Luận án nghiên cứu và dự báo ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất tỉnh thái bình

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Luận án
Thái Bình là một tỉnh ven biển nằm ở đồng bằng châu thổ sông Hồng, là
hành lang cận kề với tam giác phát triển kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, Hà Nội - Hải
Phịng - Quảng Ninh. Thái Bình được bao bọc bởi hệ thống sơng, biển khép kín với
đường bờ biển chạy dài trên 50 km. Thái Bình là một tỉnh có vị trí địa lý khá thuận
lợi, được xem là một trong các khu vực có nhiều tiềm năng, có nhiều lợi thế về điều
kiện tự nhiên để phát triển sản xuất, đặc biệt là nông nghiệp. Tuy nhiên, do nằm gần
biển, nên tài nguyên nước nhạt dưới đất ở đây có trữ lượng khơng lớn. Các tầng
chứa nước có đặc điểm thuỷ địa hoá rất phức tạp. Nước mặn và nước nhạt phân bố
xen nhau khơng có quy luật gây khó khăn rất nhiều cho việc khai thác và sử dụng
nước của cư dân trong tỉnh. Trong những năm vừa qua, bên cạnh những thuận lợi
do sự phát triển của kinh tế và xã hội đem lại cho địa phương thì sức ép đến mơi
trường tự nhiên cũng rất lớn, trong đó có mơi trường nước dưới đất. Hiện tượng
nhiễm mặn và nhiễm bẩn các tầng chứa nước tăng lên theo thời gian. Hơn nữa ngày
nay vấn đề Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang ảnh hưởng trực tiếp đến mơi
trường nói chung và tài ngun nước nói riêng. Biến đổi khí hậu làm gia tăng tần
suất các trận bão, làm cho nước biển xâm nhập sâu vào đất liền, thu hẹp diện tích
đất nơng nghiệp, mặn hóa nước mặt và nước dưới đất, suy giảm chất lượng và trữ
lượng nước phục vụ sinh hoạt… Những thách thức về thiếu nước, khan hiếm nước
nhạt hay nhiễm mặn nguồn nước đang trở thành vấn đề cấp bách tại Thái Bình.
Xuất phát từ thực tiễn trên, vấn đề “Nghiên cứu và dự báo ảnh hưởng của Biến
đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình” là rất cấp
thiết để đánh giá sự thay đổi trữ lượng, chất lượng nước dưới đất khu vực nghiên
cứu và xây dựng kế hoạch ứng phó với sự xâm nhập mặn do Biến đổi khí hậu và
nước biển dâng gây ra cho địa phương.
2. Mục đích
- Phân vùng cấu trúc Địa chất thủy văn và mối quan hệ giữa các tầng chứa
nước với các yếu tố khí hậu, nước biển và hiện trạng khai thác;

- Đánh giá vai trò của khí hậu, nước biển dâng và hoạt động khai thác của con
người đến sự thay đổi chất lượng và trữ lượng nước dưới đất khu vực nghiên cứu;


2

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

thất thốt do q trình khai thác nước dưới đất đến sự hòa tan, khuếch tán lan truyền
mặn trong các tầng chứa nước...
- Phân vùng chịu ảnh hưởng của nước mưa, nước mặt đến nước dưới đất từ đó
đánh giá mức độ ảnh hưởng của chúng đến sự thay đổi chất lượng và trữ lượng
nước dưới đất khu vực nghiên cứu;


3

- Dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới
đất tỉnh Thái Bình trong đó sử dụng mơ hình VISUAL MODFLOW với phần mềm
SEAWAT để mô phỏng sự biến đổi ranh giới mặn – nhạt nước dưới đất cùng trữ
lượng nước nhạt theo thời gian tại khu vực nghiên cứu;
- Phân vùng cảnh báo những khu vực có nguy cơ nhiễm mặn do ảnh hưởng
của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng, từ đó đề xuất giải pháp quản lý, khai thác,
bảo vệ nguồn tài nguyên nước.
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
5.1. Cách tiếp cận
Để giải quyết nội dung nghiên cứu, dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu
và nước biển dâng đến nước dưới đất của tỉnh Thái Bình, tác giả đã đưa ra các cách
tiếp cận vấn đề như sau:
-

Tiếp cận lý thuyết: vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước

biển dâng đến nước dưới đất đã được thực hiện ở nhiều nghiên cứu trên thế giới và
bước đầu tại Việt Nam. Hiện nay, hầu hết các cơng trình nghiên cứu khoa học trên
thế giới và tại Việt Nam đều tập trung đánh giá cho các vùng đồng bằng ven biển.
Sở dĩ như vậy là vì các tầng chứa nước ở các vùng ven biển thường bị nhiễm mặn
khá nhiều do xâm nhập của nước biển và là những vùng chịu tác động trực tiếp của

nước biển dâng. Do đó, việc tiếp cận lý thuyết được thực hiện để xây dựng phương
pháp luận cơ bản đồng thời đưa ra được những nội dung và phương pháp nghiên
cứu cụ thể cho khu vực nghiên cứu. Từ đó đưa ra giải pháp cũng như hướng nghiên
cứu hợp lý và khả thi.
-

Tiếp cận các kết quả nghiên cứu trước đó: việc nghiên cứu về điều kiện địa chất,

địa chất thủy văn, các đánh giá về trữ lượng, chất lượng nước mặn – nhạt, phân tích
sự hình thành nước nhạt trong q khứ, điều tra hiện trạng khai thác,... đã được thực
hiện trên toàn vùng với nhiều nghiên cứu khác nhau cùng các cơng trình khai thác
lớn nhỏ sẽ là cơ sở khoa học và thực tiễn giúp tác giả có được nguồn tài liệu cơ sở,
giảm khối lượng khảo sát, đánh giá được quá trình hình thành ranh giới mặn – nhạt
của nước dưới đất cùng diễn biến sự dịch chuyển ranh giới theo thời gian. Tác giả


4

cịn sử dụng các kết quả nghiên cứu về khí hậu, nước biển để nghiên cứu, đánh giá
diễn biến thay đổi điều kiện khí hậu từ quá khứ đến nay. Trên cơ sở các kết quả
nghiên cứu trước đây kết hợp với những biến đổi khí hậu và nước biển dâng hiện
nay cùng các hoạt động kinh tế của con người để mô phỏng, dự báo sự thay đổi ranh
giới mặn – nhạt của nước dưới đất theo thời gian;
-

Tiếp cận thực tế: điều tra khảo sát thực địa nhằm đánh giá cấu trúc địa chất cùng

các thông số địa chất thủy văn, hiện trạng phân bố mặn – nhạt nước dưới đất khu
vực nghiên cứu. Quan trắc mực nước dưới đất, mực nước sơng, biển cùng các điều
kiện khí hậu (lượng mưa, lượng bốc hơi) trong khu vực nghiên cứu để xây dựng

mối quan hệ thủy lực giữa các yếu tố với nhau, tính tốn lượng bổ cập cho các
TCN, phân vùng chịu tác động của các nhân tố khí hậu, thủy văn. Đây là cách tiếp
cận kinh điển trong nghiên cứu địa chất thủy văn và đánh giá những tác động của
khí hậu, nước biển dâng đến nước dưới đất.
-

Tiếp cận các phương pháp điều tra, đánh giá hiện đại, tiên tiến: việc nghiên

cứu, đánh giá tài nguyên nước dưới đất theo diện và theo chiều sâu đã được nhiều
nhà khoa học trên thế giới và trong nước nghiên cứu thực hiện [1, 8, 13, 22, 42, 53,
67, 69, 72, 73, 74, 81, 86, 88, 97, 100...]. Ngoài việc tiếp cận lý thuyết, cần tiếp cận
các phương pháp đánh giá hiện đại để dự báo ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và
nước biển dâng. Trong đó việc tiếp cận với các phương pháp tính tốn, mơ hình số
hiện đại đang được sử dụng trên thế giới và tại Việt Nam để mơ phỏng, dự báo q
trình xâm nhập mặn vào các TCN ven biển. Do đó, việc tiếp cận và áp dụng các
phương pháp này sẽ đem lại kết quả cao, phù hợp với nội dung nghiên cứu.
5.2. Phương pháp nghiên cứu
Để giải quyết các vấn đề nêu trên tác giả đã sử dụng tổng hợp các phương
pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp thu thập và chỉnh lý tài liệu: thu thập tài liệu địa hình, địa mạo,
địa chất, địa chất thủy văn, khí hậu (lượng mưa, lượng bốc hơi), thủy văn (mực
nước biển, mực nước sông), các cơng trình nghiên cứu, tài liệu quan trắc mực nước
dưới đất, nước sông, nước biển theo thời gian của tỉnh Thái Bình, tài liệu về sự biến


5

đổi khí hậu và nước biển dâng tỉnh Thái Bình. Thu thập Kịch bản biến đổi khí hậu
và nước biển dâng của Bộ Tài ngun và Mơi trường trong đó có tỉnh Thái Bình.
Thu thập các thơng tin về hiện trạng sử dụng đất, xác định tỷ lệ vùng đất trống,

vùng không thấm nước, vùng nước mặt, thảm thực vật... để đánh giá khả năng thấm
của nước mưa xuống nước dưới đất.
- Phương pháp kế thừa/chuyên gia: sử dụng các kết quả đã được nghiên cứu ở
trên thế giới và Việt Nam làm cơ sở để nghiên cứu cho vùng Thái Bình. Ngồi ra,
thường xun trao đổi, học tập từ các chuyên gia, các nhà khoa học thông qua các
buổi hội thảo chuyên đề để tiếp thu, học hỏi bổ sung thêm kiến thức chuyên môn;
- Phương pháp khảo sát thực địa: tiến hành các lộ trình quan trắc đánh giá
chất lượng môi trường nước dưới đất, sự phân bố TDS trên tồn tỉnh để chính xác
lại ranh giới mặn – nhạt của nước dưới đất làm cơ sở dự báo dịch chuyển ranh giới
này dưới tác động của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Thực hiện một số thí
nghiệm hiện trường làm cơ sở dự báo, đánh giá ảnh hưởng của nước sông, nước
biển đến nước dưới đất khu vực nghiên cứu. Khảo sát thực địa thu thập thông tin
chung về hiện trạng khai thác sử dụng nước dưới đất;
- Phương pháp thống kê: thống kê các kết quả khảo sát thực địa, phân tích
mẫu trong phịng thí nghiệm cùng các kết quả thu thập về mực nước, chất lượng
mặn – nhạt nước dưới đất, số liệu mưa, bốc hơi, mực nước sông – biển để đánh giá
chất lượng nước dưới đất và nghiên cứu mối quan hệ giữa khí hậu, nước sơng, nước
biển với nước dưới đất;
- Phương pháp thủy địa hóa/thủy động lực: nghiên cứu, đánh giá mức độ, khả
năng nhiễm mặn, các thông số địa chất thủy văn có liên quan tới khả năng di chuyển
vật chất trong môi trường nước dưới đất;
- Phương pháp mơ hình hóa: sử dụng mơ hình GMS, MODFLOW,
SEAWAT... để xây dựng mơ hình dịng chảy tầng chứa nước Holocen và
Pleistocen. Mô phỏng sự phân bố, dự báo sự thay đổi về trữ lượng và dịch chuyển
ranh giới mặn nhạt trong vùng nghiên cứu theo thời gian tương ứng với các kịch
bản Biến đổi khí hậu và nước biển dâng trong điều kiện khai thác theo thời gian.


6

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án
6.1. Ý nghĩa khoa học
- Luận án đã đưa ra phương pháp luận nghiên cứu về ảnh hưởng của Biến đổi
khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất trong đó tập trung đánh giá tác động
của lượng mưa và sự dâng lên của nước biển đến sự dịch chuyển ranh giới mặn –
nhạt nước dưới đất khu vực ven biển;
- Luận án đã đánh giá được quan hệ của các nhân tố khí hậu, mực nước sơng,
biển đến nước dưới đất khu vực nghiên cứu. Trong đó, nước sơng - 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
tồn 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;
- Luận án đã dự báo được sự thay đổi ranh giới mặn – nhạt nước dưới đất ở 2
tầng chứa nước Holocen, Pleistocen 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.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
Căn cứ trên kết quả đánh giá hiện trạng phân bố mặn – nhạt nước dưới đất,
luận án đã xác định được định hướng quy hoạch khai thác hợp lý cho từng khu vực
trong tỉnh đối với cả 2 tầng chứa nước 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.
7. Luận điểm bảo vệ
- Luận điểm 1:
Tầng chứa nước 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 tầng chứa nước 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

7

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 tầng chứa nước
Holocen. Tùy theo đặc trưng của tầng chứa nước, 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 nước dưới đất 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
-

Chính xác ranh giới mặn nhạt nước dưới đất bằng các kết quả khảo sát, đo đạc,

phân tích thành phần hóa học của nước trên toàn tỉnh nhằm đánh giá sự thay đổi của
chúng so với những nghiên cứu trước đây. Trong đó, diện tích vùng nước mặn trên
tồn tỉnh của TCN qh năm 2014 thu hẹp khoảng 180 km2 so với kết quả nghiên cứu
đã thực hiện năm 1996 của Lại Đức Hùng;
-

Luận án đã đánh giá, phân vùng nước dưới đất những khu vực chịu ảnh hưởng

trực tiếp của nước sông - biển, nước mưa và xây dựng các phương trình tuyến tính
biểu diễn mối tương quan giữa nước dưới đất với sự thay đổi khí hậu, nước biển
dâng. Trong đó, TCN qh chịu ảnh hưởng trực tiếp của nước mưa đặc biệt ở những

khu vực có khả năng thấm nước tốt và nước sông, biển trong phạm vi 1,5 ÷ 3,0 km
so với đường bờ. Cịn TCN qp ít chịu ảnh hưởng của nước mưa mà chủ yếu chịu tác
động gián tiếp của nước sông, biển qua truyền áp trong phạm vi 1,5 ÷ 2,0 km so với
đường bờ và hoạt động khai thác nước dưới đất;
-

Áp dụng mơ hình khơng gian 3 chiều SEAWAT để dự báo tác động của biến đổi

khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất khu vực nghiên cứu dựa vào đặc trưng
của các thông số địa chất thủy văn, đặc điểm và chất lượng các tầng chứa nước cùng
kịch bản về sự thay đổi khí hậu, dâng cao của nước biển theo thời gian. Theo kết


8

quả dự báo, BĐKH&NBD ảnh hưởng trực tiếp đến TCN qh, thu hẹp diện tích vùng
nước nhạt khu vực ven biển, giảm trữ lượng nước nhạt cho toàn vùng. Tuy nhiên,
TCN qp ít chịu tác động của BĐKH&NBD mà chủ yếu ảnh hưởng của hoạt động
khai thác nước dưới đất, thu hẹp diện tích nước nhạt ở khu vực phía Bắc của tỉnh.
Từ đó nghiên cứu đã tính tốn trữ lượng nước nhạt ở cả 2 tầng chứa nước và đưa ra
định hướng khai thác phù hợp cho nước dưới đất khu vực nghiên cứu.
9. Cơ sở tài liệu
9.1. Tài liệu thu thập
Để đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới
đất khu vực nghiên cứu, tác giả đã thu thập một số tài liệu từ các nghiên cứu đã thực
hiện từ trước cùng các đề tài, dự án khác nhau, bao gồm:
- Tài liệu địa hình, địa mạo, địa chất, địa chất thủy văn, kết quả bơm hút nước
thí nghiệm xác định tính thấm của tầng chứa nước qp, các số liệu quan trắc mực
nước, chất lượng nước theo thời gian tại 08 lỗ khoan quan trắc tỉnh Thái Bình thuộc
Trung tâm quy hoạch và điều tra tài nguyên nước quốc gia. Thu thập thêm các kết

quả đánh giá chất lượng nước từ Viện Địa lý - Viện hàn lâm khoa học và công nghệ
Việt Nam, Sở Tài nguyên và môi trường tỉnh Thái Bình với khoảng 50 mẫu thí
nghiệm cho cả 2 tầng chứa nước;
- Tài liệu khảo sát địa chất, địa chất thủy văn và địa chất cơng trình với hơn 100
lỗ khoan trên tồn tỉnh theo tuyến vng góc với đường bờ biển và theo diện từ kết
quả thành lập Bản đồ Địa chất thủy văn của Lại Đức Hùng cùng các thí nghiệm hiện
trường, tác giả đã nghiên cứu, xây dựng sơ đồ cấu trúc địa chất thủy văn của tỉnh;
- Tài liệu quan trắc về thuỷ văn (mực nước biển, mực nước sơng), điều kiện khí
hậu (lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, độ bốc hơi) từ năm 1960 đến nay tại Trung tâm
khí tượng thủy văn quốc gia trong khu vực để xây dựng mối quan hệ giữa các yếu
tố này với các thông số địa chất thủy văn;
- Thông tin về hiện trạng sử dụng đất, tỷ lệ vùng đất trống, vùng khơng có khả
năng thấm nước, vùng nước mặt, thảm thực vật... để đánh giá khả năng thấm của


9

nước mưa từ bề mặt xuống các tầng chứa nước cùng quy hoạch định hướng sử dụng
đất đến năm 2030 của tỉnh làm cơ sở dự báo cho tương lai;
- Hiện trạng khai thác, sử dụng nước dưới đất ở các tầng chứa nước và định
hướng sử dụng nước trong tương lai của tỉnh;
- Kịch bản Biến đổi khí hậu và nước biển dâng của Bộ Tài nguyên và Môi
trường trong đó có đánh giá đến tỉnh Thái Bình.
9.2. Kết quả khảo sát, thí nghiệm hiện trường và trong phịng
- Để đánh giá sự phân bố ranh giới mặn – nhạt của nước dưới đất, tác giả đã
tiến hành điều tra, khảo sát thực địa với hơn 200 điểm trên tồn tỉnh, trong đó có đo
đạc bằng thiết bị quan trắc tự động cùng lấy mẫu phân tích khoảng 60 mẫu trong
phịng thí nghiệm tại Liên đồn quy hoạch và điều tra tài nguyên nước miền Bắc
nhằm đánh giá sự phân bố TDS của nước dưới đất. Những điểm khảo sát được tác
giả bố trí trên tồn tỉnh trong đó tập trung tại những điểm ranh giới mặn – nhạt cũ

đã được xây dựng năm 1996 của tác giả Lại Đức Hùng và trong những khoảnh ven
sông, biển theo mùa mưa, mùa khô tại 2 tầng chứa nước qh, qp để chính xác lại ranh
giới mặn – nhạt hiện nay làm cơ sở dự báo sự dịch chuyển ranh giới này dưới tác
động của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng trong tương lai;
- Thí nghiệm hiện trường nhằm đánh giá tính thấm nước cho TCN trên bề mặt
bằng phương pháp đổ nước hố đào. Việc bố trí các điểm đo được tác giả phân bố
đều trên toàn bộ diện tích khu vực nghiên cứu kết hợp với việc khoan, lấy mẫu phân
tích thành phần thạch học, xác định hệ số thấm trong phịng thí nghiệm. Các điểm
đổ nước thí nghiệm được bố trí xen kẽ với các vị trí khoan, lấy mẫu thí nghiệm để
chính xác và hiệu chỉnh giữa các kết quả phân tích thạch học trong phịng cùng thí
nghiệm đổ nước hiện trường. Các điểm đổ nước thí nghiệm cịn được thực hiện
nhiều tại các điểm ven sông – biển nhằm đánh giá khả năng thấm của nước mặt qua
đất đá khu vực vào TCN và ngược lại. Tổng số điểm đổ nước hố đào là 20 điểm và
phân tích mẫu thạch học trong phịng là 35 mẫu. Dựa trên kết quả phân tích thành
phần thạch học và thí nghiệm đổ nước hố đào, tác giả xây dựng bản đồ phân vùng
khả năng thấm nước cho tầng chứa nước Holocen của tỉnh Thái Bình.


10

- Khảo sát thực địa, quan trắc mực nước dưới đất theo tuyến ven biển Thái
Thụy, Tiền Hải và vuông góc với đường bờ ở khoảng cách 1,5 km đến 3,0 km tại 20
điểm cho cả 2 tầng chứa nước qh, qp bằng thiết bị quan trắc tự động. Hai 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, từ 11/1/2015 đến 15/2/2015 theo
chu kỳ hoạt động của mặt trăng. Ngoài ra, tác giả cịn thu thập tài liệu quan trắc mực
nước sơng, biển từ Trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia cùng tài liệu mực nước
dưới đất ở hai tầng chứa nước tại các lỗ khoan quan trắc Q155, Q156, Q158, Q159
nằm sâu trong đất liền huyện Thái Thụy và Quỳnh Phụ từ Trung tâm quy hoạch và

điều tra tài nguyên nước quốc gia nhằm đánh giá mối quan hệ của nước sông, biển
với nước dưới đất. Dựa vào kết quả thu thập, tổng hợp, quan trắc và khảo sát thực
địa, tác giả đã thiết lập mối quan hệ và tính toán được lượng bổ cập từ nước mưa,
nước mặt cho các TCN khu vực nghiên cứu.
10. Cấu trúc của Luận án
Luận án được thực hiện với 4 chương không kể mở đầu, kết luận và tài liệu
tham khảo. Trong đó, cụ thể:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển
dâng đến 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
Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu, thủy hải văn và hoạt động khai thác
đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình
Chương 4: Dự báo ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước
dưới đất tỉnh Thái Bình
Kết luận và kiến nghị
Phụ lục


11

11. Lời cảm ơn
Luận án được thực hiện và hoàn thành tại Bộ môn Địa chất thủy văn, Khoa
Khoa học và Kỹ thuật Địa chất, trường Đại học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn
khoa học của GS.TS Đặng Hữu Ơn (Hội Địa chất thủy văn Việt Nam) và PGS.TS
Đỗ Văn Bình (Trường Đại học Mỏ - Địa chất).
Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu, viết luận án, tác giả đã nhận được
sự động viên tinh thần cùng sự hướng dẫn tận tình của Tiểu ban Hướng dẫn. Tác giả
cũng ln nhận được sự động viên, góp ý và giúp đỡ chuyên môn của các nhà khoa

học hàng đầu trong lĩnh vực Địa chất thủy văn, các thầy cô giáo trong Bộ môn Địa
chất thủy văn, tập thể cán bộ và đội ngũ khoa học của Trường Đại học Mỏ - Địa
chất, Hội Địa chất thủy văn Việt Nam, Trung tâm quy hoạch và điều tra tài nguyên
nước quốc gia, Liên đoàn quy hoạch và điều tra tài nguyên nước miền Bắc,... cùng
các bạn bè, đồng nghiệp trong Bộ môn Địa sinh thái và Công nghệ Môi trường,
Khoa Môi trường.
Đặc biệt, tác giả xin cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ
- Địa chất, lãnh đạo Khoa Khoa học và Kỹ thuật Địa chất, lãnh đạo Khoa Mơi
trường và Phịng Đào tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tác
giả hồn thành bản Luận án của mình.


12

CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ
HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Biến đổi khí hậu tồn cầu là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển,
thuỷ quyển, sinh quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai bởi các nguyên
nhân tự nhiên và nhân tạo. Theo đánh giá của các nhà khoa học, sự gia tăng lượng
khí CO2 trong khí quyển dẫn đến sự thay đổi đáng kể đặc điểm khí hậu tồn cầu và
địa phương, bao gồm nhiệt độ, lượng mưa, làm tăng khả năng tan băng và mực
nước biển dâng. Biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng sâu sắc đến vịng tuần hồn
nước thơng qua lượng mưa, bốc hơi và độ ẩm của đất khi nhiệt độ ngày càng tăng.
Vịng tuần hồn nước sẽ được tăng cường do lượng nước bốc hơi và lượng mưa
ngày càng gia tăng. Những thông tin về tác động của Biến đổi khí hậu địa phương
hoặc khu vực đối với các quá trình thuỷ văn và tài nguyên nước sẽ ngày càng trở
nên quan trọng đặc biệt đối với những khu vực ven biển.
Vì vậy, những tác động do sự nóng lên của Trái đất và Biến đổi khí hậu địi
hỏi phải được nghiên cứu một cách toàn diện trên cơ sở đa ngành. Các nghiên cứu

về Biến đổi khí hậu cùng những tác động của chúng đến môi trường và con người
đã được các nhà khoa học trên thế giới tiến hành từ những năm 80 của thế kỷ XX,
song những nghiên cứu về tác động của nó đến tài nguyên nước mới chỉ được đề
cập vào những năm đầu của thế kỷ XXI như: Sherif and Singh (1999), Ghosh
Bobba (2002), N Mzila và E B Shuy (2003), Allen et al (2004), Holman (2006), P.
Rasmussen el al (2013)... Nhiều công trình nghiên cứu đã được các nhà khoa học
đánh giá cho các vùng cụ thể, trong đó chủ yếu nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi
khí hậu đến các vùng cửa sông ven biển, chất lượng nước mặt, nước dưới đất cùng
sự nhiễm mặn tài nguyên nước ở các vùng ven biển. Những nghiên cứu này đã
giúp đánh giá, khoanh vùng có nguy cơ nhiễm mặn cao ở khu vực có đặc điểm địa
chất, địa chất thủy văn khác nhau phục vụ quản lý tài nguyên nước dưới đất.
1.1. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới
Việc nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển
dâng đến tài nguyên nước dưới đất đã và đang được các nhà khoa học quan tâm.


13

Các cơng trình nghiên cứu thời kỳ đầu thường đề cập đến sự Biến đổi khí hậu cùng
với các mơ hình thủy văn trên cơ sở điều tra chung về tác động của Biến đổi khí
hậu đến tài nguyên nước ở các khu vực khác nhau. Những nghiên cứu này chủ yếu
tập trung đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu như lượng mưa, lượng bốc hơi,
nhiệt độ hay do hoạt động khai thác nước dưới đất quá mức của con người… Một
số cơng trình nghiên cứu trên thế giới của các tác giả đã thực hiện, gồm:
Sherif and Singh (1999) [100] đã đánh giá tác động của BĐKH tới sự xâm
nhập mặn vào các tầng chứa nước ven biển. Tác giả nghiên cứu hai tầng chứa nước
ven biển Ai Cập và Ấn Độ để đánh giá tác động của BĐKH tới sự xâm nhập mặn.
Trong nghiên cứu này tác giả không xem xét đến yếu tố lượng mưa mà tập trung
đánh giá sự thay đổi mực nước biển, độ bốc hơi để mô phỏng biến nồng độ theo
các mặt cắt ngang và dọc với mơ hình FEFLOW để đánh giá sự dịch chuyển mặn

vào đất liền. Kết quả dự báo cho thấy dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước
biển dâng, tầng chứa nước ở đồng bằng sông Nil (Ai Cập) dễ bị tổn thương ảnh
hưởng hơn ở Ấn Độ. Cụ thể, với giả thiết mực nước biển ở Địa Trung Hải tăng 50
cm, ranh giới mặn – nhạt trong các tầng chứa nước ở đồng bằng sông Nil (Ai Cập)
dịch chuyển sâu vào lục địa hơn 9 km. Còn với mực nước biển trong vịnh Bengal
(Ấn Độ) tăng 50 cm, ranh giới mặn – nhạt các tầng chứa nước chỉ dịch chuyển sâu
vào lục địa 0,4 km.
Ghosh Bobba (2002) [77] đã phân tích các tác động của con người và thay đổi
mực nước biển tới cơ chế xâm nhập mặn ở đồng bằng Godavari, Ấn Độ theo khơng
gian và thời gian. Q trình xâm nhập mặn được mơ phỏng bằng mơ hình SUTRA.
Đây là mơ hình phần tử hữu hạn hai chiều được sử dụng để đánh giá sự chênh lệch
nồng độ giữa giao diện mặn – nhạt ở các tầng chứa nước khu vực ven biển, áp
dụng đối với tầng chứa nước bão hòa và khơng bão hịa. Các thơng số vật lý, mực
nước ban đầu và các điều kiện biên của khu vực được xác định dựa vào kết quả
khảo sát thực địa. Mơ hình nước dưới đất ở trạng thái ổn định được xây dựng và
hiệu chỉnh dựa vào giá trị mực nước quan trắc. Các điều kiện ban đầu và điều kiện
biên sau khi hiệu chỉnh mơ hình được dùng để đánh giá mực nước ở trạng thái ổn


14

định. Mơ hình đã dự báo được sự thay đổi phân bố mực nước áp lực dưới các điều
kiện bổ cập và thốt nước cùng sự dịch chuyển vị trí biên mặn - nhạt theo mơ hình
với thời gian mơ phỏng kéo dài 20 năm. Kết quả chỉ ra rằng xâm nhập mặn tiến
vào sâu trong đất liền liên tục và đáng kể với kịch bản nước biển dâng 50 cm cùng
chế độ khai thác nước từ 700 đến 2.200 m3/ngđ.
N Mzila và E B Shuy (2003) [89] đã nghiên cứu quá trình xâm nhập mặn
nước dưới đất ở những khu vực ven biển Singapore. Tác giả đã sử dụng mơ hình
dịng 3 chiều FEMWATER để đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước
biển dâng đến tầng chứa nước bão hòa khu vực nghiên cứu. Để thực hiện nghiên

cứu, tác giả đã đánh giá ảnh hưởng của dao động mực nước biển theo thủy triều
đến dao động mực nước dưới đất và xác định mối quan hệ của chúng. Nghiên cứu
cũng đánh giá vai trò của lượng mưa đến nước dưới đất. Mơ hình FEMWATER
được sử dụng để mô phỏng sự dao động mực nước dưới đất cùng sự biến đổi nồng
độ Clo với đặc trưng của tầng chứa nước (vận tốc dòng chảy, độ nhớt của nước, sự
chênh lệch nồng độ giữa nước mặn - nước nhạt), lượng nước mưa, mực nước biển
và nồng độ Clo bổ cập cho tầng chứa nước. Kết quả dự báo mơ hình cho thấy mức
độ xâm nhập mặn tỷ lệ nghịch với với lượng mưa bổ cập, mực nước dưới đất gia
tăng cùng với sự dâng cao mực nước biển và làm giảm quá trình xâm nhập mặn.
Đây cũng là cơ sở để đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng
đến chất lượng và trữ lượng nước dưới đất.
Allen et al (2004) [68] sử dụng mơ hình MODFLOW để mơ phỏng sự thay
đổi của tầng chứa nước khơng áp ở Grand Forks, phía Nam nước Anh do những
thay đổi của lượng bổ cập và mực nước sơng theo những giả thiết về biến đổi khí
hậu của vùng này. Kết quả chỉ ra rằng những thay đổi lượng bổ cập của tầng chứa
nước trong mơ hình trạng thái ổn định dưới các kịch bản BĐKH khác nhau có tác
động nhỏ hơn tác động thay đổi cao độ mực nước trong các sông Kettle và Granby.
Tất cả các mô phỏng đều chỉ ra mực nước và hướng dịng chảy nước dưới đất chỉ
thay đổi rất nhỏ. Mơ phỏng lượng bổ cập cao và thấp chỉ ra mực nước lần lượt tăng
khoảng + 0,05 m hoặc giảm khoảng - 0,025 m. Khi tăng độ cao mực nước sông cao


15

hơn mực nước cực đại 20 và 50 %, mực nước dưới đất tăng (2,72  3,45) m. Khi
giảm độ cao mực nước sông thấp hơn mực nước sông cực tiểu 20 và 50 % mực
nước dưới đất giảm (- 0,48  - 2,10) m.
Dough Weatherill (2005) [75] đi sâu đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí
hậu và nước biển dâng đồng thời đề cập đến vai trò của hoạt động khai thác nước
dưới đất đến sự thay đổi chất lượng, trữ lượng nước tầng chứa nước bão hòa và

khơng bão hịa vùng ven biển New South Wales. Tác giả đã nghiên cứu đánh giá
trữ lượng, chất lượng của tầng chứa nước nằm ở phía Bắc Stockton, Tây Bắc
Tilligerry Creek và Đơng Nam biển Tasman cùng vai trị của thực vật với bộ rễ sâu
sẽ thay đổi chất lượng và trữ lượng của chúng. Tác giả đã đánh giá lượng bổ cập
cho tầng chứa nước từ lượng mưa trung bình hàng năm 1.124 mm cùng dịng mặt
từ cửa sơng và đại dương. Để tính tốn dự báo, tác giả đã sử dụng mơ hình
FEFLOW hữu hạn với điều kiện kịch bản khí hậu phát thải trung bình, tập trung
đánh giá sự thay đổi lượng mưa, mực nước biển dâng kết hợp với mực nước ban
đầu và nồng độ Clorua của tầng chứa nước. Ngoài ra, tác giả cũng kết hợp sử dụng
điều kiện khai thác nước để đánh giá tác động của chúng đến sự thay đổi chất lượng
và trữ lượng của nước dưới đất. Theo kết quả dự báo cho thấy biến đổi khí hậu ít gây
tác động đến tầng chứa nước khu vực nghiên cứu tuy nhiên với mức độ khai thác
nước liên tục cùng trữ lượng lớn đã gây tác động đáng kể đến dao động mực nước
đồng thời làm mặn hóa nước dưới đất ở phía Bắc Stockton, vùng ven biển New
South Wales.
Dausman và Langevin (2005) [74] tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của Biến
đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất vùng ven biển Broward, bang
Florida, Mỹ. Để thực hiện nghiên cứu, tác giả nêu bật đặc trưng của tầng chứa
nước (hệ số thấm đất đá, độ sâu mực nước, chất lượng nước), đánh giá sự xâm
nhập mặn các tầng chứa nước ở 6 lỗ khoan quan trắc liên tục theo thời gian, đặc
điểm về lượng mưa, lượng bốc hơi cùng hiện trạng nước mặt khu vực nghiên cứu.
Từ kết quả thực nghiệm, tác giả đã đánh giá mối quan hệ giữa nước sơng, biển với
nước dưới đất, thí nghiệm đánh giá sự di chuyển của Clo vào các lỗ khoan quan


16

trắc. Nghiên cứu còn xây dựng các đồ thị biểu diễn mối quan hệ của thủy triều và
nước mưa với mực nước dưới đất để đánh giá vai trò của chúng trong sự thay đổi
nồng độ Clo nước dưới đất khu vực nghiên cứu. Sau khi thu thập các giá trị và

đánh giá vai trò của lượng mưa và nước biển đến nước dưới đất, tác giả đã sử dụng
mô hình mơ hình MODFLOW với phần mềm SEAWAT để mơ phỏng q trình
xâm nhập mặn cho tầng chứa nước. Ơng đã chứng minh được khi mực nước biển
tăng trên 48 cm trong vịng 100 năm tiếp theo sẽ có sự xâm nhập Clorua vào các
tầng chứa nước trong khu vực.
Melloul và Collin (2006) [88] đã đánh giá sự suy giảm nguồn nước nhạt ở
tầng chứa nước trên mặt vùng ven biển Israel do nước biển dâng. Tác giả đã sử
dụng mơ hình MODFLOW với phần mềm SEAWAT để dự báo ảnh hưởng xâm
nhập mặn của nước biển theo phương ngang và sự suy giảm trữ lượng nước của
tầng chứa nước phía trên. Kết quả dự báo mơ hình với giả định mực nước biển
dâng 0,5 m, khoảng 77% nước nhạt sẽ bị mất đi do dịch chuyển theo phương ngang
và trữ lượng nước tầng chứa nước phía trên mặt bị mất đi khoảng 23%.
Holman (2006) [81] đã đưa ra phương pháp phân tích, đánh giá các tác động
do sự thay đổi khí hậu (lượng mưa, nhiệt độ), hiện trạng sử dụng đất, lũ lụt ở vùng
ven biển, tốc độ đô thị hóa, phát triển rừng và hoạt động sản xuất nông nghiệp đến
tài nguyên nước dưới đất khu vực Đông Anglia, nước Anh. Nghiên cứu đã đánh giá
được các khu vực ven sơng, ven biển khơng thích hợp cho nơng nghiệp trên cơ sở
dự báo tần suất lũ, đánh giá sự phân bố sử dụng đất cùng hoạt động sản xuất nông
nghiệp, cây trồng... Các dữ liệu phân vùng cùng sự thay đổi về lượng mưa sẽ được
đưa vào mô hình tính tốn lượng bổ cập cho nước sơng và nước dưới đất.
Nhờ nghiên cứu tác động trên quy mô lớn, Kevin Hiscock, Yu Tanaka (2006)
[85] đã đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước dưới đất
vùng đồng bằng của Mỹ và vùng bình nguyên của Vương quốc Anh. Trong nghiên
cứu tác giả đã tính lượng bổ cập theo mùa với điều kiện ban đầu năm 1970 và dự
báo đến năm 2080 tương ứng với các kịch bản phát thải khác nhau. So với năm
1970, lượng nước bổ cập dự báo đến năm 2080 giảm 40 ÷ 60%. Nghiên cứu sử


17

dụng mơ hình MODFLOW với modul MT3D để mơ phỏng sự dịch chuyển mặn
cho tầng chứa nước không áp với các thông số đặc trưng về tầng chứa nước, đặc
điểm thủy văn khu vực (cao độ mực nước, nồng độ Clo), lượng bổ cập thực tế...
Tác giả sử dụng 4 giếng quan trắc vng góc với đường bờ biển để so sánh sự thay
đổi nồng độ Clo giữa mơ hình cơ sở và kịch bản trong tương lai. Kết quả mơ hình
cho thấy càng vào sâu trong đất liền nồng độ Clo giảm dần và thay đổi tương ứng
với các kịch bản phát thải theo thời gian.
Priyantha Ranjan, So Kazama, Masaki Sawamoto (2006) [95] tập trung đánh
giá mối tương quan giữa BĐKH với sự suy giảm tài nguyên nước dưới đất ở các
vùng ven biển. Tác giả đã sử dụng mơ hình CROPWAT để tính tốn lượng bốc hơi
cho 5 khu vực nghiên cứu: Trung Mỹ, Nam Phi, Bắc Phi, Nam Á và Địa Trung
Hải. Dựa vào cân bằng nước theo thời gian, lượng bổ cập cho nước dưới đất khu
vực nghiên cứu được tính tốn dựa vào sự chênh lệch giữa lượng mưa và lượng
bốc hơi hàng tháng. Cũng dựa vào mơ hình, giả sử tồn tại dao diện nước ngọt và
nước mặn, tính biến động trung bình về quá trình chênh lệch nồng độ, dịch chuyển
mặn – nhạt trong thời gian 100 năm đồng thời đưa ra được các vùng thiếu hụt nước
dựa vào kịch bản về sự thay đổi nhiệt độ, lượng mưa tại khu vực nghiên cứu.
Theo GiamBastiani, Antonellini et al (2007) [69] đã nghiên cứu tính tốn để
điều tra xâm nhập mặn vào tầng chứa nước không áp ven biển Ravenna, Ý. Nghiên
cứu đã đánh giá được ảnh hưởng của con người (hiện trạng sử dụng đất, sụt lún bề
mặt đất, khai thác nước...) cùng sự dâng lên của nước biển theo kịch bản biến đổi
khí hậu đến sự xâm nhập mặn của nước dưới đất. Tác giả sử dụng mơ hình
MOCDENS3D để đánh giá định lượng ảnh hưởng của các lớp thạch học khác nhau
đến các TCN và mơ hình số MODFLOW với các thông số của tầng chứa nước (hệ
số thấm, độ dốc thủy lực, mực nước dưới đất, nồng độ Clo...) cùng mực nước sông,
lượng mưa và sự dâng lên của nước biển trong một thế kỷ để dự báo sự dịch
chuyển Clo vào tầng chứa nước. Kết quả nghiên cứu dự báo cho thấy do hoạt động
khai thác, sử dụng đất làm cho mực nước dưới đất thấp hơn mực nước biển cùng
lượng mưa giảm theo kịch bản biến đổi khí hậu dẫn đến sự gia tăng nồng độ muối

18

trong khu vực pha trộn giữa nước nhạt và nước mặn, dịch chuyển mặn vào sâu
trong lục địa khoảng 800 m.
Năm 2009, Werner và Simmons [67] đã thành lập mô hình khái niệm phân
tích trạng thái ổn định, giao diện mặn – nhạt và tập trung vào phát triển những hiểu
biết chung về tác động có thể có sinh ra bởi nước biển dâng đối với các tầng chứa
nước không áp ứng với các loại điều kiện biên khác nhau. Tác giả đã sử dụng mơ
hình phân tích tương đối đơn giản để đưa ra những đánh giá đầu tiên về tác động
của sự thay đổi mực nước biển đến quá trình xâm nhập mặn vào tầng chứa nước
theo hai trường hợp: nước dưới đất bổ cập cho nước biển và nước mặt bổ sung cho
TCN. Kết quả nghiên cứu đã khẳng định, mức độ xâm nhập mặn phụ thuộc vào
loại điều kiện biên giả định trong mơ hình tuy nhiên sự dâng cao của nước biển vẫn
gây tác động đến chất lượng và trữ lượng nước dưới đất khu vực ven biển. Đặc biệt
trong trường hợp nước dưới đất bổ cập cho nước biển, do các hoạt động khai thác
hay bốc hơi nước dưới đất... dẫn đến sự xâm nhập của nước biển vào sâu trong đất
liền. Nghiên cứu này là cơ sở để đánh giá vai trò bổ cập và khả năng xâm nhập
mặn của nước biển vào TCN không áp khu vực ven biển.
Loaiciga, Hugo, Pigel et al (2009) [86] đã sử dụng mơ hình FEFLOW đánh
giá những tác động do sự dâng cao mực nước biển và hoạt động khai thác đến sự
xâm nhập mặn vào nước dưới đất khu vực ven biển hạt Monterrey, California, Hoa
Kỳ. Các thông số về đặc trưng tầng chứa nước (mực nước dưới đất, hệ số thấm...),
hiện trạng khai thác nước cùng sự dâng lên của mực nước biển 0,5 đến 1,0 m trong
thế kỷ 21 được đưa vào mô hình dự báo. Kết quả mơ hình cho thấy nước biển dâng
đóng góp một phần nhỏ đến sự xâm nhập mặn trong khu vực nghiên cứu so với sự
xâm nhập mặn gây ra từ hoạt động khai thác nước dưới đất.
Philip M. Nyenje, Okke Batelaan (2009) [94] đã đánh giá ảnh hưởng của biến
đổi khí hậu đến lượng bổ cập cho nước dưới đất và dòng chảy mặt ở lưu vực phía
trên Ssezibwa, Uganda. Để ước tính lượng bổ cập, tác giả đã tiến hành tổng hợp

các số liệu khí tượng từ quá khứ để xác định xu thế biến đổi nhiệt độ, bốc hơi khu
vực nghiên cứu với 2 giai đoạn: 1906 – 1990 và 1990 - 2006. Căn cứ vào dữ liệu


19

khí hậu (lượng mưa, lượng bốc hơi) cùng các đặc trưng đất đá, độ sâu tầng chứa
nước, diện tích tầng phủ... tác giả đã đưa vào mơ hình WETSPA để mơ phỏng sự
thay đổi thủy văn và ước tính lượng bổ cập cho nước dưới đất. Kết quả dự báo mơ
hình cho thấy sự gia tăng lượng mưa trong mùa mưa từ 30% năm 2020 đến 100%
trong năm 2080, nhiệt độ tăng lên từ 1 ÷ 4ºC từ đó làm dâng cao mực nước sông,
biển, bổ sung nước cho TCN với lượng bổ cập trung bình khoảng 20 ÷ 100% so
với hiện nay tương ứng theo các kịch bản phát thải khác nhau. Trong đó, với kịch
bản phát thải cao, lượng bổ cập trung bình những năm 2020 là 360 mm/năm,
những năm 2050 là 450 mm/năm và trong những năm 2080 là 740 mm/năm.
Năm 2010, Oude Essink, E. S. Van Baaren và P. G. B. de Louw [91] đã tập
trung đánh giá cho tầng chứa nước Holocen khu vực ven sơng, biển Hà Lan. Tác
giả đã sử dụng mơ hình dịng ba chiều MODFLOW để mơ phỏng mơ hình dịng
chảy và quá trình dịch chuyển vật chất đánh giá sự xâm nhập mặn của nước biển
vào tầng chứa nước ven biển theo ba giả thiết nước biển dâng: mực nước biển
không tăng, mực nước biển tăng 0,5 m mỗi thế kỷ và mực nước biển giảm 0,5 m
mỗi thế kỷ. Các thơng số được tác giả sử dụng trong tính tốn dự báo là hệ số
thấm, vận tốc dịng chảy, sự thay đổi nồng độ muối của nước mặt cùng sự thay đổi
mực nước biển, hiện trạng sử dụng đất và lượng nước bổ cập cho tầng chứa nước.
Kết quả nghiên cứu này cho thấy với mực nước biển dâng 0,5 m mỗi thế kỷ sẽ làm
tăng độ mặn trong tầng chứa nước Holocen ở vùng ven sông, biển trong phạm vi
10 km so với đường bờ.
Webb và Howard (2011) [87] đã sử dụng mơ hình số 2 chiều với các điều
kiện biên để nghiên cứu những thay đổi về tỷ lệ xâm nhập mặn cho nước dưới đất
khu vực ven biển trước tác động của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Các

thơng số tính tốn được xác định dựa vào độ dốc thủy lực, nồng độ Clo, nhiệt độ
cùng đặc trưng của TCN, hệ số thấm, độ lỗ rỗng hữu hiệu... Căn cứ vào sự dâng lên
của nước biển theo các kịch bản BĐKH, tác giả sử dụng mơ hình SEAWAT trong
đó khơng xét đến yếu tố nhiệt độ và độ nhớt thủy lực để đánh giá xâm nhập mặn
vào TCN ven biển. Nghiên cứu đã phân tích được đặc trưng của tầng chứa nước


20

cùng các nhân tố tác động, trong đó những khu vực có độ lỗ rỗng cao thì độ dẫn
càng lớn, khả năng xâm nhập mặn vào TCN với thời gian nhanh hơn.
Năm 2011, Sun Woo Chang, T. Prabhakar Clement, Matthew J. Simpson,
Kang - Kun Lee [103] đã đánh giá ảnh hưởng của nước biển dâng đến sự nhiễm
mặn nước dưới đất. Cơng trình nghiên cứu đánh giá tồn diện tác động của sự dâng
lên của mực nước biển đến quá trình xâm nhập mặn trong hai hệ thống nước dưới
đất khu vực ven biển (có áp và khơng áp) được bổ cập bởi dòng chảy tự nhiên. Kết
quả nghiên cứu đã chỉ ra cơ chế quá trình xâm nhập mặn và đưa ra các cơng thức
tính tốn, dự báo giúp quản lý tốt hơn các tác động do sự gia tăng mực nước biển
đến các tầng chứa nước ven biển. Nghiên cứu đã sử dụng mơ hình MODFLOW kết
hợp với phần mềm SEAWAT để dự báo ảnh hưởng của nước biển dâng đến quá
trình xâm nhập mặn tầng chứa nước ở thung lũng Pioneer, Úc.
Năm 2013, P. Rasmussen et al [96] đã đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí
hậu, nước biển dâng và kênh dẫn nước đến sự xâm nhập mặn tầng chứa nước
Holocen khu vực phía Nam đảo Falster, Đức. Để thực hiện nghiên cứu, tác giả đã
đánh giá đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn và ước tính lượng bổ cập cho nước
dưới đất khu vực nghiên cứu dưới ảnh hưởng của lượng mưa, trung bình 79 ÷ 437
mm/n. Tuy nhiên, các kênh dẫn nước đã góp phần hạ thấp mực nước dưới đất khu
vực từ 1 ÷ 3 m. Nghiên cứu cũng đã chỉ ra sự thay đổi nồng độ Clo tại 11 lỗ khoan
từ quá khứ cho đến hiện nay, trong đó nồng độ năm 1970 là 148 mg/l và đến năm
2004 tăng lên 293 mg/l. Một số mẫu đồng vị đã được phân tích để xác định tuổi

của nước làm cơ sở dự báo thời gian dịch chuyển Clo vào tầng chứa nước. Dựa
trên các thông số về chất lượng nước cùng vai trò bổ cập của mưa cho nước dưới
đất, tác giả đã sử dụng mơ hình MODFLOW với phần mềm SEAWAT để mơ
phỏng q trình dịch chuyển mặn vào đất liền tương ứng với các kịch bản biến đổi
khí hậu và nước biển dâng. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng biến đổi khí hậu,
nước biển dâng có ảnh hưởng đến sự xâm nhập mặn TCN Holocen tuy nhiên
không đáng kể mà chúng chịu ảnh hưởng lớn của các kênh dẫn nước, làm hạ thấp
mực nước, tăng tốc độ xâm nhập mặn vào đất liền.


21

Năm 2014, Samrit Luoma và Jarkko Okkonen [98] đã nghiên cứu ảnh hưởng
của BĐKH và sự dâng lên mực nước biển Baltic đến lượng bổ cập cho tầng chứa
nước không áp, sự thay đổi mực nước dưới đất và sự thấm rỉ của nước mặt vào
tầng chứa nước Hanko, Nam Phần Lan. Để đánh giá quá trình xâm nhập mặn của
nước sông, biển vào nước dưới đất khu vực nghiên cứu, tác giả đã sử dụng mơ hình
MODFLOW với phần mềm SEAWAT. Dữ liệu vùng nghiên cứu đã tổng hợp cao
độ địa hình, độ dốc địa hình, hiện trạng sử dụng đất, độ sâu mực nước dưới đất và
mực nước sông, biển, lượng mưa, nhiệt độ hàng ngày... Nghiên cứu đã đánh giá
khả năng thấm nước của đất đá vùng nghiên cứu, trong đó tầng chứa nước có khả
năng thấm tốt ngay cả trong điều kiện nhiệt độ là - 2ºC và đánh giá mối quan hệ
giữa mực nước dưới đất, mực nước biển. Thực hiện mơ hình dịng chảy bằng mơ
hình MODFLOW sau đó đưa các dữ liệu về sự thay đổi mực nước biển, lượng
mưa, nhiệt độ theo các kịch bản biến đổi khí hậu vào phần mềm SEAWAT để dự
báo sự dịch chuyển Clo từ nước biển vào tầng chứa nước. Kết quả nghiên cứu đã
chỉ ra sự thay đổi mực nước dưới đất từ 1 ÷ 1,5 m, mối quan hệ giữa nước biển và
nước dưới đất trong đó lượng nước biển bổ cập cho nước dưới đất từ 19,7 ÷ 27,3%.
Từ những tổng hợp, nghiên cứu đánh giá tổng quan ở trên cho thấy việc
nghiên cứu ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến tài nguyên nước

dưới đất đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Hầu hết các cơng trình khoa học
nghiên cứu tại các vùng ven biển do nguồn nước dưới đất nhạt ở các khu vực này là
rất quan trọng. Hơn nữa, vùng này chịu tác động trực tiếp của quá trình xâm nhập
mặn do nước biển. Các cơng trình nghiên cứu đều tập trung cho tầng chứa nước
không áp, xác định lượng nước bổ cập cho các tầng chứa nước và ảnh hưởng của
chúng đến khả năng cung cấp nước nhạt cùng quá trình xâm nhập mặn của nước
biển vào các tầng chứa nước ven biển. Các nghiên cứu đã chỉ ra cơ chế xâm nhập
mặn và đưa ra các cơng thức tính tốn, dự báo các tác động của biến đổi khí hậu và
sự dâng lên của mực nước biển đến các tầng chứa nước ven biển. Những tác động
của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất ở mỗi khu
vực cũng khác nhau tùy thuộc vào điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, lịch sử tiến


22

hóa địa chất của từng khu vực, điều kiện khí hậu, sự dâng cao mực nước biển và các
hoạt động kinh tế - xã hội tương ứng. Việc đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu
và nước biển dâng đến nước dưới đất 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 trong đó
hầu hết các nghiên cứu đều sử dụng mơ hình tốn học, cơ chế dịch chuyển mặn –
nhạt hay sử dụng mơ hình số với nhiều loại mơ hình khác nhau như mơ hình
MODFLOW với phần mềm SEAWAT, mơ hình FEFLOW, SUTRA, ...
1.2. Tổng quan các nghiên cứu tại Việt Nam
Theo dự báo của IPCC thì Việt Nam là một trong năm quốc gia bị ảnh hưởng
nhiều nhất của hiện tượng nước biển dâng. Theo cảnh báo đến năm 2100 của
Chương trình phát triển Liên hợp quốc, nếu nước biển dâng cao 1 m sẽ ảnh hưởng
đến 5 % đất đai của Việt Nam, 10% dân số, tác động đến 7 % sản xuất nông nghiệp,
giảm 10 % tổng sản phẩm quốc nội, riêng sản xuất kinh tế biển sẽ suy giảm 1/3. Do
đó, việc nghiên cứu đánh giá các tác động của BĐKH&NBD được Chính phủ đặc

biệt quan tâm. Tuy nhiên, những cơng trình nghiên cứu tác động BĐKH&NBD đến
tài nguyên nước dưới đất mới chỉ được thực hiện đánh giá trong thời gian gần đây.
Cịn hầu hết các cơng trình nghiên cứu tài ngun nước dưới đất trước đây thường tập
trung đánh giá dự báo quá trình xâm nhập mặn trong điều kiện địa chất khu vực ven
biển cùng ảnh hưởng của hoạt động khai thác nước bằng phương pháp giải tích và
mơ hình số. Tổng hợp một số cơng trình nghiên cứu đánh giá dự báo xâm nhập mặn
tài nguyên nước dưới đất như sau:
Năm 1997, TS Đặng Đình Phúc [36] đã sử dụng mơ hình nhiễm bẩn một chiều
để dự báo xâm nhập mặn nước dưới đất, áp dụng cho vùng Cẩm Giàng. Tác giả đã
xác định trị số hạ thấp mực nước, tốc độ tại các điểm nút trên đường dòng ứng với
các thời điểm khác nhau, sau đó tính tốn thời gian dịch chuyển biên mặn cho các
điểm nút khác nhau từ đó dự báo được tốc độ xâm nhập mặn cho vùng nghiên cứu.


23

Năm 2000, TS Đặng Đình Phúc [37] tiếp tục nghiên cứu đánh giá tiềm năng,
hiện trạng khai thác và dự báo cạn kiệt, xâm nhập mặn nước dưới đất khu vực Hải
Hậu - Giao Thủy thuộc vùng duyên hải tỉnh Nam Định.
Năm 2003 [41], PGS. TS Phạm Quý Nhân, TS Đỗ Trọng Sự đã xây dựng mơ
hình dịng chảy và mơ hình dịch chuyển các chất hịa tan trong nước dưới đất khu
vực Nghĩa Hưng - Hải Hậu (Nam Định) để dự báo khả năng xâm nhập mặn nước
dưới đất do khai thác nước.
Năm 2004 [20], PGS. TS Nguyễn Văn Lâm đã xác định ranh giới mặn nhạt
vùng Hải Triều, Tiên Lữ, Hưng Yên phục vụ công tác cấp nước cho các thị trấn nhỏ
- thuộc chương trình nước sạch và vệ sinh môi trường của Phần Lan. Trên cơ sở
hiện trạng ranh giới mặn nhạt, với điều kiện địa chất thủy văn của vùng và lưu
lượng khai thác yêu cầu, tác giả đã tính tốn và xác định thời gian phân tử mặn đầu
tiên xâm nhập vào lỗ khoan khai thác bằng phương pháp giải tích, từ đó dự báo sự
dịch chuyển ranh giới mặn nhạt nước dưới đất cho vùng nghiên cứu.

Năm 2007 [39], Nguyễn Sơn đã dự báo sự xâm nhập mặn tại các giếng khoan
thuộc lưu vực sông Nhuệ và sông Đáy bằng phần mềm VISUAL MODFLOW
2.8.2, trên cơ sở tổng lưu lượng khai thác nước dưới đất lưu vực đến năm 2020 vào
khoảng 1.500.000 m3/ngày. Sử dụng mơ hình dịch chuyển vật chất MT3D trên cơ sở
kết quả mơ hình dịng chảy, điều kiện biên nồng độ không đổi đặt cho ranh giới mặn
nhạt với M = 1 g/l, tác giả đã xác định được sau 16 năm (từ 2004 đến 2020) chất
lượng nước tại các lỗ khoan trong lưu vực chưa bị ảnh hưởng bởi nước mặn. Cũng
trên cơ sở mơ hình số MODFLOW, năm 2010 tác giả cũng đã dự báo sự xâm nhập
mặn đến các giếng khoan khai thác nước dưới đất dải ven biển Quảng Bình [22].
Năm 2007 [50], TS Nguyễn Như Trung đã nghiên cứu, dự báo xâm nhập mặn
nước dưới đất vùng Hải Phịng bằng phương pháp mơ hình hóa điện trở và địa chất
thủy văn. Tác giả sử dụng tổ hợp các phương pháp địa vật lý và mơ hình số địa chất
thủy văn nghiên cứu, đánh giá hiện trạng và dự báo sự xâm nhập nước mặn vùng
Hải Phòng. Từ các kết quả thăm dò điện đã xây dựng được sơ đồ phân bố độ tổng
khống hóa của tầng chứa nước qp vào các năm 1988 và 2004. Kết quả cho thấy


24

chất lượng tầng chứa nước qp đã bị suy thoái nghiêm trọng. Từ đó, tác giả cũng đưa
ra các khu vực hạn chế khai thác nhằm hạn chế hiện tượng xâm nhập mặn.
Năm 2009 [63], Viện khoa học khí tượng thủy văn môi trường thực hiện dự án
“Tác động của BĐKH đến tài nguyên nước ở Việt Nam và các biện pháp thích ứng”
với sự tài trợ của DANIDA Đan Mạch. Mục tiêu của dự án là tăng cường năng lực
của các ban ngành, tổ chức và người dân Việt Nam trong việc thích nghi với tác
động của BĐKH đến tài nguyên nước, giảm thiểu đến mức thấp nhất các tác động
xấu cũng như thiệt hại do BĐKH gây ra; khơi phục có hiệu quả các tác động này
hoặc tận dụng các tác động tích cực của BĐKH. Tuy nhiên, dự án mới chỉ tập trung
đánh giá được các tác động của BĐKH đến tài nguyên nước mặt tại một số lưu vực
sông của Việt Nam đồng thời đề xuất các giải pháp thích ứng với sự thay đổi tài

nguyên nước do BĐKH gây ra.
Năm 2011 [66], Viện khoa học Khí tượng thủy văn và mơi trường xuất bản tài
liệu Hướng dẫn Đánh giá tác động của Biến đổi khí hậu và xác định các giải pháp
thích ứng. Tài liệu này đã giới thiệu các tác động chính của Biến đổi khí hậu cũng
như các tác động của chúng theo từng vùng địa lý, đưa ra quy trình, phương pháp và
công cụ đánh giá tác động theo ngành, lĩnh vực (tài nguyên nước, nông nghiệp, sức
khỏe y tế, giao thông, hạ tầng kỹ thuật, cấp thoát nước…).
Năm 2011 [54], PGS.TS Trần Thanh Xuân đã nghiên cứu đánh giá tác động
của Biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước thành phố Hà Nội và tỉnh Lạng Sơn.
Nghiên cứu đã tính tốn sự biến đổi của các yếu tố khí hậu chính trong tương lai
như: nhiệt độ khơng khí, lượng mưa, lượng bốc hơi tiềm năng, sự biến đổi chỉ số
khô đến sự biến đổi về lưu lượng và chế độ dòng chảy đối với tài nguyên nước. Tuy
nhiên, những nghiên cứu này mới chỉ tập trung đánh giá cho tài nguyên nước mặt,
các con sông lớn trên địa bàn nghiên cứu và đề cập đến ảnh hưởng của nước biển
dâng và q trình xâm nhập mặn do Biến đổi khí hậu đến các sông.
Năm 2012 [5], căn cứ đề xuất nhiệm vụ hợp tác quốc tế theo Nghị định thư
với Trung Quốc của Viện Địa chất và Địa vật lý biển – Viện Hàn lâm Khoa học
Việt Nam, TS Đỗ Huy Cường nghiên cứu các dạng tai biến tự nhiên tiềm năng do


25

Biến đổi khí hậu và các giải pháp chiến lược thích ứng đối với cộng đồng dân cư
vùng lưu vực sông Hồng. Kết quả nghiên cứu đã đánh giá được các dạng tai biến có
nguy cơ xảy ra dưới tác động của Biến đổi khí hậu, trong đó có ảnh hưởng của quá
trình xâm nhập mặn đến nước dưới đất. Nghiên cứu đã sử dụng hệ thống thiết bị và
phần mềm để xây dựng các mơ hình giám sát và dự báo các loại hình tai biến mơi
trường trong đó có liên quan đến nước dưới đất của lưu vực sông Hồng, đặc biệt là
một số vùng ở ven biển Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình. Cơng trình nghiên cứu
cũng đề xuất các giải pháp thích ứng cho cộng đồng dân cư phục vụ công tác quy

hoạch tổng thể, phát triển bền vững và phòng chống giảm thiểu thiên tai.
Năm 2012 [13], PGS.TS Nguyễn Văn Hoàng đã nghiên cứu đánh giá ảnh
hưởng của nước biển dâng do Biến đổi khí hậu đến nước mặt, nước dưới đất, ổn
định bờ sông, bờ biển và đê sông, đê biển làm cơ sở khoa học góp phần phục vụ xây
dựng kế hoạch phát triển kinh tế xã hội tỉnh Thái Bình và đề xuất các giải pháp
thích ứng, giảm nhẹ thiệt hại. Tác giả đã sử dụng mơ hình số để xác định chiều dài
xâm nhập mặn vào sông Hồng ứng với điều kiện nước biển dâng và thời gian xâm
nhập mặn vào các cơng trình khai thác nước dưới đất tầng chứa nước Pliestocen khu
vực ven biển huyện Thái Thụy cách bờ biển khoảng trên dưới 1 km, cụ thể là 2
công trình ở xã Thái Xuyên, Thụy Trường và Thụy An. Nghiên cứu còn đánh giá
nguy cơ trượt lở ở bờ sông Hồng dưới tác động của nước biển dâng, từ đó đề xuất
giải pháp thực hiện các biện pháp gia cố nhằm tăng cường độ ổn định bờ sông. Kết
quả nghiên cứu đã xây dựng được sơ đồ dự báo xâm nhập mặn do nước biển dâng
theo 3 kịch bản Biến đổi khí hậu với nước mặt, nước dưới đất và sơ đồ phân vùng
mức độ dễ bị tổn thương bờ biển, đê sơng, đê biển. Tuy nhiên, cơng trình nghiên
cứu này cũng chủ yếu đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu đến tài ngun
nước nói chung, chưa đánh giá chi tiết đến nước dưới đất cho toàn tỉnh mà bước đầu
mới đánh giá cho tầng chứa nước Pliestocen khu vực ven biển huyện Thái Thụy.
Năm 2012 [9], trong nghiên cứu của Khương Văn Hải, Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên đã nghiên cứu ảnh hưởng của nước biển dâng đến nước dưới đất trên
huyện đảo Phú Quý. Tác giả đã ứng dụng phần mềm GMS (Groundwater Model