Tài liệu ứng dụng ảnh điện đánh giá hiện trạng nhiễm mặn, đề xuất biện pháp khắc phục tại đồng muối thông thuận, xã vĩnh hảo, huyện tuy phong, tỉnh bình thuận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN NGÔ THỊ MINH ÂN ỨNG DỤNG ẢNH ĐIỆN ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG NHIỄM MẶN, ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC TẠI ĐỒNG MUỐI THÔNG THUẬN, XÃ VĨNH HẢO, HUYỆN TUY PHONG, TỈNH BÌNH THUẬN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ ĐỊA CHẤT HỌC Mã ngành: 52440201 TP. HỒ CHÍ MINH – 12/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG ẢNH ĐIỆN ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG NHIỄM MẶN, ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC TẠI ĐỒNG MUỐI THÔNG THUẬN, XÃ VĨNH HẢO, HUYỆN TUY PHONG, TỈNH BÌNH THUẬN Sinh viên thực hiện: Ngô Thị Minh Ân MSSV: 0150100002 Khóa: 2012 – 2017 Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Hải Âu TP. HỒ CHÍ MINH – 12/2016 LỜI CẢM ƠN Thực hiện đồ án tốt nghiệp là yêu cầu bắt buộc đối với sinh viên trước khi kết thúc quá trình học tập tại trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Tp.HCM. Đây là cơ hội để sinh viên củng cố, đánh giá lại kiến thức đã được thầy cô truyền dạy trong suốt quá trình học tập tại trường. Đồ án tốt nghiệp không thể hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ của thầy cô hướng dẫn, gia đình và bạn bè. Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy cô khoa Địa chất và Khoáng sản trường ĐH Tài nguyên và Môi trường Tp.HCM đã cung cấp cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS. Nguyễn Hải Âu đã trực tiếp hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu và tạo mọi điều kiện cho em thực hiện đồ án một cách tốt nhất. Cảm ơn các anh chị Phòng kiểm soát ô nhiễm, Sở Tài nguyên và môi trường tỉnh Bình Thuận, Viện Môi trường và Tài nguyên Đại học Quốc gia Tp.HCM đã tận tình hướng dẫn. Cảm ơn, các bạn lớp 01 DHDC_MT và người thân đã luôn bên cạnh giúp đỡ, khích lệ tinh thần trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Trân trọng cảm ơn! i MỤC LỤC TÓM TẮT ...................................................................................................................... 1 MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 2 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .............................................................................. 2 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ......................................................................................... 3 3. NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .............................................................. 3 3.1. Nội dung nghiên cứu..........................................................................................3 3.2. Phạm vi nghiên cứu ...........................................................................................4 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................................................. 4 CHƯƠNG 1 .................................................................................................................... 6 TỔNG QUAN ................................................................................................................. 6 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN ............................................................................ 6 1.2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ............................... 7 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ...................................................................7 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ...................................................................8 1.3. TỔNG QUAN NHIỄM MẶN ............................................................................... 10 1.4. TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU .......................................................... 11 1.4.1. Vị trí địa lý ....................................................................................................11 1.4.2. Điều kiện tự nhiên.........................................................................................12 1.4.3. Đặc điểm kinh tế- xã hội ...............................................................................22 1.4.4. Nguyên nhân nhiễm mặn khu vực nghiên cứu .............................................23 CHƯƠNG 2 .................................................................................................................. 24 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................................................. 24 2.1. PHƯƠNG PHÁP THU THẬP VÀ THAM KHẢO TÀI LIỆU ............................ 24 2.2. PHƯƠNG PHÁP ẢNH ĐIỆN ............................................................................... 25 2.2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp ảnh điện ..................................................25 2.2.2. Đặc điểm điện trở suất của đất đá .................................................................27 2.2.3. Số liệu đo ảnh điện .......................................................................................28 2.3. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU ..................................................................... 29 2.4. PHƯƠNG PHÁP BẢN ĐỒ ................................................................................... 35 CHƯƠNG 3 .................................................................................................................. 37 ii KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................................... 37 3.1. Mô tả dữ liệu đo ảnh điện ...................................................................................... 37 3.2. Sử dụng kết quả ảnh điện và công cụ gis để nội suy điện trở suất khu vực nghiên cứu .............................................................................................................................. 41 3.2.1. Đánh giá hiệu quả của các phương pháp nội suy .........................................41 3.2.2. Kết quả nội suy đường đồng mức điện trở suất bằng phần mềm Surfer 12.0 ................................................................................................................................48 3.3. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG NHIỄM MẶN KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............ 55 3.3.1. Tương quan tổng muối hòa tan và điện trở suất ...........................................55 3.3.2. Đánh giá hiện trạng nhiễm mặn trong đất khu vực nghiên cứu ...................55 3.3.3. Đánh giá hiện trạng nhiễm mặn trong nước ngầm khu vực nghiên cứu ......56 3.4. ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC NHIỄM MẶN........................................ 59 3.4.1. Biện pháp công trình .....................................................................................59 3.4.2. Biện pháp phi công trình...............................................................................60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 61 KẾT LUẬN .................................................................................................................. 61 KIẾN NGHỊ .................................................................................................................. 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 63 PHẦN PHỤ LỤC ......................................................................................................... 66 iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường CSDL Cơ sở dữ liệu FAO GS.TS Food and Argriculture Organization of United NationsTổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc Giáo Sư Tiến Sĩ GIS Geographical Information System- Hệ thống thông tin địa lý KH-CN Khoa học Công nghệ MT Môi trường QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TEM Time Domain Electromagnetics induction- Thăm dò điện từ theo miền thời gian Thành phố Hồ Chí Minh Tp.HCM UNESCO The United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization- Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hoá của Liên Hợp Quốc iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Bảng phân loại độ mặn theo tổng số muối tan và hàm lượng Cl- ...................9 Bảng 1.2. Nhiệt độ (oC) tại trạm Phan Thiết và Phan Rang, giai đoạn 2010-2014 .......14 Bảng 1.3. Lượng mưa (mm) trạm Phan Thiết và Phan Rang, giai đoạn 2010-2014 .....17 Bảng 1.4. Lượng bốc hơi (mm) tại trạm Phan Rang, giai đoạn 2010-2014 ..................20 Bảng 2.1. Một số thông tin về vị trí lấy mẫu .................................................................24 Bảng 2.2. Nguồn tài liệu được sử dụng trong đồ án ......................................................25 Bảng 3.1. Bảng tóm tắt thống kê giá trị điện trở suất đo đạt .........................................37 Bảng 3.2. Giá trị R2 của các phương pháp nội suy khác nhau ......................................46 Bảng 3.3. Giá trị %SE và RSME của một số phương pháp nội suy .............................47 Bảng 3.4. Tổng hợp đánh giá bản đồ đường đồng mức điện trở suất bằng các phương pháp khác nhau ..............................................................................................................54 Bảng 3.5. Kết quả tương quan giữa tổng muối tan trong đất và điện trở suất ..............55 Bảng 3.6. Diện tích phân vùng cấp độ mặn trong đất ...................................................55 Bảng 3.7. Các cấp mặn và sự phát triển của cây ...........................................................56 Bảng 3.8. Kết quả phân tích mẫu nước giếng của các hộ dân khu vực nghiên cứu ......56 v DANH MỤC HÌNH Hình 1. Vị trí xí nghiệp muối Thông Thuận....................................................................4 Hình 2. Sơ đồ phương pháp nghiên cứu ..........................................................................5 Hình 1.1. Biểu đồ nhiệt độ các tháng, năm 2014 tại trạm Phan Thiết và Phan Rang ...16 Hình 1.2. Biểu đồ số giờ nắng các tháng, năm 2014 tại trạm Phan Thiết .....................16 Hình 1.3. Biểu đồ độ ẩm các tháng, năm 2014 tại trạm Phan Thiết và Phan Rang ......17 Hình 1.4. Biểu đồ lượng mưa các tháng, năm 2014 tại trạm Phan Thiết và Phan Rang .......................................................................................................................................19 Hình 1.5. Biểu đồ lượng mưa và bốc hơi trung bình tháng tại trạm Phan Rang Năm 2013 và 2014 .................................................................................................................21 Hình 1.6. Sơ đồ mô tả dòng thấm từ đồng muối đến khu dân cư ..................................23 Hình 2.1. Dòng điện chạy từ nguồn phát và sự phân bố điện thế .................................26 Hình 2.2. Hệ bốn điện cực .............................................................................................26 Hình 2.3. Ý nghĩa đồ thị Boxplot ..................................................................................30 Hình 2.4. Sơ đồ quy trình tạo lưới Grid trên Surfer 12.0 ..............................................33 Hình 3.1. Biểu đồ Boxplot của tất các tuyến đo điện trở suất .......................................38 Hình 3.2. Biểu đồ Boxplot của tuyến T1 và T1A..........................................................38 Hình 3.3. Biểu đồ Boxplot của tuyến T1B và T2 ..........................................................39 Hình 3.4. Biểu đồ Boxplot của tuyến T3 và T4 ............................................................39 Hình 3.5. Biểu đồ Boxplot của tuyến T5 và T6 ............................................................40 Hình 3.6. Biểu đồ Boxplot của tuyến T7 và T8 ............................................................40 Hình 3.7. Đồ thị độ chính xác của giá trị nội suy của phương pháp Inverse Distance to a Power ..........................................................................................................................42 Hình 3.8. Đồ thị độ chính xác của giá trị nội suy của phương pháp Kriging ................42 Hình 3.9. Đồ thị độ chính xác của giá trị nội suy của phương pháp Minimum Curvature .......................................................................................................................42 Hình 3.10. Đồ thị độ chính xác của giá trị nội suy của phương pháp Modified Shepard’s Method ..........................................................................................................43 Hình 3.11. Đồ thị độ chính xác của giá trị nội suy của phương pháp Natural Neighbor .......................................................................................................................................43 vi Hình 3.12. Đồ thị độ chính xác của giá trị nội suy của phương pháp Triangulation with Linear Interpolation .......................................................................................................44 Hình 3.13. Đồ thị độ chính xác của giá trị nội suy của phương pháp Nearest Neighbor .......................................................................................................................................44 Hình 3.14. Đồ thị độ chính xác của giá trị nội suy của phương pháp Polynomial Regression .....................................................................................................................45 Hình 3.15. Đồ thị độ chính xác của giá trị nội suy của phương pháp Radial Basis Function .........................................................................................................................45 Hình 3.16. Biểu đồ đánh giá độ tin cậy của các phương pháp nội suy bằng hệ số hiệu quả R2 ............................................................................................................................47 Hình 3.17. Thang chia các mức điện trở suất cho các phương pháp nội suy ................48 Hình 3.18. Kết quả nội suy bằng Inverse Distance to a Power .....................................48 Hình 3.19. Kết quả nội suy bằng Kriging ......................................................................49 Hình 3.20. Kết quả nội suy bằng Minimum Curvature .................................................49 Hình 3.21. Kết quả nội suy bằng Modified Shepard's Method .....................................50 Hình 3.22. Kết quả nội suy bằng Natural Neighbor ......................................................51 Hình 3.23. Kết quả nội suy bằng Nearest Neighbor ......................................................51 Hình 3.24. Kết quả nội suy bằng Polynomial Regression .............................................52 Hình 3.25. Kết quả nội suy bằng Radial Basis Function ...............................................53 Hình 3.26. Kết quả nội suy bằng Triangulation with Linear Interpolation ...................53 Hình 3.27. Kết quả phân tích TDS (mg/L) tại các giếng...............................................57 Hình 3.28. Kết quả phân tích Cl- (mg/L) tại các giếng .................................................58 Hình 3.29. Kết quả phân tích Sulfat (SO42-) (mg/L) tại các giếng ................................58 vii TÓM TẮT Đồ án tốt nghiệp không chỉ giúp củng cố lại các kiến thức đã học mà còn giúp học cách ứng dụng những kiến thức đó để giải quyết các vấn đề trong thực tiễn cuộc sống. Ngày nay tình hình nhiễm mặn đất và nước ngầm luôn là vấn đề được mọi người quan tâm đặc biệt tại các khu vực ven biển. Tại đây ngoài các yếu tố tự nhiên dẫn đến nhiễm mặn thì hoạt động sản xuất muối cũng là một trong những nguyên nhân quan trọng dẫn đến nhiễm mặn môi trường đất và nước ngầm. Điển hình như hoạt động sản xuất muối tại đồng muối Thông Thuận, xã Vĩnh Hảo, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận đang là nỗi lo của người dân khu vực xung quanh, khi nguồn nước nhiễm mặn từ đồng muối thấm vào đất và nước ngầm, làm nhiễm mặn đất và nước ngầm khu vực dân cư xung quanh khiến đời sống người dân thêm phần khó khăn. Bằng cách tiến hành thu thập số liệu đo ảnh điện tại khu vực xã Vĩnh Hảo, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận làm dữ liệu đầu vào cho phần mềm Surfer 12.0 để nội suy các vị trí chưa có kết quả đo. Để đảm bảo kết quả nội suy được chính xác đề tài đã so sánh đánh giá 9 phương pháp nội suy cơ bản trên Surfer 12.0 lựa chọn ra Inverse Distance to a Power là phương pháp nội suy thích hợp nhất để nội suy bản đồ điện trở suất. Đồng thời kết hợp mối tương quan giữa tổng muối tan và điện trở suất để lập nên bản đồ phân vùng tổng muối hoà tan tại khu vực nghiên cứu. Đánh giá nhiễm mặn đất tại đây là khoảng 24,60ha diện tích đất mặn nhiều và 16,37ha đất mặn trung bình. Kết quả phân tích tổng muối tan trong nước ngầm tại khu vực nghiên cứu có 4/5 giếng vượt quy chuẩn cho phép về chất lượng nước dưới đất. Quá trình đánh giá nhiễm mặn đất và nước ngầm cho thấy càng gần đồng muối Thông Thuận thì đất và nước ngầm càng bị nhiễm mặn. Trước thực trạng nhiễm mặn của khu vực, đề tài đã đề ra các nhóm biện pháp công trình và phi công trình để khắc phục nhiễm mặn tại khu vực nghiên cứu trong đó thì biện pháp cần được tiến hành ngay là cho đóng cửa hoặc di dời nhà máy sản xuất muối để ngăn nguồn lan truyền mặn sang khu dân cư xung quanh, cải tạo đất nhiễm mặn, hỗ trợ tài chính, kỹ thuật cho người dân khắc phục các hậu quả do nhiễm mặn gây ra nhằm cải thiện đời sống của người dân trong khu vực chịu ảnh hưởng. 1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận là một huyện ven biển nằm trong vùng khô hạn nhất nước ta. Với đặc trưng khí hậu khô hạn- bán khô hạn, lượng mưa trung bình năm thấp khoảng 901mm/năm (từ năm 2011-2014), nhiệt độ từ 23,6-29,5oC (trạm Phan Rang, 2014) cùng với gió mạnh là những yếu tố góp phần thúc đẩy quá trình hạn hán, hoang mạc hóa tại khu vực. Do điều kiện tự nhiên đó mà hoạt động sản xuất thích hợp với khu vực này chủ yếu là nuôi trồng thủy sản và sản xuất muối. Ở đây có đồng muối Thông Thuận tại xã Vĩnh Hảo do Công Ty TNHH Thông Thuận đầu tư và được UBND tỉnh phê duyệt theo quyết định số 3589/QĐ-CT.UBND ngày 10 tháng 12 năm 2002. Đồng muối đem lại việc làm và thu nhập cho người dân trong khu vực, xong cũng đặt ra những vấn đề môi trường đáng lo ngại. Do đồng muối Thông Thuận có cao trình cao hơn các khu vực xung quanh, gần khu dân cư và trong quá trình sản xuất đã không quản lý tốt để cho nước mặn thấm qua bờ đê bao đồng muối và tràn bờ thẩm thấu vào đất, sau đó đi vào mạch nước ngầm làm nhiễm mặn nguồn nước ngầm và đất ở các khu vực xung quanh đồng muối (Cục chế biến nông lâm thủy sản và nghề muối, 2014). Diện tích đất canh tác ở xã Vĩnh Hảo, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận không chỉ bị thu hẹp do cung cấp mặt bằng cho sản xuất muối mà còn mất đi do đất bị nhiễm mặn cây cối không sống được. Với điều kiện khí hậu khô hạn- bán khô hạn, nguồn nước mặt và nước mưa hạn chế thì nước ngầm trở thành nguồn cung cấp nước quan trọng cho người dân trong khu vực này. Chính vì điều đó mà khi nguồn nước ngầm trong khu vực bị nhiễm mặn, đời sống sản xuất và sinh hoạt của người dân bị ảnh hưởng to lớn. Nước ngầm khi nhiễm mặn không thể dùng để ăn uống hay tưới tiêu được nữa. Trước thực trạng này, cần phải đánh giá hiện trạng nhiễm mặn của môi trường đất và nước ngầm khu vực đồng muối Thông Thuận tại xã Vĩnh Hảo, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận và đề xuất giải pháp khắc phục. Để đánh giá nhiễm mặn, hiện nay có hai phương pháp phổ biến, đó là: 1) Điều tra khảo sát kết hợp khoan lấy mẫu nước ngầm, mẫu đất phân tích tổng hàm lượng chất muối hoà tan, phân tích thành phần hoá học của nước; số lượng lỗ 2 khoan khảo sát quyết định mức độ chính xác của ranh giới; phương pháp này đòi hỏi nhiều thời gian và chi phí rất cao; 2) Dùng phương pháp địa vật lý, đo điện trở suất (phương pháp ảnh điện) để xác định ranh giới mặn/nhạt; Lấy thêm mẫu đất và nước ngầm phân tích tổng hàm lượng muối hòa tan để kiểm chứng kết quả xử lý số liệu đo ảnh điện và xác định mối tương quan giữa tổng muối hòa tan và điện trở suất. Phương pháp này ít tốn thời gian, cho kết quả nhanh, hiệu quả cả đối với các khu vực có diện tích rộng lớn và lượng mẫu phải phân tích cũng giảm đi đáng kể so với phương pháp 1. Với đặc điểm nghiên cứu điện trở suất của môi trường thì phương pháp ảnh điện đặc biệt hữu ích cho việc đánh giá nhiễm mặn. Vì ở vùng chứa các muối hòa tan cao, điện trở suất sẽ nhỏ hơn rất nhiều so với vùng không có. Việc kết hợp số liệu từ phương pháp ảnh điện, số liệu quan trắc và công cụ GIS (phần mềm Surfer 12.0) có khả năng xử lý một khối lượng lớn dữ liệu sẽ giúp giải đoán các kết quả đo một cách nhanh chóng và hiệu quả trên một diện tích rộng lớn, vốn là điều khó thực hiện đối với các phương pháp truyền thống khác. Từ những lý do nêu trên, việc thực hiện đề tài “Ứng dụng ảnh điện đánh giá hiện trạng nhiễm mặn, đề xuất biện pháp khắc phục tại đồng muối Thông Thuận, xã Vĩnh Hảo, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận” là điều cần thiết. 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Khoanh định được các vùng cấp độ mặn theo tổng muối tan trong môi trường đất, đánh giá nhiễm mặn đất và nước ngầm khu vực đồng muối Thông Thuận, xã Vĩnh Hảo, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận bằng kết quả đo ảnh điện và quan trắc nước ngầm; - Đề xuất được các biện pháp công trình và phi công trình để khắc phục nhiễm mặn khu vực nghiên cứu. 3. NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1. Nội dung nghiên cứu - Khái quát đặc điểm tự nhiên, kinh tế- xã hội khu vực nghiên cứu thông qua các thông tin khí tượng, thuỷ văn, địa chất công trình, dân cư, xã hội; - Xác định nguyên nhân nhiễm mặn khu vực nghiên cứu qua việc khảo sát địa chất, địa hình, khí hậu khu vực; 3 - Xác định mối tương quan giữa điện trở suất và tổng lượng muối hòa tan; - Đánh giá hiện trạng nhiễm mặn môi trường đất và nước ngầm khu vực dân cư xung quanh đồng muối Thông Thuận, xã Vĩnh Hảo, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận bằng các kết quả quan trắc nước ngầm và thành lập các bản đồ phân vùng tổng muối tan trong đất từ kết quả ảnh điện; - Đề xuất giải pháp khắc phục nhiễm mặn khu vực nghiên cứu bằng các biện pháp công trình và phi công trình. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu độ mặn môi trường đất và nước ngầm tại khu vực dân cư phía Đông đồng muối Thông Thuận, xã Vĩnh Hảo, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận (Hình 1 và Phụ Lục 3: Bản đồ số 01). Hình 1. Vị trí xí nghiệp muối Thông Thuận 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Các phương pháp được áp dụng trong quá trình thực hiện đề tài được thể hiện ở sơ đồ hình 2, gồm có: - Phương pháp thu thập và tham khảo tài liệu; - Phương pháp ảnh điện; 4 - Phương pháp xử lý số liệu; - Phương pháp bản đồ. Thu thập tài liệu Tổng hợp, xử lý số liệu Nguyên nhân Số liệu nhiễm mặn khu phân tích chất vực nghiên cứu lượng nước ngầm Giá trị điện trở suất Tương quan điện trở suất và tổng muối tan Tổng muối tan Surfer 12.0, Mapinfo 11.5 Bảng phân cấp độ mặn Bản đồ phân vùng tổng muối tan Đánh giá nhiễm mặn Biện pháp khắc phục nhiễm mặn Hình 2. Sơ đồ phương pháp nghiên cứu 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Đất mặn: là những đất chứa nhiều muối hòa tan (1-1,5% hoặc hơn) (Lê Văn Khoa, 2004). Thăm dò điện là phương pháp địa vật lý nghiên cứu cấu trúc vỏ trái đất và tìm kiếm, phát hiện, đánh giá các khoáng sản có ích, nghiên cứu môi trường dựa trên việc quan sát trường điện, trường điện từ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo (QCVN 57:2012/BTNMT). Điện trở suất được hiểu là một dòng điện 1 chiều có cường độ I (A) chạy qua một vật dẫn có tiết diện q (m2) và chiều dài L (m) 𝐼= 𝑞𝑉 𝜌𝐿 (1.1) V là điện thế (V) ρ là điện trở suất tính bằng  m và nghịch đảo của nó σ = 1/ρ được gọi là độ dẫn điện. Điện trở suất biểu kiến là tham số điện trở suất được đo và tính toán bởi một hệ thiết bị điện cực nào đó trên mặt đất. Điện trở suất biểu kiến được ký hiệu là ρk và có thứ nguyên là Ωm (QCVN 57:2012/BTNMT). Điện cực là một thiết bị dẫn điện dùng để đưa dòng điện nhân tạo từ nguồn phát vào trong đất, đá thông qua dây dẫn điện (điện cực phát) hoặc dẫn dòng điện nảy sinh trong đất, đá tới các máy đo điện (điện cực thu). Đo mặt cắt là đo các giá trị điện trở suất của đất đá dọc theo tuyến khảo sát, để theo dõi điện trở suất của đất đá ở một độ sâu khảo sát không đổi dọc theo lát cắt. Đo sâu điện là đo đạc các giá trị điện trở suất của đất đá theo chiều sâu tăng dần tại 1 điểm cho trước trên tuyến (Nguyễn Đức Tiến, 2013) . Phương pháp ảnh điện là phương pháp đo sâu điện có các điểm nghiên cứu thay đổi tăng dần theo 2 hướng: theo chiều sâu và theo tuyến đo, hoặc 3 hướng: theo chiều sâu, theo tuyến đo và vuông góc với tuyến đo (hướng X, Z và X, Y, Z trong hệ tọa độ Decac). Khi di chuyển hệ thiết bị điện cực để có điểm nghiên cứu tăng dần theo chiều 6 sâu và theo hướng tuyến đo, gọi là ảnh điện 2D và theo cả hướng vuông góc với tuyến đo gọi là ảnh điện 3D (TCVN 9433: 2012). 1.2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Trên thế giới hiện nay, việc đánh giá nhiễm mặn môi trường đất và nước ngầm thường được xác định bởi các phương pháp như - Lấy mẫu phân tích thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, phương pháp này được Kissel và n.n.k (2012) đề nghị sử dụng để kiểm tra đất nhiễm mặn giúp nông dân và cộng đồng đánh giá và quản lý các vấn đề liên quan đến nhiễm mặn đất. Trong nghiên cứu này, tác giả đề nghị lấy mẫu ở độ sâu 0-6 inch nếu mục đích là xác định độ mặn của đất nơi rễ cây hút nước, còn với mục đích xác định nhiễm mặn do yếu tố thủy văn thì nên lấy mẫu ở độ sâu sâu hơn; đề xuất các thông số cơ bản để xác định độ mặn như Ca2+, Mg2+, K+, Na+, pH, EC, TSS, SAR đối với việc phân tích đất nông nghiệp. - Xác định độ dẫn điện EC của đất. Theo như FAO (1999) độ mặn của đất có thể được xác định bởi đo độ dẫn điện của dịch chiết đất bão hòa, ưu điểm của phương pháp này là giá thành rẻ và thực hiện nhanh hơn so với cách truyền thống là lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm, quan hệ giữa tổng muối hòa tan và độ dẫn điện được xác định theo công thức tổng muối hòa tan (mg/L) ≈ 640 x EC25 (độ dẫn điện ở 25oC, dS/m). Cũng theo FAO (2014) thì đất mặn được xác định khi tại một số thời điểm trong năm độ dẫn điện của dịch chiết xuất bão hòa đất (ECe) ở 25oC thì độ dẫn điện ≥ 15 dS/m hoặc ≥ 8 dS/m nếu pHH2O của dịch chiết xuất bão hòa đất bằng 8,5. Pozdnyakova và n.n.k (1999) đã dùng phương pháp cokriging để nội suy độ nhiễm mặn trên một diện tích đất nông nghiệp rộng hàng nghìn ha bằng kết quả đo dẫn điện EC của đất và phân tích tỷ lệ hấp phụ Natri (SAR) cho thấy sử dụng cokriging đã giúp tương quan giữa giá trị dự báo và thực tế tăng lên 60%, chi phí lấy mẫu cũng giảm đi 5 lần. - Sử dụng phương pháp đo địa vật lý: Jansen và n.n.k (2011) dùng kết quả thăm dò điện trở suất và thăm dò điện từ theo miền thời gian (TEM) để thành lập bản đồ xác định vùng nước mặn, nước lợ trong các tầng chứa nước khu vực đới bờ của Los Angeles và Orange, California. Kết quả cho thấy hai phương pháp này có thể giúp thành lập bản đồ phân vùng mặn trong không gian 3 chiều ở bên dưới bề mặt một cách 7 nhanh chóng và ít chi phí hơn là chỉ khoan đào và cũng cần thêm vào dữ liệu bên dưới bề mặt, thường là dữ liệu lỗ khoan, để hiệu chỉnh kết quả địa vật lý. Aizebeokhai (2014) khẳng định ảnh điện 2D có thể được dùng hiệu quả để lập bản đồ nhiễm mặn và xác định sự thay đổi không gian của thuộc tính đất tại các vùng rộng lớn và phân tích các ảnh hưởng môi trường. Batayneh (2015) đã kết hợp điều tra địa vật lý và địa hóa học để đánh giá chất lượng nguồn nước ngầm của Vịnh Aqaba khu vực ven biển ở Ả Rập Saudi, kết quả cho thấy tại khoảng độ sâu 60m được chia làm ba vùng với ba khoảng giá trị điện trở suất khác nhau ứng với ba đơn vị đất đá khác nhau: các lớp bề mặt với điện trở suất từ 30-1000 Ωm, đại diện cho đất phù sa, cát, sỏi; tiếp theo là lớp điện trở suất thấp hơn, dao động 0,6-70 Ωm, đại diện nước từ mặn -lợ -hơi ngọt trong vùng bão hòa. Ở phía dưới là tầng đá gốc đặc trưng bởi giá trị điện trở suất từ vài trăm đến vài ngàn Ωm. Trong các phương pháp đánh giá nhiễm mặn hiện nay trên thế giới thì phương pháp địa vật lý, đo điện trở suất (phương pháp ảnh điện) để xác định ranh giới mặn/nhạt đang là phương pháp được ưu tiên nhất. Samouëlian và n.n.k (2006) đã nghiên cứu cơ sở lý thuyết, ưu và nhược điểm của phương pháp điện trở suất ứng dụng cho lĩnh vực khoa học đất, chứng minh rằng đây là phương pháp hữu ích để nghiên cứu đặc trưng của đất mà không gây xáo trộn bề mặt, thích hợp nghiên cứu cấu trúc tầng đất, các dòng ô nhiễm…Phương pháp này tiết kiệm nhiều thời gian, cho kết quả nhanh, hiệu quả đối với các khu vực có diện tích nhiễm mặn rộng lớn. 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước Ở nước ta hiện nay, việc sử dụng ảnh điện để đánh giá nhiễm mặn ngày càng phổ biến, trong đó các nghiên cứu như: - Hoàng Văn Hoan và cộng sự (2008) đã dựa vào kết quả đo sâu điện kết hợp với lấy mẫu nước phân tích độ tổng khoáng hóa (TDS), vùng Phố Nối, Hưng Yên, đã xác định mối tương quan giữa điện trở suất của chất điện phân và TDS từ đó xác định ranh giới mặn/nhạt (TDS= 1.000 mg/L) của tầng nước Pleistocen ở độ sâu 52-72m ứng với giá trị điện trở suất là 33,4 Ωm. Song kết quả cũng chỉ mới xác định được ranh giới ở một khoảng giá trị độ sâu và chưa phân cấp chi tiết mức độ mặn của tầng nước. - Nguyễn Xuân Thành (2012) đã thu thập các số liệu đo sâu điện trên địa bàn tỉnh Tiền Giang hình thành CSDL điện trở suất để xây dựng các lớp bản đồ điện trở 8 suất đất đá trầm tích tỉnh Tiền Giang bằng GIS từ bản đồ điện trở suất đất đá. Từ đó tác giả thực hiện bài toán ứng dụng để xác định vùng phân bố mặn/nhạt các tầng chứa nước dưới đất với giá trị điện trở suất đo sâu điện là 8,4-10 Ωm tương ứng với ranh giới mặn/nhạt. - Hoàng Thị Thanh Thủy và cộng sự (2014) đã ứng dụng ảnh điện để đánh giá nhiễm mặn do hoạt động khai thác và tuyển quặng Titan tại Ninh Thuận. Kết quả đo những nơi có điện trở suất <20 Ωm, có độ tổng khoáng hóa cao xuất hiện ở lớp điện trở suất thứ ba ở tuyến đo 1, trên các tuyến còn lại tuy có vài nơi có điện trở suất xuống thấp nhưng phân bố không đáng kể. Điều đó cho thấy rằng, tầng nước ngầm tại các tuyến chưa bị nhiễm mặn, chỉ có vài vị trí, tầng nước ngầm có độ khoáng hóa tăng cao. Qua các nghiên cứu trên có thể thấy tại các khu vực có dấu hiệu nhiễm mặn thường có giá trị điện trở suất dưới 10Ωm. Hiện nay, ở Việt Nam nếu như trong nước ngầm có QCVN 09:2015-MT/BTNMT quy định hàm lượng TDS giới hạn trong nước ngầm nếu vượt quá hàm lượng đó thì nước ngầm bị nhiễm mặn, trong khi đó đối với môi trường đất vẫn chưa có quy chuẩn nào để đánh giá nhiễm mặn đất. Tác giả Lê Văn Khoa (2004) đã dùng cách phân cấp chi tiết cấp độ mặn trong đất, căn cứ vào hàm lượng tổng số muối tan ở Việt Nam để đánh giá nhiễm mặn trong đất (Bảng 1.1) Bảng 1.1. Bảng phân loại độ mặn theo tổng số muối tan và hàm lượng ClCấp độ mặn Tổng số muối tan (%) Hàm lượng Cl- (%) Đất mặn nhiều >1 >0,25 Đất mặn trung bình 0,5 – 1,0 0,15 - 0,25 Đất ít mặn 0,25 – 0,50 0,05 – 0,15 Đất rất ít mặn và không mặn <0,25 <0,05 (Nguồn: Lê Văn Khoa, Đất và môi trường, 2004) Từ các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy phương pháp ảnh điện ngày càng được sử dụng phổ biến trong đánh giá nhiễm mặn thay thế dần các phương pháp cổ điển chỉ lấy mẫu phân tích, mất nhiều thời gian, chi phí cao và cũng do sự phát triển của khoa học công nghệ, các phần mềm hỗ trợ xử lý kết quả ảnh điện (RES2DINV, Surfer,…) ra đời, giúp cho việc xử lý kết quả đo trở nên nhanh chóng, xử lý được số lượng lớn dữ liệu và cho kết quả đáng tin cậy hơn. Do đó đề tài lựa chọn 9 sử dụng kết quả đo ảnh điện và công cụ Surfer 12.0 để xử lý kết quả ảnh điện nội suy các vị trí không có kết quả đo, thành lập bản đồ điện trở suất kết hợp tương quan giữa điện trở suất và tổng muối tan phân vùng tổng muối tan theo tác giả Lê Văn Khoa (2004) để đánh giá nhiễm mặn. 1.3. TỔNG QUAN NHIỄM MẶN Các quá trình mặn hóa (Salinization) hoặc kiềm hóa (Alkalization) dẫn đến sự hình thành các đất mặn. - Mặn hóa đất là quá trình tích tụ trong môi trường đất các muối có khả năng hoà tan cao hơn gypsum (CaSO4.2H2O), bao gồm các muối kim loại kiềm và kiềm thổ như Na+, K+, Mg2+, Ca2+ với các gốc axit: Cl-, SO42-, CO32- và HCO3-. - Quá trình kiềm hóa (Alkalization): trong điều kiện khô hạn hoặc bán khô hạn, khi dung dịch đất trở nên đậm đặc do bốc hơi nước hay hấp thụ nước của cây cối,…, các cation Ca2+ và Mg2+ bị kết tủa dẫn đến sự tăng tương ứng của Na+. Dưới các điều kiện như vậy, một phần cation Ca2+, Mg2+ trao đổi ban đầu được thay thế bởi Na+ dẫn đến tỷ lệ ưu thế của cation Na+ trong dung dịch đất (Vũ Ngọc Hùng, 2011). Quá trình nhiễm mặn là kết quả tác động tổ hợp của nhiều yếu tố khác nhau như thành phần đá mẹ, đặc điểm địa hình, khí hậu, mực nước ngầm tầng nông… có thể kể ra một số nguyên nhân gây nhiễm mặn như: - Các quá trình phong hóa: Muối được hình thành trong đất do các quá trình phong hóa, khi điều kiện khí hậu khô hạn, bán khô hạn thì sản phẩm phong hóa tích tụ tại chỗ và hình thành nên đất mặn và đất kiềm. Nhưng trong điều kiện ẩm ướt muối thấm trong đất và theo nước di chuyển ra sông suối, biển và đại dương, do đó, trong lục địa có điều kiện khí hậu ẩm ướt hiếm khi hình thành đất mặn. - Sự tích lũy muối trên tầng đất mặt do tưới trong điều kiện nước không đầy đủ: Do tưới, nước vận chuyển các muối có mặt trong đất lên tầng đất mặt, sau khi nước bay hơi để lại muối cho tầng đất mặt. Như vậy, sau một thời gian, các muối này được phân bố đều trong phẫu diện đất tích lũy trên tầng đất mặt và gây mặn cho đất. Nước do dòng chảy mặt chứa muối mang đến tích lũy ở những nơi trũng, không được tiêu nước, sau khi bốc hơi gây mặn cho đất. 10 - Tưới bằng nước mặn: ở các vùng khí hậu khô hạn và bán khô hạn, nước ngầm thường chứa nhiều muối, việc sử dụng nước ngầm có chứa nhiều Natri sẽ làm đất bị kiềm hóa. - Mực nước ngầm nằm nông: Quản lý tưới tiêu không tốt sẽ làm mực nước ngầm nằm nông dâng lên sau khi tưới. Các loại nước ngầm này thường bị khoáng hóa và sự dâng nước mao quản từ nước ngầm sẽ làm cho đất bị mặn. - Các muối hóa thạch: Sự tích lũy muối trong các vùng khô hạn thường gồm cả các muối hóa thạch có nguồn gốc từ các trầm tích trước đây hoặc các dung dịch bị nhốt lại trong các trầm tích biển trước đây. Sự giải phóng muối có thể xảy ra một cách tự nhiên hoặc do các hoạt động của con người. - Thấm từ các sườn dốc chứa muối: Trong một số trường hợp, sự thấm nước từ các sườn dốc cao hơn có thể gây mặn cho các vùng dưới dốc, nhất là khi nước trong đất thấm qua tầng đất có nhiều muối hoặc thấm qua các trầm tích biển. - Đại dương: Ở các vùng ven biển, đất nhận được muối từ biển qua các con đường sau đây: + Nước biển xâm nhập vào nội địa theo sông ngòi khi thủy triều lên cao hoặc vào mùa khô khi nước ngọt ở các con sông chảy ra biển có lưu lượng thấp, nước ngọt không đủ lực để đẩy nước mặn khi thủy triều mạnh; + Nước biển đi vào đất liền qua các cửa sông; + Dòng nước ngầm; + Các thể khí chứa muối, có thể di chuyển vào sâu trong đất liền nhiều km, sau đó được mưa đưa xuống đất. Các hơi nước có thể đưa vào đất liền khoảng 20100kg/ha/năm muối NaCl, còn đối với vùng ven biển có thể đạt đến 100200kg/ha/năm. Sau một thời gian dài, sự tích lũy này có thể làm cho đất bị mặn. 1.4. TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.4.1. Vị trí địa lý Vị trí nghiên cứu tại thôn Vĩnh Hải, xã Vĩnh Hảo, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận. Xã Vĩnh Hảo là xã ven biển của huyện Tuy Phong. Tại đây có đồng muối 11