 nguyên nhân: một là, do những quá trình tự nhiên và hai là, do tác động của con người. Nguyên nhân thứ nhất có từ rất lâu nên nguyên nhân thứ hai được đề cập tới nhiều nhất. Trên toàn cầu: Trong thời gian gần đây, các kết quả nghiên cứu về khí hậu cho thấy, nhiệt độ của bề mặt Trái đất trên quy mô toàn cầu đang tăng lên. Hầu hết các số liệu quan trắc đều cho thấy rằng, nhiệt độ không khí và nước đại dương đều tăng, trong đó tăng nhanh hơn ở vùng cực Bắc. Trong 100 năm qua (1906 - 2005), nhiệt độ trung bình toàn cầu đã tăng khoảng 0,740C [2], tốc độ tăng của nhiệt độ trong 50 năm gần đây gấp đôi so với 50 năm trước đó. Có nhiều lý do làm cho nhiệt độ trên Trái Đất tăng lên, trong đó có sự gia tăng nồng độ CO2 trong khí quyển. Theo báo cáo của IPCC [30], nồng độ CO2 trong khí quyển vào thập niên 1990 là 330ppm, nếu trong thế kỷ XXI, giá trị tăng lên gấp đôi, thì nhiệt độ sẽ tăng lên 1 - 20C, tương đương với thời kỳ Tối ưu Khí hậu trong Holocen. Kèm theo nhiệt độ trên bề mặt Trái Đất, đặc biệt đối với vùng Bắc cực và bề mặt đại dương tăng lên thì mực nước biển cũng được dâng lên do dãn nở của nước đại dương và tan chảy các khối băng trên lục địa, cũng như nước mặt từ lục địa (Bảng 1.1). Đồng thời, nhiệt độ bề mặt Trái đất tăng cũng gây ra sự chênh lệch áp suất giữa lục địa và đại dương dẫn đến tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan, đặc biệt là bão và áp thấp nhiệt đới (cả về tần suất lẫn cường độ). Bảng 1.1: Cán cân mực nước biển trung bình toàn cầu Nguồn đóng góp Dãn nở do nhiệt Băng hà (trừ Greenland và Nam Cực) Băng hà ở Greenland Khiên băng Greenland Khiên băng Nam Cực Nước từ lục địa Tổng đóng góp Mực biển TB toàn cầu theo quan trắc Khoảng thời gian quan trắc Đơn vị: mm/năm 1901-1990 1971-2010 1997-2010 0,8(0,5 ÷ 1,1) 1,1 (0,8 ÷ 1,4) 0,54(0,47÷0,61) 0,62(0,25÷0,99) 0,76(0,39÷1,13) 0,15(0,1÷0,19) -0,11(-0,16÷-0,06) - 0,06(0,03÷0,09) 0,12(0,03÷0,22) - 0,1(0,07÷0,13) 0,33(0,25÷0,41) 0,27(0,16÷0,38) 0,38(0,26÷0,41) 2,8(2,3÷3,4) 1,5(1,3÷1,7) 2,0(1,7÷2,3) 3,2(2,8÷3,6) Nguồn: [26] 6 Theo các nhà khoa học về BĐKH toàn cầu và NBD cho thấy, đại dương đã nóng lên đáng kể từ cuối thập kỷ 1950. Các nghiên cứu từ số liệu quan trắc trên toàn cầu cho thấy, mực nước biển trung bình toàn cầu trong thời kỳ 1961 - 2003 đã dâng với tốc độ 1,8 0,5 mm/năm, trong đó, đóng góp do giãn nở nhiệt và tan băng là lớn nhất [29]. Năm 2007, IPCC cũng đưa ra kịch bản về mực nước biển dâng đến thời gian 2099 so với khoảng thời gian 1980 - 1999 (Hình 1.4) [32]. Nghiên cứu cập nhật năm 2009 cho rằng tốc độ mực nước biển trung bình toàn cầu dâng khoảng 1,8 mm/năm (Chuch và White, 2009). Nguồn: [2] Hình 1.3: Biến động mực nước biển trung bình toàn cầu giai đoạn 1870 - 2010 Trên phạm vi toàn cầu lượng mưa tăng lên ở các đới phía Bắc vĩ độ 300B thời kỳ 1901 - 2005 và giảm đi ở các vĩ độ nhiệt đới, kể từ giữa những năm 1970. Ở khu vực nhiệt đới, mưa giảm đi ở Nam Á và Tây Phi với trị số xu thế là 7,5% cho cả thời kỳ 1901 - 2005. Ở đới vĩ độ trung bình và vĩ độ cao, lượng mưa tăng lên rõ rệt ở miền Trung Bắc Mỹ, Đông Bắc Mỹ, Bắc Âu và Trung Á [2]. Tần số mưa lớn tăng lên trên nhiều khu vực, kể cả những nơi lượng mưa có xu thế giảm đi. Biến đổi của xoáy thuận nhiệt đới chịu sự chi phối của biến đổi nhiệt độ nước biển, của hoạt động ENSO và sự thay đổi quỹ đạo của chính xoáy thuận nhiệt đới. Xu thế tăng cường hoạt động của xoáy thuận nhiệt đới rõ rệt nhất ở Bắc, Tây Nam Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương. Trong thế kỷ 20 cùng với sự tăng lên của nhiệt độ không khí có sự suy giảm khối lượng băng trên phạm vi toàn cầu. Từ năm 1978 đến nay, lượng băng trung bình hàng năm ở Bắc Băng Dương giảm khoảng 2,1 - 3,3% mỗi thập kỷ [30]. Về bão gia tăng liên quan tới biến đổi khí hậu. Trong Báo cáo Đánh giá lần thứ 4 của IPCC [30] đã đưa ra nhận xét là không có xu thế rõ ràng về số lượng các xoáy 7 thuận nhiệt đới hàng năm liên quan tới sự tăng nhiệt độ trên bề mặt Trái đất. Nhưng theo [32], thì nhiệt độ đại dương nóng lên là một trong những nhân tố ảnh hưởng đến xoáy thuận nhiệt đới. Đồng thời nhiệt của đại dương và bốc hơi nước góp phần nào làm cho các xoáy thuận nhiệt đới mạnh hơn. Cả hai điều kiện này đã tăng trong mấy chục năm qua. Kết quả phân tích số liệu bão từ năm 1970 - 2004 ở các đại dương khác nhau cho thấy, các cơn bão có cường độ loại 1, 2 và 3 giảm, trong khi đó các cơn bão có cường độ loại 4 và 5 tăng lên rõ rệt (Hình 1.4). Nguồn: [32] Hình 1.4: Tổng số các cơn bão loại 1 (màu lục), loại 2 và 3 (màu xanh), loại 4 và 5 (màu đỏ) trong giai đoạn 1970 - 2004 Về cơ bản, nước biển dâng trong lịch sử là do kiến tạo bên trong Trái Đất gây ra, hay các biến động thời tiết. Hiện nay, các biến động này vẫn xẩy ra và lặp đi lặp lại trong chu kỳ hàng trăm năm. Tuy nhiên, nguyên nhân chính và quan trọng nhất của mực nước biển dâng hiện nay là do hoạt động của con người. Con người đã đẩy nhanh quá trình phát triển của tự nhiên nhanh hơn quá trình lập lại theo chu kỳ của chính nó. Vì vậy, cần phải thay đổi hoạt động của con người hiện tại và tương lai để giảm phát thải khí nhà kính, từ đó giảm hiểm họa do mực nước biển dâng cao. Ở Việt Nam: Cũng như trên Thế giới, biến đổi khí hậu ở Việt Nam cũng được thể hiện rõ qua các số liệu đo đạc về mực nước biển, nhiệt độ, lượng mưa,… Xu thế biến đổi của nhiệt độ và lượng mưa là rất khác nhau trên các vùng trong 50 năm qua. Nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng 0,50C trên phạm vi cả nước và lượng mưa có xu hướng giảm ở phía Bắc, tăng ở phía Nam lãnh thổ. Nhiệt độ tháng 1 (tháng đặc trưng cho mùa đông), nhiệt độ tháng 7 (tháng đặc trưng cho mùa hè) và nhiệt độ trung bình 8 năm tăng trên phạm vi cả nước trong 50 năm qua. Nhiệt độ mùa đông tăng nhanh hơn so với mùa hè và nhiệt độ vùng sâu trong đất liền tăng nhanh hơn nhiệt độ vùng ven biển và hải đảo. Trong 50 năm qua, các vùng phía Bắc, lượng mưa mùa khô (tháng 11 - 4) tăng lên chút ít hoặc không thay đổi đáng kể, nhưng vào mùa mưa (tháng 5 - 10) giảm từ 5 đến hơn 10%, trong khi đó, ở phía Nam tăng khoảng 5 đến 20%. Xu thế diễn biến của lượng mưa năm tương tự như lượng mưa mùa mưa, tăng ở các vùng khí hậu phía Nam và giảm ở các vùng khí hậu phía Bắc. Khu vực Nam Trung Bộ có lượng mưa mùa khô, mùa mưa và lượng mưa năm tăng mạnh nhất so với các vùng khá ở nước ta, nhiều nơi đến 20% trong 50 năm qua. Bảng 1.2: Mức tăng nhiệt độ và mức thay đổi lượng mưa trong 50 năm qua ở các vùng khí hậu của Việt Nam Vùng khí hậu Tây Bắc Bộ Đông Bắc Bộ Đồng bằng Bắc Bộ Bắc Trung Bộ Nam Trung Bộ Tây Nguyên Nam Bộ Nhiệt độ (0C) Tháng Tháng I VII 1,4 0,5 1,5 0,3 1,4 0,5 1,3 0,5 0,6 0,5 0,9 0,4 0,8 0,4 Năm 0,5 0,6 0,6 0,5 0,3 0,6 0,6 Lượng mưa (%) Thời kỳ Thời kỳ Năm XI - IV V-X 6 -6 -2 0 -9 -7 0 -13 -11 4 -5 -3 20 20 20 19 9 11 27 6 9 Nguồn: [2] Theo kết quả tính toán của Nguyễn Ngọc Thụy (1995), trên cơ sở số liệu đo mực nước biển trong khoảng thời gian 37 năm (1957 - 1994) tại 4 trạm Hải văn dọc bờ biển Việt Nam là Hòn Dấu, Đà Nẵng, Quy Nhơn và Vũng Tàu, có giá trị mực nước biển dâng lên tương ứng là 2,15; 1,198; 0,957 và 3,203mm/năm. Gần đây những tính toán của Đinh Văn Ưu (2009) cho kết quả như sau: Hòn Dấu là 3,8mm/năm; Cồn Cỏ là 0,07mm/năm; Sơn Trà là 2,0mm/năm; Quy Nhơn 1,4mm/năm; Vũng Tàu là 3,3mm/năm và Phú Quốc là 3,0mm/năm. Trong khi đó, các kết quả của Viện Khí tượng, Thủy văn và Môi trường lại cho kết quả khác: Hòn Dấu là 3,88mm/năm; Sơn Trà là 3,1mm/năm và Vũng Tàu là 3,38mm/năm (Nguyễn Văn Thắng nnk., 2011). Nếu lấy giá trị mực nước biển dâng lên trung bình toàn cầu trong thế kỷ XX là 1,8mm/năm thì từ các số liệu do Nguyễn Ngọc Thụy và đồng nghiệp đưa ra cho thấy, dải lục địa ven biển ở khu vực Đà Nẵng - Quy Nhơn đang được nâng lên với tốc độ khoảng 9