Tài liệu Nghiên cứu và dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN THỊ THANH THỦY NGHIÊN CỨU VÀ DỰ BÁO ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT TỈNH THÁI BÌNH Ngành: Kỹ thuật địa chất Mã số: 62520501 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT Hà Nội - 2017 Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Địa chất thủy văn, trường Đại học Mỏ Địa chất Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS. Đặng Hữu Ơn 2. PGS. TS. Đỗ Văn Bình Phản biện 1: PGS.TS Phạm Quý Nhân Phản biện 2: PGS.TS Đoàn Văn Cánh Phản biện 3: TS Lê Thị Thanh Tâm Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi ….. giờ … ngày … tháng… năm… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất Mở đầu 1. Tính cấp thiết của Luận án Thái Bình là một tỉnh ven biển nằm ở đồng bằng châu thổ sông Hồng, được bao bọc bởi hệ thống sông, biển khép kín với đường bờ biển chạy dài trên 50 km. Tuy nhiên, do nằm gần biển, nên tài nguyên nước nhạt dưới đất ở đây có trữ lượng không lớn. Các tầng chứa nước (TCN) có đặc điểm thuỷ địa hoá rất phức tạp. Nước mặn và nước nhạt phân bố xen nhau không theo quy luật, gây khó khăn cho việc khai thác và sử dụng nước của cư dân trong tỉnh. Hiện tượng nhiễm mặn và nhiễm bẩn các tầng chứa nước tăng lên theo thời gian. 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 đặc biệt trước tác động của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng (BĐKH&NBD). 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 cấp thiết để đánh giá sự thay đổi chất lượng, trữ lượng nước dưới đất (NDĐ) khu vực nghiên cứu và xây dựng kế hoạch ứng phó với sự xâm nhập mặn do BĐKH&NBD gây ra cho địa phương. 2. Mục đích của Luận án Nghiên cứu đánh giá cấu trúc Địa chất thủy văn (ĐCTV), đánh giá mối quan hệ giữa NDĐ với các yếu tố khí hậu, nước biển và hiện trạng khai thác. Phân vùng ảnh hưởng của nước mưa, nước mặt đến NDĐ khu vực nghiên cứu. Dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến sự dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt tầng chứa nước Holocen (qh) và Pleistocen (qp), từ đó tính toán trữ lượng nước nhạt khu vực nghiên cứu trong tương lai. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: ảnh hưởng của khí hậu và nước biển dâng tác động đến TCN Holocen và Pleistocen tỉnh Thái Bình; - Phạm vi nghiên cứu: diện phân bố nước nhạt trong TCN Holocen và Pleistocen tỉnh Thái Bình. 4. Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu chủ yếu được sử dụng, gồm: phương pháp thu thập xử lý và tổng hợp tài liệu; phương pháp kế thừa chuyên gia; phương pháp khảo sát thực địa; phương pháp thủy địa hóa/thủy động lực và phương pháp mô hình hóa. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án - Ý nghĩa khoa học: Luận án đã nghiên cứu được quan hệ của các nhân tố khí hậu, mực nước sông, biển đến nước dưới đất khu vực nghiên cứu. Trong đó, nước sông - biển có quan hệ với nước dưới đất theo quy luật tuyến tính ở phạm vi 1,5 km so với bờ biển, càng vào sâu trong đất liền mức độ ảnh hưởng giảm dần. Nước mưa có ảnh hưởng đến toàn bộ tầng chứa nước qh với lượng bổ cập thay đổi tùy thuộc đặc trưng thạch học, khả năng thấm nước và diện tích sử dụng đất khu vực nghiên cứu. Từ đó dự báo được sự thay đổi ranh giới mặn – nhạt nước dưới đất ở 2 tầng chứa nước qh, qp theo các kịch bản Biến đổi khí hậu và nước biển dâng trong cả 2 trường hợp đê biển hiện tại và có nâng cấp hệ thống đê biển bảo vệ. - Ý nghĩa thực tiễn: từ kết quả đánh giá dự báo sự dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt NDĐ theo kịch bản BĐKH&NBD, luận án đã đề xuất định hướng khai thác hợp lý cho từng khu vực trong tỉnh đối với cả 2 TCN qh, qp đồng thời đề xuất các giải pháp giảm thiểu, bảo vệ nhằm khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên này. 6. Cơ sở tài liệu của Luận án Thu thập các số liệu từ kết quả nghiên cứu về địa chất thủy văn khu vực của Trung tâm quan trắc tài nguyên nước quốc gia cùng tài liệu khảo sát thực địa, các thí nghiệm hiện trường như: quan trắc nồng độ Cl- và TDS với hơn 200 mẫu ở cả 2 TCN để đánh giá sự phân bố ranh giới mặn – nhạt; đổ nước thí nghiệm để xác định hệ số thấm bề mặt và kết quả quan trắc dao động mực nước sông, biển với nước dưới đất tại các điểm đo khu vực ven biển. Ngoài ra, tác giả còn tổng hợp, thống kê các số liệu về khí tượng, thủy văn từ Trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia cùng kịch bản Biến đổi khí hậu và nước biển dâng của Bộ Tài nguyên và Môi trường làm cơ sở dự báo những tác động của chúng đến NDĐ tỉnh Thái Bình trong tương lai. 7. Luận điểm bảo vệ - Luận điểm 1: TCN Holocen chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi nước mưa và nước sông, biển trong phạm vi 1,5 đến 3,0 km so với đường bờ với quan hệ tuyến tính. Lượng mưa tăng, lượng bổ cập cho TCN qh trung bình ước tính khoảng 0,0003 m/ng đã góp phần rửa mặn nước dưới đất với diện tích mặn thu hẹp khoảng 180 km2 so với năm 1996. Tầng chứa nước Pleistocen không chịu ảnh hưởng của nước mưa mà chịu tác động trực tiếp của hoạt động khai thác nước dưới đất và một phần của quá trình thấm xuyên từ TCN qh xuống với lượng thấm trung bình khoảng 2,03.10-7 ÷ 6,3.10-7 m/ng. TCN qp cũng chỉ chịu ảnh hưởng của nước sông, biển trong phạm vi từ 1,5 đến 2,0 km so với đường bờ qua con đường truyền áp. - Luận điểm 2: Biến đổi khí hậu và nước biển dâng ảnh hưởng trực tiếp đến TCN qh. Tùy theo đặc trưng của TCN, hiện trạng sử dụng đất và đê điều, diện tích vùng nước nhạt TCN qh tính đến năm 2100 theo kịch bản phát thải A2 bị thu hẹp khoảng 109,7 km2 trong trường hợp đê biển hiện tại và 42,9 km2 khi nâng cấp hệ thống đê biển, dẫn đến sự suy giảm trữ lượng nước nhạt trên toàn tỉnh trong tương lai. Tuy nhiên, TCN qp ít chịu ảnh hưởng của BĐKH&NBD mà chủ yếu chịu tác động của hoạt động khai thác NDĐ với diện tích vùng nước nhạt bị thu hẹp khoảng 25 km2 tính đến năm 2100 và tập trung ở khu vực phía Bắc của tỉnh. 8. Những điểm mới của Luận án Tác giả đã sử dụng kết quả khảo sát hiện trạng chất lượng mặn nhạt để chính xác hóa lại ranh giới mặn – nhạt, đánh giá sự dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt NDĐ từ năm 1996 đến nay làm cơ sở đánh giá dự báo cho tương lai. Phân vùng những khu vực chịu ảnh hưởng của nước sông – biển, tính toán lượng bổ cập của nước sông, biển, nước mưa đến sự thay đổi mực nước dưới đất khu vực nghiên cứu cùng mối tương quan giữa chúng với sự thay đổi khí hậu, nước biển dâng. Từ kết quả tính toán, sử dụng mô hình VISUAL MODFLOW với phần mềm SEAWAT để dự báo sự dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt NDĐ trước tác động của BĐKH&NBD, ước tính trữ lượng nước nhạt cho khu vực nghiên cứu và đề xuất các giải pháp quản lý, khai thác phù hợp. 9. Cấu trúc Luận án Cấu trúc Luận án gồm 4 chương không kể mở đầu và kết luận. Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất 1.1. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới Việc nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của BĐKH&NBD đến NDĐ trên thế giới đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm trong đó tập trung đánh giá ảnh hưởng của lượng mưa, lượng bốc hơi, nhiệt độ hay do hoạt động khai thác nước ngầm đến nước dưới đất như: Tony Arnel (1999), Sherif and Singh (1999), Ghosh Bobba (2002), N Mzila và E B Shuy (2003), Dough Weatherill (2005), Melloul và Collin (2006), Loáiciga, Pigel et al (2009), Sun Woo Chang, T. Prabhakar Clement (2011), P. Rasmussen el al (2013)... Hầu hết các công trình khoa học đều tập trung nghiên cứu tại các vùng ven biển do NDĐ là nguồn nước nhạt rất quan trọng ở các khu vực này. Hơn nữa, những vùng này chịu tác động trực tiếp của quá trình xâm nhập mặn do nước biển. Biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng lớn đến cường độ bổ sung nguồn nước cho NDĐ và ảnh hưởng đến khả năng cung cấp nước nhạt cho các vùng ven biển. Các công trình đã đánh giá toàn diện tác động của nước biển dâng đến quá trình xâm nhập mặn trong cả hai hệ thống nước dưới đất (có áp và không áp). Các nghiên cứu đã chỉ ra cơ chế gây ra quá trình xâm nhập mặn và đưa ra các công thức tính toán, dự báo giúp quản lý tốt hơn các tác động do sự gia tăng mực nước biển đến các tầng chứa nước ven biển. Việc đánh giá ảnh hưởng của BĐKH&NBD đến NDĐ là một bài toán khá phức tạp, không thể giải quyết tốt bằng một phương pháp đơn lẻ mà cần phải sử dụng tổng hợp nhiều kiến thức cũng như kết hợp của nhiều phương pháp khác nhau trong nghiên cứu. Hầu hết các nghiên cứu đều sử dụng mô hình toán học, cơ chế dịch chuyển mặn – nhạt hay sử dụng mô hình số để tính toán như mô hình MODFLOW với phần mềm SEAWAT, mô hình FEFLOW, SUTRA... 1.2. Tổng quan các nghiên cứu tại Việt Nam Hiện nay những công trình nghiên cứu tác động của BĐKH&NBD đến NDĐ còn hạn chế, hầu hết mới chỉ tập trung vào môi trường chung, đến kinh tế - xã hội và tài nguyên nước mặt. Các nghiên cứu đối với nước dưới đất mới chỉ tập trung xác định ranh giới mặn nhạt, nghiên cứu xâm nhập mặn, tính toán thời gian và tốc độ dịch chuyển của ranh giới trên cơ sở điều kiện địa chất thủy văn của vùng nghiên cứu, lưu lượng khai thác yêu cầu cũng như mối quan hệ giữa nước biển với NDĐ ở những khu vực ven biển. Hầu hết các nghiên cứu cũng đưa ra cảnh báo về khả năng nhiễm mặn của các công trình khai thác và sự dịch chuyển ranh giới mặn nhạt tuy nhiên những nghiên cứu tổng hợp về sự biến đổi các điều kiện tự nhiên cùng hoạt động khai thác đến sự dịch chuyển ranh giới mặn nhạt nước dưới đất còn ít, có thể kể đến một số công trình như: Nguyễn Văn Lâm (2004, 2015), Nguyễn Sơn (2007), Trần Thanh Xuân (2011), Nguyễn Văn Hoàng (Năm 2012), Đỗ Huy Cường (2012), Bùi Trần Vượng (2013), Trịnh Hoài Thu (2014), Nguyễn Thị Hạ (2016)... Tổng hợp các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy vùng ven biển chịu tác động mạnh mẽ của BĐKH&NBD. Khi đánh giá ảnh hưởng của chúng đến tài nguyên nước dưới đất, cần xác định ranh giới mặn - nhạt bằng các tài liệu đo TDS, Cl- của mẫu nước hoặc kết quả thăm dò địa vật lý điện. Nghiên cứu các quy luật biến đổi của các yếu tố khí hậu, nước sông, nước biển ảnh hưởng đến tài nguyên nước dưới đất trong quá khứ, từ đó dự báo sự thay đổi trong tương lai và tác động của chúng đến sự dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt nước dưới đất. Chương 2: Đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn và kịch bản Biến đổi khí hậu, nước biển dâng tỉnh Thái Bình 2.1. Đặc điểm địa chất Địa hình Thái Bình là đồng bằng thấp, bằng phẳng thuộc châu thổ sông Hồng. Độ cao tuyệt đối (1  2 m), dốc về phía Đông với độ dốc rất nhỏ. Địa tầng vùng Thái Bình phân tầng từ cổ đến trẻ có các phân vị địa tầng gồm: giới Proterozoi, giới Mesozoi, giới Kainozoi – hệ Neogen và hệ Đệ tứ (trầm tích Pleistocen hạ - hệ tầng Lệ Chi, trầm tích Pleistocen trung – thượng – hệ tầng Hà Nội, trầm tích Pliestocen thượng – hệ tầng Vĩnh Phúc, trầm tích Holocen hạ - trung - hệ tầng Hải Hưng và trầm tích Holocen thượng – hệ tầng Thái Bình). Khu vực được giới hạn bởi các đứt gãy sâu Sông Hồng, Sông Chảy và Sông Lô theo phương Tây Bắc - Đông Nam tạo nên đường bờ biển hiện nay và là cơ sở cho sự tồn tại, lưu thông và vận động của nước dưới đất. Từ các đặc điểm biến đổi trầm tích hình thành các TCN chính trong khu vực như: Neogen, Pleistocen và Holocen. Trong đó hầu hết các TCN có triển vọng đều liên quan đến nhóm tướng lục địa thuộc pha biển lùi. Còn các tầng thấm nước yếu có thành phần chủ yếu là sét bột thuộc tướng vũng vịnh, bãi bồi, hồ đầm lầy ven biển đặc trưng cho các pha biển tiến lớn vào đồng bằng. TCN Neogen hình thành với nguồn gốc biển, nhưng do quá trình phong hóa, rửa lũa kéo dài và có mối quan hệ với TCN bên trên, bên dưới nên nước thường là nước nhạt. TCN Pleistocen được hình thành trong các giai đoạn biển lùi cuối thời kỳ Pleistocen sớm, Pleistocen giữa - muộn và cuối Pleistocen muộn thuộc hệ tầng Lệ Chi, Hà Nội và Vĩnh Phúc. Tuy nhiên, nước trong hệ tầng Lệ Chi và Hà Nội có chất lượng tốt hơn do có sự lưu thông, trao đổi nước tốt, nước thường nhạt, chỉ có những vùng ven biển do chịu tác động của quá trình biển tiến nên chất lượng nước mặn. Chất lượng nước trong hệ tầng Vĩnh Phúc có chất lượng kém hơn, thường lợ đến mặn. TCN Holocen được hình thành trong giai đoạn Holocen sớm – giữa và muộn, chịu ảnh hưởng nhiều của quá trình biển tiến, biển thoái và quá trình hình thành các trầm tích trên bề mặt ở khu vực ven biển, cửa sông, cửa biển… TCN này chịu ảnh hưởng của địa hình, xâm thực của sông cùng quá trình rửa trôi bề mặt bởi nước mưa xen kẽ giữa mùa mưa và mùa khô, hoạt động của nước chảy tràn trên bề mặt vào những ô trũng ngập nước làm chất lượng nước ở TCN Holocen mặn - nhạt đan xen trên toàn bộ vùng nghiên cứu. 2.2. Đặc điểm địa chất thủy văn Thái Bình nằm ở vị trí gần biển nên có đặc điểm ĐCTV tương đối phức tạp. Các tập đất đá vụn thô xen kẽ hạt mịn là cơ sở để phân chia mặt cắt địa chất ra các tầng chứa nước khác nhau luân phiên với các thành tạo chứa nước kém hoặc cách nước, gồm các đơn vị địa chất thủy văn: tầng chứa nước lỗ hổng (Holocen, Pleistocen, Neogen) và các thành tạo thấm nước yếu Holocen dưới – giữa, Pleistocen giữa và lớp cách nước trầm tích Neogen. Trong đó, TCN Holocen phân bố ngay trên bề mặt khu vực nghiên cứu với chất lượng nước nhạt và nước lợ, mặn đan xen. Vùng nước nhạt phân bố ở phần lớn huyện Vũ Thư, Hưng Hà, một phần thành phố Thái Bình, dọc theo các con sông lớn và ven biển Tiền Hải, Thái Thụy. TCN Pleistocen phân bố rộng khắp trong toàn tỉnh và bị phủ bởi các trầm tích trẻ hơn. Chất lượng nước thay đổi khá phức tạp. Trong đó, nước nhạt phân bố tập trung ở phía Bắc của tỉnh. Đây là một dải kéo dài liên tục trong phạm vi các huyện Hưng Hà, Đông Hưng, Quỳnh Phụ và một phần huyện Thái Thuỵ. Khoảnh nước lợ đến mặn (nước có TDS > 1 g/l) phân bố ở phần phía Nam của tỉnh bao gồm huyện Kiến Xương, Tiền Hải, Vũ Thư và một phần diện tích huyện Thái Thuỵ. TCN Neogen có độ giàu nước và chất lượng nước không đồng đều, phụ thuộc vào điều kiện thành tạo, thành phần thạch học và điều kiện địa chất thuỷ văn. TCN này có thể chứa nước nóng, nước khoáng. Tuy nhiên trong phạm vi nghiên cứu ảnh hưởng của BĐKH&NBD đến NDĐ, tác giả không tập trung đánh giá TCN này do chúng nằm ở dưới sâu. 2.3. Đặc điểm khí hậu, thủy văn và kịch bản Biến đổi khí hậu, nước biển dâng tỉnh Thái Bình 2.3.1. Đặc điểm khí hậu Thái Bình có khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, gió mùa, được chia thành hai mùa rõ rệt, mùa mưa và mùa khô. Theo kết quả tổng hợp từ năm 1960 trở lại đây về diễn biến khí hậu cho thấy nhiệt độ, độ bốc hơi trung bình có xu hướng gia tăng, độ ẩm không khí ít biến đổi và lượng mưa có xu hướng giảm dần nhưng từ năm 1995 trở lại đây thì lượng mưa có xu hướng gia tăng. Nhiệt độ (oC) 24.5 24 23.5 23 22.5 22 1955 y = 0.0061x + 11.141 1965 1975 1985 Năm 1995 2005 2015 Lượng mưa, mm Hình 2.5. Sự thay đổi nhiệt độ trung bình năm theo thời gian 4000 3000 2000 1000 0 1955 y = -7.7799x + 17129 1965 1975 1985 Năm 1995 2005 2015 Hình 2.9. Sự thay đổi lượng mưa theo thời gian 2.3.2. Đặc điểm thủy văn Thái Bình được xem như một ốc đảo, ba mặt giáp sông, một mặt giáp biển. Biển Thái Bình có chế độ nhật triều đều với hơn 50 km bờ biển, biên độ triều đạt tới 2 m, nước biển có độ mặn (24  25) %. Trong tỉnh Thái Bình có 3 con sông lớn chảy qua, đó là sông Hồng, sông Luộc, sông Trà Lý với tổng chiều dài các con sông khoảng 200 km. Hướng dòng chảy của các con sông đa số theo hướng Tây Bắc – Đông Nam. Theo kết quả quan trắc từ năm 1960 đến nay cho thấy mực nước sông Hồng, sông Trà Lý và nước biển có xu hướng gia tăng. Mực nước tại sông Luộc có xu hướng giảm do phân lưu sông Luộc ít chịu tác động của sông Hồng và biển mà chủ yếu chịu ảnh hưởng của hoạt động khai thác nước phục vụ nhu cầu tưới tiêu, thủy lợi và sinh hoạt cho dân cư ở trên nhiều khu vực. 2.3.3. Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng tỉnh Thái Bình Mức thay đổi lượng mưa trong 50 năm qua có xu hướng giảm dần theo thời gian. Trong đó mức giảm theo thống kê tại tỉnh Thái Bình trung bình năm là - 7%. Dựa trên kết quả quan trắc theo thời gian, giả thiết các kịch bản BĐKH&NBD của Bộ tài nguyên và Môi trường đã đưa ra sự gia tăng nhiệt độ, lượng mưa và sự dâng cao mực nước biển theo các mức phát thải B1, B2, A2. Trên cơ sở kich bản BĐKH&NBD cho thấy đến năm 2100 ̣ tương ứng với mức 50 cm, 70 cm và 85 cm theo các kịch bản thì vùng ven biển Thái Thụy, Tiền Hải và Kiến Xương bị ngập. Vùng ít ngập là Quỳnh Phụ, Hưng Hà, Đông Hưng, Vũ Thư. Diện tích ngập trên toàn tỉnh chiếm khoảng 35 % ứng với mực nước biển dâng 85 cm (bảng 2.2). Bảng 2.2. Diện tích ngập nước do nước biển dâng theo các kịch bản phát thải Vùng nghiên cứu Diện tích tự nhiên (km2) Diện tích ngập ứng với các kịch bản NBD (km2) % Diện tích ngập ứng với các kịch bản NBD 70 cm 117,58 85 cm 156,78 50 cm 30 70 cm 60 85 cm 80 Tiền Hải 195,97 50 cm 58,79 Thái Thụy 258,77 38,82 90,57 168,20 15 35 65 Kiến Xương 215,51 32,33 43,10 86,20 15 20 40 Quỳnh Phụ 208,40 10,42 20,84 52,10 5 10 25 Đông Hưng 205,83 6,18 14,41 20,58 3 7 10 Hưng Hà 212,93 4,26 10,65 17,04 2 5 8 Vũ Thư + TP Thái Bình 244,84 19,59 29,38 36,73 8 12 15 Toàn tỉnh 1.542,24 170,37 326,53 537,62 11,05 21,17 34,86 Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu, thủy hải văn và hoạt động khai thác đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình 3.1. Cấu trúc ĐCTV và mối quan hệ với nhân tố khí hậu, thủy văn 3.1.1. Tầng chứa nước Holocen Dựa trên kết quả khảo sát địa chất thủy văn trên toàn tỉnh cùng một số tài liệu địa chất công trình, xây dựng sơ đồ phân bố cấu trúc ĐCTV trên toàn tỉnh nhằm đánh giá toàn diện các TCN. Ngoài ra, căn cứ trên kết quả thí nghiệm đổ nước hiện trường cùng lấy mẫu phân tích thành phần thạch học trong phòng thí nghiệm, đánh giá tính thấm của TCN, tác giả đã xây dựng sơ đồ phân bố vùng thấm khu vực nghiên cứu với 3 vùng có mức độ thấm nước khác nhau. Trong đó, vùng có tính thấm trung bình tập trung chủ yếu ở khu vực phía Đông và Đông Nam vùng nghiên cứu thuộc huyện Thái Thụy, Kiến Xương, Vũ Thư. Vùng có tính thấm yếu phân bố trên toàn bộ khu vực và vùng có khả năng thấm nước kém phân bố chủ yếu phía Bắc và Tây Bắc thuộc huyện Hưng Hà và một phần huyện Vũ Thư. Từ kết quả đánh giá thành phần thạch học, cùng hiện trạng sử dụng đất, phân bố lớp phủ thực vật... tính toán phân vùng lượng bổ cập cho TCN qh. Đây là cơ sở nhằm đánh giá vai trò bổ cập của nước mưa cho TCN này. Ngoài ra, sử dụng kết quả khảo sát chất lượng NDĐ để xác định sự phân bố ranh giới mặn – nhạt của TCN nhằm đánh giá sự dịch chuyển của chúng theo thời gian (hình 3.6). Hình 3.6. Ranh giới mặn – nhạt TCN Hình 3.7. Ranh giới mặn – nhạt TCN qh năm 1996 và năm 2014 qp năm 1996 và năm 2014 So với kết quả nghiên cứu năm 1996 của Lại Đức Hùng, diện tích vùng nước mặn trên toàn tỉnh của TCN qh năm 2014 thu hẹp khoảng 180 km2 trong đó tổng diện tích vùng mặn trước đây là 700,5 km2 và diện tích vùng nhạt hiện nay là 521,1 km2. Với diện tích vùng nước mặn thu hẹp tập trung ở khu vực ven biển, theo sơ đồ phân bố vùng thấm cho thấy tại khu vực có khả năng thấm nước trung bình, ít bị che phủ bề mặt nên dễ dàng bị thấm bởi nước mưa, làm hòa tan, rửa trôi các thành phần mặn, gây nhạt hóa tầng chứa nước. Một số điểm tại khu vực huyện Hưng Hà, Quỳnh Phụ, diện tích vùng nước mặn bị thu hẹp không nhiều do lớp thấm nước kém lộ ngay trên bề mặt, lượng bổ cập cho TCN Holocen không lớn. 3.1.2. Tầng chứa nước Pleistocen Do được ngăn cách bởi lớp thấm nước yếu nên TCN ít chịu ảnh hưởng của nước mưa mà phần nhỏ do thấm xuyên từ TCN bên trên xuống. Tổng hợp kết quả thu thập, khảo sát thực địa với hơn 100 điểm quan trắc và lấy mẫu phân tích chất lượng nước tại các giếng khoan đường kính nhỏ trên toàn bộ khu vực, tác giả đã xây dựng được bản đồ phân bố ranh giới mặn – nhạt TCN như hình 3.7. Trong đó khu vực nước nhạt phân bố chủ yếu ở phía Bắc của tỉnh. So với kết quả nghiên cứu năm 1996, ranh giới mặn – nhạt hiện nay đã có sự dịch chuyển nhưng không nhiều chủ yếu tập trung tại những khu vực có lượng khai thác nước nhiều. Diện tích vùng nước nhạt ước tính giảm 17 km2 từ 922,5 km2 năm 1996 xuống 905,4 km2. 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu tới NDĐ 3.2.1. Nghiên cứu mối quan hệ giữa nước mưa với NDĐ Để đánh giá mối quan hệ giữa nước mưa và NDĐ, tác giả đã thiết lập mối quan hệ giữa mực nước dưới đất với lượng mưa theo thời gian (hình 3.9). 3.00 1200.00 2.00 1000.00 y = 0.0002x + 0.9579 1.00 800.00 0.00 -1.00 600.00 -2.00 400.00 -3.00 y = -0.0226x + 1.7022 y = 0.1186x + 117.33 -4.00 0.00 Lượng mưa, mm Th1 -1995 Th7 -1995 Th1 -1996 Th7 -1996 Th1 -1997 Th7 -1997 Th1 -1998 Th7 -1998 Th1 -1999 Th7 -1999 Th1 -2000 Th7 -2000 Th1 -2001 Th7 -2001 Th1 -2002 Th7 -2002 Th1 -2003 Th7 -2003 Th1 -2004 Th7 -2004 Th1 -2005 Th7 -2005 Th1 -2006 Th7 -2006 Th1 -2007 Th7 -2007 Th1 -2008 Th7 -2008 Th1 -2009 Th7 -2009 Th1 -2010 Th7 -2010 Th1 -2011 Th7 -2011 Th1 -2012 Th7 -2012 Th1 -2013 Th7 -2013 Th1 -2014 Th7 -2014 -5.00 Cốt cao mực nước, m 200.00 Q155 Q156 Q156a Q158 Q158a Q159 Q159a Q159b Lượng Mưa Linear (Q159) Linear (Q159b) Linear (Lượng Mưa) Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi lượng mưa và cốt cao mực nước dưới đất tại các lỗ khoan quan trắc theo thời gian Kết quả đánh giá cho thấy dao động mực nước tại các lỗ khoan quan trắc ở TCN Holocen trên (Q155, Q159, Q158, Q156) có xu hướng tăng, biến đổi đồng đều với lượng nước mưa. Riêng lỗ khoan quan trắc TCN Pleistocen (Q159b, Q158a, Q156a) có xu hướng giảm mạnh. Kết quả này cho thấy nước mưa có ảnh hưởng nhất định đến dao động mực nước của các lỗ khoan TCN Holocen, có vai trò bổ cập cho nước dưới đất của TCN này song chúng ít có quan hệ với TCN Pleistocen. 3.2.2. Xác định lượng bổ cập của nước mưa cho nước dưới đất - Đối với TCN Holocen: trên cơ sở tài liệu quan trắc liên tục TCN qh và nước mưa theo thời gian cùng các số liệu điều tra cơ bản, ước tính lượng bổ cập của nước mưa vào tầng chứa nước theo phương pháp của Bindeman và Healy & Cook. Trong đó, theo tính toán lượng nước mưa bổ cập vào mùa mưa chiếm khoảng (25  27) % lượng mưa với tổng lượng nước bổ cập tính toán khoảng (0,0003  0,00032) m/ng. Vào mùa khô, lượng nước dưới đất bốc hơi thay đổi từ (0,000068  0,000098) m/ng. Với 70% diện tích đất sử dụng trong nông nghiệp và các mục đích chưa sử dụng khác, tác giả đã tính toán được lượng nước dưới đất gia tăng trung bình trên toàn tỉnh với diện tích 1.542,24 km2 là 345.460 m3/ng. - Đối với TCN Pleistocen: do bị ngăn cách bởi TCN bên trên và lớp thấm nước yếu nên TCN này không chịu ảnh hưởng trực tiếp của nước mưa mà chủ yếu chịu tác động của quá trình thấm xuyên từ TCN bên trên xuống do sự chênh lệch mực nước giữa các TCN trong cùng một thời gian và qua cửa sổ ĐCTV tại Vũ Thư, Quỳnh Phụ, Đông Hưng. Lượng nước thấm xuyên trung bình vào TCN ít có sự thay đổi theo mùa. Lưu lượng đơn vị bổ cập có giá trị rất nhỏ, trung bình năm từ 2,03.10-7 ÷ 6,3.10-7 m/ng. 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nước sông, biển với nước dưới đất 3.3.1. Nghiên cứu mối quan hệ giữa nước sông, biển với NDĐ Để đánh giá mối quan hệ giữa nước sông, biển với NDĐ, tác giả đã tiến hành thu thập tài liệu mực nước sông, biển từ Trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia, tài liệu quan trắc mực nước dưới đất từ Trung tâm quy hoạch và điều tra tài nguyên nước quốc gia cùng kết quả khảo sát thực địa được tác giả thực hiện tại khu vực ven biển Thái Thụy, Tiền Hải. Tuyến quan trắc được bố trí ở cả 2 TCN qh và qp theo phương song song và vuông góc so với đường bờ biển tại khoảng cách 1,5 km đến 3,0 km. Tổng số điểm quan trắc là 20 điểm. Tuyến quan trắc mực nước dưới đất thực hiện liên tục theo thời gian đồng thời với chu kỳ lên xuống của thủy triều trong ngày bằng thiết bị quan trắc tự động. Thời gian thực hiện quan trắc 1 giờ/1 lần đo và kéo dài trong 1 tháng theo chu kỳ hoạt động của mặt trăng. - Đối với TCN Holocen: hầu hết mực nước tại các trạm sông – biển đều có mối quan hệ đồng biến với mực nước tại các lỗ khoan quan trắc. Trong 1 tháng mực nước biển dao động theo 2 chu kỳ và tăng dần từ đầu tháng đến cuối tháng. Ở khoảng cách (1,5 ÷ 3,0) km so với đường bờ biển, NDĐ đều có quan hệ với dao động của nước biển. Những lỗ khoan quan trắc nằm ở khu vực gần cửa sông ven biển (Q155) cũng có dao động đồng biến với nước biển. Vào sâu trong đất liền, mức độ ảnh hưởng của nước biển đến NDĐ giảm dần (hình 3.17). Để ước tính vai trò của nước biển đến TCN qh, tác giả đã thiết lập mối quan hệ giữa mức độ gia tăng mực nước biển với mức độ gia tăng mực NDĐ theo thời gian quan trắc tại khoảng cách 1,5 km so với đường bờ biển. Kết quả tính toán cho thấy khi mực nước biển tăng lên 10% thì mực NDĐ tăng lên 3,5 ÷ 4%. Mực nước dưới đất, m Mực nước biển, m 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 QT1-1 Q 155 QT1-5 QT1-10 QT1-12 Nước biển Thời gian quan trắc Hình 3.17. Đồ thị so sánh dao động mực nước TCN qh2 với nước biển ở khoảng cách 1,5  3,0 km so với biển - Đối với tầng chứa nước Pleistocen: Nước dưới đất ở khoảng cách (1,5 ÷ 2,0) km so với đường bờ biển đều có quan hệ đồng biến với dao động của nước biển chứng tỏ chúng có quan hệ thủy lực với nhau do ảnh hưởng gián tiếp của quá trình truyền áp từ nước biển vào TCN (hình 3.23). Mực nước dưới đất, m Mực nước biển, m -3 4 -3.2 3 -3.4 2 QT2-3 -3.6 1 QT 2-4 -3.8 0 -4 -1 -4.2 -2 -4.4 -3 -4.6 -4 -4.8 -5 -5 QT2-5 -6 QT2-1 QT2-11 Nước biển Thời gian quan trắc Hình 3.23. Đồ thị so sánh dao động mực nước TCN qp với nước biển ở khoảng cách 1,5  2,0 km so với biển Càng vào sâu trong đất liền, ở khoảng cách 3,0 km trở vào, mức độ ảnh hưởng của nước biển đến NDĐ giảm dần. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự dao động lên xuống của mực nước dưới đất trong tầng chứa nước Pleistocen khu vực ven biển tương đồng với chu kỳ lên xuống của thủy triều nhưng trễ hơn (hình 3.24). Để đánh giá vai trò của nước biển đến tầng chứa nước qp, tác giả đã xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuyến tính giữa sự gia tăng mực nước biển và mực nước dưới đất ở khoảng cách 1,5 km so với đường bờ biển trong đó khi mực nước biển dâng lên 10 % thì mực nước dưới đất tầng chứa nước qp tăng rất nhỏ từ 0,1 đến 0,2 %. 4 -3.95 3.5 -4 3 -4.05 2.5 2 -4.1 1.5 -4.15 1 -4.2 0.5 0 Mực nước biển, m -4.25 Mực nước biển Mực nước tầng qp Mực nước dưới đất, m Hình 3.24. Đồ thị dao động mực nước biể n và mực nước TCN qp tại lỗ khoan quan trắc QT2-1, Thái Thụy 3.3.2. Xác định lượng bổ cập từ nước sông, biển vào nước dưới đất Từ việc nghiên cứu mối quan hệ giữa nước sông, biển với các TCN, tuy nhiên do TCN qp nằm dưới sâu nên lượng bổ cập của nước sông, biển cho TCN này rất ít. Vì vậy, việc tính toán lượng bổ cập từ nước sông, biển chủ yếu đánh giá cho TCN qh trong phạm vi gần sông, biển trong phạm vi 3,0 km so với đường bờ. Căn cứ vào phương trình Đuypuy, với hệ số thấm trung bình của TCN là 2,8 m/ng, lưu lượng nước đơn vị sông, biển bổ cập vào TCN thay đổi từ 0,000000882 đến 0,0000032 m2/ng trong đó ở vị trí gần sông lượng bổ cập thường lớn hơn. Lượng nước bổ cập trung bình năm cho TCN qh thay đổi theo mùa trong đó lượng bổ cập vào mùa mưa thường cao hơn mùa khô. Lượng nước biển bổ cập cho TCN qh có sự thay đổi theo thời gian và có xu hướng gia tăng trong những năm trở lại đây do có sự thay đổi điều kiện khí hậu, nước biển dâng. Với khu vực chịu ảnh hưởng lớn của sông, biển trong phạm vi 1,5 ÷ 3,0 km so với đường bờ, tổng lượng nước bổ cập cho TCN khoảng 300 m3/ngày. 3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của hoạt động khai thác nước tới NDĐ Theo số liệu thống kê của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Bình, tổng lượng NDĐ khai thác trên toàn tỉnh ước tính 479.679 m3/ngđ. Lượng nước khai thác từ TCN qh2 là 205.815 m3/ngđ, qh1 là 36.857 m3/ngđ và qp là 226.933 m3/ngđ (hình 3.30). Toàn tỉnh có 288.679 giếng khoan và 71.471 giếng đào. Theo kết quả quan trắc mực NDĐ cho thấy mực nước TCN qh2 ít có sự thay đổi trong những năm trở lại đây và có xu hướng tăng nhẹ do ảnh hưởng của nước mưa, nước mặt. Tính đến năm 2014, tại công trình quan trắc mực nước qh Q156 (Thụy Hà, Thái Thụy), tốc độ gia tăng mực nước trung bình khoảng 0,038 m và tốc độ gia tăng mực nước trung bình tại công trình Q159 (Quỳnh Phụ) khoảng 0,096 m. Còn đối với TCN Pleistocen, do đang được khai thác với lưu lượng lớn gây ảnh hưởng đến quá trình hạ thấp mực NDĐ và dẫn tới sự dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt theo thời gian. Tính đến năm 2014, tốc độ suy giảm mực nước trung bình tại công trình quan trắc Q156a (Thái Hình 3.30. Lưu lượng nước dưới đất khai Thụy) khoảng 0,16 m/năm; thác theo đơn vị hành chính Q158a (Thái Thụy) khoảng 0,13 m/năm và công trình Q159a, Q159b (Quỳnh Phụ) khoảng 0,17 m/năm. Để đánh giá ảnh hưởng của hoạt động khai thác tới NDĐ, tác giả đã tính toán lượng nước bổ cập vào TCN dựa vào sự biến đổi mực nước theo thời gian. Trong đó: - Đối với tầng chứa nước Holocen: mực nước dưới đất có biên độ dao động đồng đều và xu hướng gia tăng từ năm 1996 trở lại đây, tuy nhiên chúng có sự biến đổi theo mùa, tốc độ suy giảm mực nước trung bình là 0,03 m/năm. Lượng nước mất đi trên toàn tỉnh do khai thác ước tính là 88.730 m3/ng. Như vậy, so sánh với lượng nước tính toán do bổ cập bởi nước mưa và nước mặt khu vực nghiên cứu ở TCN Holocen cho thấy lượng nước mất đi do hoạt động khai thác nhỏ hơn nhiều so với lượng nước bổ cập bởi nước mưa, nước mặt. - Đối với tầng chứa nước Pleistocen: đây là tầng sản phẩm chính đang được khai thác sử dụng với lưu lượng lớn dẫn đến sự thay đổi mực nước và suy giảm trữ lượng nước theo thời gian. Mực nước dưới đất suy giảm trung bình từ 0,13 ÷ 0,17 m/năm, lượng nước mất đi trên toàn tỉnh với trung bình 70% diện tích đất tự nhiên ước tính đạt khoảng 354.930 m3/ng. Lượng bổ cập của quá trình thấm xuyên và từ sông, biển vào tầng chứa nước qp ước tính gần 1.000 m3/ng, chiếm một phần rất nhỏ, khoảng 1%. Do vậy, nếu tiếp tục duy trì tốc độ khai thác nước như hiện nay, trữ lượng nước dưới đất TCN qp sẽ bị ảnh hưởng và ranh giới mặn – nhạt sẽ dịch chuyển vào sâu bên trong đất liền. Như vậy, theo kết quả tính toán, tổng lượng nước mất đi do khai thác ở cả 2 tầng chứa nước ước tính đạt 443.660 m3/ng. Chương 4: Dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình 4.1. Cơ sở dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình Để có cơ sở dữ liệu chạy mô hình dự báo ảnh hưởng của BĐKH&NBD đến NDĐ khu vực nghiên cứu, tác giả đã tổng hợp, đánh giá các nhân tố ảnh hưởng và phân vùng chịu ảnh hưởng của các yếu tố này cho từng tầng chứa nước. - Đối với TCN qh: chịu ảnh hưởng chính của nước mưa và nước sông, biển ở khoảng cách 1,5 ÷ 3,0 km so với đường bờ. Từ hiện trạng sử dụng đất cùng các đặc trưng thạch học, lượng bốc hơi... xây dựng sơ đồ phân bố vùng bổ cập cho TCN Holocen, trong đó lượng bổ cập thay đổi từ 5 ÷ 25%. Từ năm 1995 ÷ 2014, lượng mưa có mức độ gia tăng từ 0,9 ÷ 1% (từ 1.267,4 cm đến 1.587,6 cm), nhiệt độ trung bình năm tăng từ 22,8 đến 23,6oC, lượng bốc hơi giảm 0,07 % (từ 904,7 cm xuống 842,1 cm). Tổng lượng nước bổ cập từ nước mưa cho TCN ước tính khoảng (0,0003  0,00032) m/ng. - Đối với TCN qp: nước dưới đất ít có quan hệ trực tiếp với nước mưa mà một phần được bổ cập từ TCN bên trên xuống và từ bên sườn vào. Lượng nước thấm xuyên bổ cập cho TCN bên trên xuống thay đổi từ 2,03.10-7 ÷ 6,3.10-7 m/ng. Theo hiện trạng phân bố mặn – nhạt TCN qp cho thấy khu vực nước nhạt tập trung chủ yếu ở phía Bắc của tỉnh. Hiện nay, do hoạt động khai thác nước đã làm cho mực nước dưới đất hạ thấp theo thời gian, dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt với diện tích bị thu hẹp khoảng 17 km2 so với năm 1996. Dựa trên bản đồ hiện trạng khai thác cùng ranh giới mặn – nhạt TCN qp cho thấy hầu hết các điểm bị thu hẹp diện tích đều nằm gần các giếng khai thác nước của tỉnh. Từ kết quả tổng hợp nhu cầu sử dụng nước trong tương lai cùng hiện trạng khai thác nước, hiện trạng sử dụng đất, đặc trưng về điều kiện khí hậu khu vực, tác giả đã dự báo sự thay đổi của các nhân tố dưới điều kiện tự nhiên, khi chưa có tác động của BĐKH&NBD gồm: diện tích sử dụng đất, sự thay đổi lượng mưa, lượng bốc hơi, nhiệt độ và sự dâng lên của mực nước biển cùng lượng bổ cập của các TCN trong tương lai. Đồng thời, dự báo sự thay đổi của các điều kiện này trong trường hợp có BĐKH&NBD để từ đó đánh giá tác động của sự thay đổi khí hậu và dâng lên của nước biển đến các TCN khu vực nghiên cứu. 4.2. Xây dựng mô hình dự báo Để xây dựng mô hình dự báo sự biến đổi ranh giới mặn – nhạt nước dưới đất trước tác động của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng, tác giả sử dụng mô hình VISUAL MODFLOW với phần mềm SEAWAT. Trong đó thực hiện sơ đồ hóa điều kiện ĐCTV phản ánh điều kiện tồn tại của nước dưới đất gồm: cấu tạo địa chất, thành phần đất đá, bề dày TCN và các thông số ĐCTV, ranh giới mặn – nhạt hiện có, động thái của nước dưới đất trong điều kiện tự nhiên và điều kiện tự nhiên bị phá huỷ, ảnh hưởng của sông biển, khí hậu tới nước dưới đất, hiện trạng đê biển... Xây dựng sơ đồ phân bố vùng thấm, giá trị lượng bổ cập và bốc hơi, bản đồ đẳng mực nước dưới đất cùng các điều kiện của mô hình để mô phỏng sự dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt NDĐ khu vực nghiên cứu. 4.3. Kết quả mô hình dự báo sự thay đổi mực nước dưới đất Mực nước dưới đấ t là mô ̣t yế u tố rấ t quan tro ̣ng ảnh hưởng trực tiế p đế n sự dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt và thay đổi trữ lượng nước nhạt các TCN khu vực nghiên cứu. Sau khi xây dựng mô hình dự báo, tác giả đã xác đinh đươ ̣c sự biế n đổ i mực nước ở cả 2 TCN chính khu vực nghiên ̣ cứu trong cả 2 trường hợp khi chưa có Biến đổi khí hậu và nước biển dâng cũng như đã có tác động của sự thay đổi khí hậu, nước biển dâng. 4.3.1. Đối với tầng chứa nước Holocen Tầ ng chứa nước qh có số lươ ̣ng giế ng khai thác không nhiề u lại liên tục được bổ cập bởi nước mưa, nước mặt do đó xu thế biế n đô ̣ng mực nước của TCN không rõ rê ̣t. Theo kết quả quan trắc mực nước hiện tại ở TCN qh có xu hướng tăng rất nhẹ so với những năm trước đây, đặc biệt tại những vùng NDĐ TCN qp nhạt do tại đây đang được khai thác tập trung phục vụ sinh hoạt. Những khu vực TCN qp mặn, nước ở TCN qh nhạt, mặc dù vẫn được khai thác sử dụng nhưng mực nước có xu hướng giảm không nhiề u do liên tục được bổ cập bởi nước mưa, nước mặt. - Trong trường hợp chưa có BĐKH&NBD, mực nước có sự gia tăng ở khu vực phía Bắc của tỉnh với mức tăng khoảng 0,2 ÷ 0,3 m đến năm 2100. Trong đó ở khu vực phía Nam và ven biển thì mực nước ít thay đổi theo thời gian (hình 4.16). Hình 4.16. Mực nước TCN Holocen năm 2100 khi chưa có BĐKH&NBD Hình 4.18. Mực nước tầng chứa nước Holocen năm 2100 theo kịch bản A2 - Theo kết quả dự báo với kịch bản BĐKH&NBD đế n năm 2100, mực nước giảm trung bình từ 0,5 đến 0,8 m, như tại lỗ khoan Q158 mực nước giảm 0,52 m (từ 0,64 m thời điể m hiê ̣n ta ̣i xuố ng 0,12 m năm 2100 theo kich bản A2) (hình 4.18). ̣ 4.3.2. Đối với tầng chứa nước Pleistocen Tầ ng chứa nước Pleistocen là TCN đươ ̣c khai thác chủ yế u phục vụ nhu cầu sinh hoạt, kinh tế - xã hội trong khu vực nghiên cứu. Điều này đã tác động đến sự hạ thấp mực nước của TCN trong tương lai. Theo số liệu quan trắc mực nước kết hợp đồ thị tính toán đến năm 2014, hầu hết mực nước TCN qp tại các công trình quan trắc đều suy giảm theo thời gian. Hình 4.20. Mực nước TCN Pleistocen năm 2100 khi chưa có BĐKH&NBD Hình 4.22. Mực nước tầng chứa nước Pleistocen năm 2100 theo kịch bản A2 Sự thay đổi mực nước của TCN Pleistocen ít thay đổi trong cả 2 trường hợp chưa có BĐKH&NBD và khi đã có tác động của sự thay đổi khí hậu và dâng lên của nước biển. Theo dự báo mực nước của TCN qp đế n năm 2100 giảm đế n gần 10 m. Khu vực phía Bắ c của tỉnh (các xã An Quý, An Bài, huyê ̣n Quỳnh Phu ̣), ta ̣i lỗ khoan Q159a, mực nước giảm từ 2,69 m xuố ng -11,32 m (năm 2100) do đây là khu vực nước nhạt với các công trình cấp nước tập trung, khai thác lưu lượng lớn. 4.4. Kết quả mô hình dự báo sự thay đổi ranh giới mặn nhạt nước dưới đất khi chưa có biến đổi khí hậu và nước biển dâng Sau khi xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đấ t, tiế n hành dự báo sự dich chuyể n của biên mă ̣n các TCN trong điều kiện chưa có thay ̣ đổi của khí hậu và sự dâng lên của nước biển và theo kịch bản BĐKH&NBD như hiện nay. Kế t quả cho thấ y xu thế mă ̣n nha ̣t biế n đổ i rấ t phức ta ̣p, tùy thuộc vào điều kiện hiện trạng chất lượng nước, hiện trạng sử dụng đất và hiện trạng đê điều cùng điều kiện khí hậu trong tương lai. 4.4.1. Đối với tầng chứa nước Holocen: Kết quả mô hình dự báo cho thấy với sự gia tăng của lượng nước mưa theo thời gian trong đó mực nước sông, biển có xu hướng tăng nhẹ, cao ngang bằng với mực NDĐ khu vực ven biển nên TCN Holocen có xu hướng rửa nhạt, đặc biệt ở khu vực ven sông Trà Lý thuộc Đông Hưng, Kiến Xương, Tiền Hải (bảng 4.6). Trong đó, tại khu vực ven biển Thái Thụy, do chịu ảnh hưởng của nước biển và sự xâm nhập mặn từ nước biển vào cửa biển Thái Bình nên TCN qh bị nhiễm mặn vào sâu trong đất liền. 4.4.2. Đối với tầng chứa nước Pleistocen: Do ít chịu ảnh hưởng của điều kiện khí hậu và nước sông, biển mà chủ yếu chịu tác động của hoạt động khai thác nước dưới đất, do vậy xu thế biến đổi ranh giới mặn – nhạt của TCN này thay đổi không đáng kể (bảng 4.6), chủ yếu là thu hẹp diện tích vùng nước nhạt tại các điểm tập trung các công trình khai thác nước của tỉnh. Bảng 4.6. Diện tích nước mặn các tầng chứa nước theo thời gian Diện tích mặn các tầng chứa nước (km2) Thời gian TCN Holocen TCN Pleistocen Hiê ̣n ta ̣i 521,132 905,375 2020 505,007 907,595 Năm 2060 453,99 917,270 2100 417,64 928,940 4.5. Kết quả mô hình dự báo sự thay đổi ranh giới mặn – nhạt NDĐ trước tác động của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng 4.5.1. Dự báo sự thay đổi ranh giới mặn – nhạt NDĐ trong trường hợp đê biển hiện tại - Đối với tầng chứa nước Holocen: sự biế n đổ i ranh giới mặn – nhạt rấ t rõ rê ̣t, diê ̣n tích nước mă ̣n tăng dầ n theo các giai đoa ̣n, trong đó khu vực ven biển diê ̣n tích nước mă ̣n tăng ma ̣nh hơn, biên mă ̣n lấ n sâu vào lu ̣c đia. ̣ Theo kich bản phát thải A2, đế n năm 2100 diê ̣n tích nước mă ̣n theo dự báo ̣ là 630,869 km2, tăng lên 109,74 km2 (khoảng 20%) so với hiện tại. Bảng 4.7. Diện tích nước mặn TCN Holocen theo các kịch bản phát thải Diê ̣n tích nước mă ̣n theo kich bản phát thải (km2) ̣ Năm B1 B2 A2 2020 535,941 540,298 545,172 2060 564,023 574,519 585,108 2100 601,002 615,195 630,869 - Đối với tầng chứa nước Pleistocen: Theo kết quả nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của khí hậu và nước biển đến NDĐ khu vực cho thấy TCN qp ít chiu ảnh hưởng của BĐKH&NBD mà chủ yếu do hoạt động khai thác. Kế t ̣ quả mô hình dự báo cho thấ y diê ̣n tích nước mă ̣n trong TCN tăng dầ n theo các năm và theo các kich bản phát thải (B1, B2, A2) (bảng 4.8). Những ̣ năm cuố i của thế kỷ 21, ranh giới mă ̣n nha ̣t bi ̣ tác đô ̣ng lớn hơn, biế n đổ i nhanh hơn. Theo kich bản phát thải cao, đế n năm 2100 diê ̣n tích nước mă ̣n ̣ theo dự báo là 935,985 km2, tăng lên 30,61 km2 (khoảng 3,5%) so với hiện tại. Bảng 4.8. Diện tích nước mặn TCN Pleistocen theo các kịch bản phát thải Diê ̣n tích nước mă ̣n theo kich bản phát thải (km2) ̣ Năm B1 B2 A2 2020 907,975 908,885 910,015 2060 917,375 919,045 921,435 2100 929,825 931,675 935,985 Dựa trên kết quả dự báo cho cả 2 TCN cho thấy sự thay đổi về nhiệt độ, lượng mưa, độ bốc hơi và sự dâng cao của mực nước biể n làm gia tăng diê ̣n tích nước mă ̣n TCN Holocene và Pleistocene. Diện tích vùng nước mặn TCN qh chịu ảnh hưởng trực tiếp từ diện tích vùng ngập theo kịch bản BĐKH&NBD. Trong đó, đối với TCN qp, xu thế mă ̣n phân bố chủ yếu ta ̣i khu vực phía Nam - Đông Nam, diê ̣n tích mă ̣n tăng lên tại ranh giới mặn – nhạt khu vực Đông Hưng, Thái Thụy, Hưng Hà. 4.5.2. Dự báo sự thay đổi ranh giới mặn – nhạt NDĐ trong trường hợp nâng cấp đê biển - Đố i với tầ ng chứa nước Holocene: sự biế n đổ i NDĐ rấ t rõ rê ̣t, diê ̣n tích nước mă ̣n tăng dầ n theo các giai đoa ̣n đặc biệt tại khu vực ven biển Tiền Hải, Thái Thụy, biên mă ̣n lấ n sâu vào lu ̣c địa. Theo kich bản phát thải A2, ̣ đế n năm 2100, ranh giới mă ̣n nha ̣t biế n đổ i nhanh hơn do nước dưới đất chiu ảnh hưởng ma ̣nh của nước biể n dâng. Diê ̣n tích nước mă ̣n tăng lên ̣ 564,056 km2, tăng 42,93 km2 (khoảng 8%) so với hiện tại (bảng 4.9). Bảng 4.9. Diện tích nước mặn TCN qh theo các kịch bản phát thải Diê ̣n tích nước mă ̣n theo kich bản phát thải (km2) ̣ Năm B1 B2 A2 2020 524,565 526,557 530,420 2060 535,997 540,148 547,510 2100 550,565 554,762 564,050 - Đối với tầng chứa nước Pleistocen: xu thế mă ̣n phân bố chủ yếu ta ̣i khu vực phía Nam - Đông Nam và tăng lên tại ranh giới khu vực Đông Hưng, Thái Thụy, Hưng Hà. Theo kich bản phát thải cao, đế n năm 2100 ̣ diê ̣n tích nước mă ̣n toàn vùng nghiên cứu theo dự báo là 931,005 km2, tăng lên 25,6 km2 (khoảng 3%) so với hiện tại (bảng 4.10).