Ứng dụng mô hình vận động không ổn định mô phỏng hệ thống nước dưới đất lưu vực sông rio cobre, jamaica

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH VẬN ĐỘNG KHƠNG ỔN ĐỊNH MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT LƯU VỰC SÔNG RIO COBRE, JAMAICA

Đỗ Thị Thùy Dung1, Uton Henry2, Yangxiao Zhou3, Bùi Du Dương4
1Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
2Water Resources Authority Jamaica
3IHE Delft Institute for Water Education

4Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước Quốc gia

Tóm tắt

Nghiên cứu này mơ phỏng dịng chảy nước dưới đất theo thời gian trong phạm vi lưu vực Rio
Cobre, Jamaica. Mơ hình nhằm nghiên cứu biến động lịch sử của tầng chứa nước với tác động do
khai thác nước dưới đất và các hiện tượng tự nhiên. Mơ hình nước dưới đất 3D trên cơ sở phần
mềm GMS giai đoạn (2000-2020) đã được xây dựng và hiệu chỉnh theo mực nước dưới đất quan
trắc tại lưu vực Rio Cobre. Lượng nước thoát ra sơng tính tốn dựa trên dịng chảy kiệt đo đạc
được. Ở lưu vực Thượng Rio Cobre, tầng chứa nước cung cấp một lượng lớn cho hệ thống sông
suối và chiếm 33,7 % tổng lượng nước tự nhiên. Mực nước dưới đất trong 2 thập kỷ qua thay đổi
tùy theo nguồn bổ cập tự nhiên cho nước dưới đất, nhưng không có xu hướng giảm liên tục. Lượng
bổ cập cho nước dưới đất từ mưa là nguồn cung cấp chính, sau đó là nguồn nước dưới đất thốt
ra sơng chiếm một tỷ lệ nhỏ trong tổng lượng xả thải (~26 %). Phần tích chứa giảm chủ yếu vào
những năm khơ hạn. Nghiên cứu này cho thấy tầng chứa nước không bị khai thác quá mức, tuy
nhiên, dưới tác động của biến đổi khí hậu, nhu cầu sử dụng ngày càng tăng, nguồn nước sẵn có về
lâu dài có thể khơng cịn được duy trì và đối mặt với nguy cơ cạn kiệt.

Từ khóa: Nước dưới đất; Mơ hình dịng chảy khơng ổn định; Lưu vực sông Rio Cobre, Jamaica.

Abstract

Using a transient groundwater flow model to simulate groundwater dynamics in

Rio Cobre basin, Jamaica

A transient groundwater flow model was conducted in the Rio Cobre basin, Jamaica. The
primary objective was to investigate the historical changes in the basin’s aquifer, considering
both anthropogenic impacts, such as groundwater exploitation, and natural events. The 3D
groundwater simulation tool (GMS) was utilized to accurately reproduce historical changes in the
aquifer resulting from human activities and climate variations. The transient groundwater model
for the period 2000-2020 was constructed and calibrated using measured groundwater levels
from the Rio Cobre basin. The computed groundwater levels exhibited variations consistent with
observed heads, while the computed discharges to rivers were found to correspond to measured
low flows. Notably, the Upper Rio Cobre basin demonstrated a substantial discharge of water into
multiple springs, contributing to approximately 33.7 % of the total natural discharge. Analysis
of the groundwater levels over the past two decades revealed variations in response to natural
recharge, with no discernible trend of continuous decline. Precipitation infiltration emerged as the
dominant recharge mechanism, followed by river leakage. It is worth mentioning that abstraction
accounted for a relatively small proportion (~26 %) of the total discharge. The results indicate
that the aquifer is not overdeveloped, however, local depletion occurs and was caused by intensive
urban water supply in the lower alluvial aquifer. The potential for further groundwater development
from the limestone aquifer in the upper basin is large and can be considered. With proper planning
and management, groundwater can meet increased demand in the basin.

Keywords: Groundwater; Transient flow model; Rio Cobre basin, Jamaica.

Hội thảo Khoa học Quốc gia 2023 167

1. Đặt vấn đề
Việc sử dụng quá mức nước dưới đất để hỗ trợ phát triển nông nghiệp và nhu cầu nước sinh
hoạt đã được báo cáo ở nhiều nơi trên thế giới làm cạn kiệt nguồn dự trữ nước dưới đất trong vòng
nhiều thập kỷ. Khi sự phân bố không gian và thời gian của lượng mưa bị ảnh hưởng bởi sự nóng
lên tồn cầu, tốc độ và thời gian thấm cũng bị ảnh hưởng. Sử dụng và phát triển đất có thể ngăn

chặn hoặc khuếch đại các phản ứng của nước dưới đất đối với sự nóng lên tồn cầu. Mở rộng cơ
sở hạ tầng nhân tạo có thể dẫn đến tăng nhu cầu, trong khi trồng rừng có thể dẫn đến tăng độ che
phủ [1]. Điều quan trọng nữa là phải quan sát sự dao động trong một khoảng thời gian dài của mực
nước dưới đất trong tầng chứa nước do biến đổi khí hậu gây ra.
Cùng với xu hướng chung của thế giới, vùng Caribe nói chung, Jamaica nói riêng cũng đang
phải đối mặt với những vấn đề tương tự. Nhiều nghiên cứu đã thảo luận rằng khí hậu của khu vực
Caribe đang thay đổi [2, 3]. Những thay đổi này đã dẫn đến nhiều biến động trong chu trình thủy
văn của Jamaica, cụ thể, nhiệt độ được báo cáo là tăng lên và lượng mưa sẽ bị suy giảm. Do đó, một
số thiên tai cực đoan như bão và hạn hán kéo dài đã được ghi nhận từ những năm 1990. Những sự
kiện thời tiết này được cho là có tác động bất lợi đến tài nguyên nước, đặc biệt là tài nguyên nước
dưới đất trên cả quốc đảo. Tương tự như các nước đang phát triển khác, nền kinh tế của Jamaica
phụ thuộc chủ yếu vào tài nguyên thiên nhiên. Nền kinh tế được đóng góp bởi du lịch và thủy lợi và
các hoạt động khai thác mỏ, trong đó thủy lợi bao gồm trồng mía, cà chua, dứa, bí ngơ tiêu thụ 75 %
tổng lượng nước dưới đất khai thác. Nhận thức được vấn đề này, điều quan trọng là phải hiểu hệ
thống nước dưới đất khu vực của lưu vực sông Rio Cobre phản ứng định lượng như thế nào với
những thay đổi khí hậu và các hoạt động của con người để có thể áp dụng quản lý và thích ứng
nhằm giảm thiểu vấn đề cũng như cải thiện điều kiện sống của những người đang cư trú tại các khu
vực dễ bị ảnh hưởng bởi các vấn đề liên quan tài nguyên nước dưới đất của Jamaica.
Nghiên cứu này nhằm mục đích đánh giá lượng nước dưới đất, ảnh hưởng của khai thác và
khí hậu bằng cách xây dựng mơ hình dịng chảy nước dưới đất. Mơ hình mơ phỏng diễn biến lịch
sử của tài nguyên nước dưới đất theo sự tăng giảm khai thác.
2. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu
Lưu vực Rio Cobre, nằm ở Jamaica có diện tích cắt ngang qua năm giáo xứ nhưng chủ yếu
là ở giáo xứ St. Catherine. Lưu vực bao gồm tiểu lưu vực Rio Cobre (phía Bắc); Một vùng nông
thôn đến vùng nội địa bán công nghiệp và một phần phía Nam (Hạ Rio Cobre); Đồng bằng ven
biển (Hình 1).

Hình 1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu

168 Hội thảo Khoa học Quốc gia 2023

Sông Rio Cobre là kênh dẫn duy nhất cho nước mặt và nước dưới đất từ lưu vực trên xuống
lưu vực dưới của lưu vực Rio Cobre. Ở phần trên của lưu vực, hệ thống nước dưới đất là một lưu
vực biệt lập, trong đó khơng có dịng chảy vào và ra khỏi tiểu lưu vực. Nước dưới đất được thoát ra
từ tầng chứa nước đá vơi phía trên kết thúc tạo thành nhiều suối và đổ ra sông Rio Cobre. Tại Bog
Walk, nơi phân chia hai tiểu lưu vực, nước mặt từ thượng nguồn sơng Rio Cobre chảy vào tiểu lưu
vực phía dưới. Ở độ cao khoảng 76 m so với mực nước biển trung bình, Rio Cobre (sơng) chảy ra
từ tiểu lưu vực thượng nguồn Rio Cobre.

Tài nguyên nước ở lưu vực sông Rio Cobre của Jamaica đang bị ở tình trạng căng thẳng
nghiêm trọng do nhu cầu vượt quá khả năng cung ứng 94 % [4]. Nước mặt và nước dưới đất đóng
vai trị là hai nguồn nước uống chính của khu vực nghiên cứu theo Ủy ban Tài nguyên nước Quốc
gia (NWC). Các giếng do NWC khoan vào các tầng ngậm nước cung cấp nước dưới đất cho khu
vực. 90 % nhu cầu nước của hòn đảo được đáp ứng bởi nước dưới đất, chủ yếu được lưu trữ trong
các tầng ngậm nước đá vôi.

Việc khai thác nước dưới đất được thực hiện trong phạm vi hai tầng chứa nước sau:

Tầng chứa nước đá vôi thuộc bồn trũng Rio Cobre:

Từ những năm 1930, tầng chứa nước đá vôi Thượng Rio Cobre chính thức được khai thác
như một nguồn cung cấp nước dưới đất chính cho hoạt động trồng mía. Trong thời kỳ hạn hán
1975-1976, 291.000 m3 nước dưới đất đã được khai thác mỗi ngày trong năm 1976 dẫn đến xâm
nhập mặn vào sâu trong đất liền với chiều dài 1,5 km, sản lượng khai thác của lưu vực dưới được
đánh giá là 278.000 m3/ngày. Ước tính này được thiết lập khi không xét đến áp thấp bơm thấp hơn
mực nước biển.

37 giếng đã được cấp phép bởi cơ quan Tài nguyên nước Jamaica (WRA) với công suất khai
thác là 120.893 m3/ngày, chiếm 43 % sản lượng khai thác của tầng chứa nước. Ngoài ra, 62 giếng
có cơng suất bơm 396.871 m3/ngày đã được phép khai thác tùy theo hoạt động bơm và công suất

được cấp phép trước đó.

Tầng chứa nước phù sa Rio Cobre:

Nước dưới đất tầng chứa nước phù sa ở phía Đơng Nam của Giáo xứ Catherine được sử dụng
để liên kết với hệ thống kênh tưới tiêu cho việc canh tác các khu vực tưới chuối tại Bernard Lodge,
nơi hiện đang trồng vườn mía. Tầng chứa nước có sản lượng là 43.708 m3/ngày.

Cơ quan quản lý Tài nguyên nước đã cấp phép cho 21 giếng để khai thác 48.101 m3/ngày
trong tầng chứa nước phù sa Rio Cobre (Đông) chiếm 4.993 m3/ngày (12 %) trong tổng sản lượng
khai thác tầng chứa nước. Một số giếng bơm có cơng suất cho phép là 19.100 m3/ngày được đặt ở
phía Tây của Bernard Lodge. 52 giếng bơm khác với tốc độ bơm là 126.026 m3/ngày đã được cấp
phép để đáp ứng các hoạt động khai thác nước trước đây, WRA không chịu trách nhiệm cấp phép
cho các giếng bơm này.

3. Phương pháp nghiên cứu và dữ liệu sử dụng

Phần mềm GMS là một giao diện kết nối các mô hình nước dưới đất MODFLOW, MODPATH,
MT3D, PEST. Nó cung cấp khả năng phân tích dữ liệu thu được tại chỗ, xây dựng mơ hình, hiệu
chỉnh, đánh giá và trình bày trực quan cho mọi giai đoạn mô phỏng nước dưới đất. Cả hai mơ
hình sai phân hữu hạn và phần tử hữu hạn, chẳng hạn như MODFLOW 2000, ART3D, UTCHEM,
FEMWATER và SEEP2D đều được GMS hỗ trợ ở dạng 2D và 3D. Cấu trúc module của phần mềm
cho phép người lập mơ hình chọn tham gia các module trong tích hợp cụ thể, cho phép họ chọn các
kỹ năng lập mơ hình nước dưới đất cần thiết.

Hội thảo Khoa học Quốc gia 2023 169

3.1. Xây dựng mơ hình dịng chảy nước dưới đất cho khu vực nghiên cứu
Mơ hình khái niệm thể hiện các thành phần thủy văn, vị trí địa lí và các lớp chứa nước, điều
kiện biên đã được xây dựng trong nghiên cứu trước đây về “Đánh giá tài nguyên nước dưới đất

của lưu vực sông Rio Cobre, Jamaica - Phương pháp tiếp cận phân tích hệ thống dòng chảy nước
dưới đất khu vực” [8]. Ranh giới lưu vực được xác định dựa trên sự phân chia nước dưới đất thay
vì sự phân chia các thành phần thủy văn do đó có một sự điều chỉnh nhỏ về diện tích thốt nước
(+113,3 km2) đã được thực hiện. Quá trình phân định và khai thác độ cao bề mặt được thực hiện
bằng phần mềm QGIS phiên bản 3.16.1 - Hannover với hệ tọa độ Jamaica JAD - 2001 (Hình 2).

Hình 2: Ranh giới khu vực nghiên cứu
Lưới phân sai
Lưu vực được rời rạc hóa thành các ơ lưới tính tốn để tích phân hệ phương trình cơ bản
áp dụng trong mơ hình Modflow nhằm mơ tả các q trình động thái nước dưới đất. Từ điều kiện
số liệu về địa hình và các tầng chứa nước, khu vực nghiên cứu được chia thành mạng lưới các ơ
(cells) với kích thước mỗi ơ là 1 km × 1 km gồm 72 hàng và 120 cột với các ô không hoạt động
(màu trắng). Mơ hình hóa với mạng lưới các ơ với kích thước 200 × 200 m, bao gồm 96 hàng ×
100 cột. Độ phân giải này thể hiện tốt hệ thống dịng chảy khu vực với mơ phỏng dịng nước đầy
đủ. Có 39.188 nút giao và 28.800 ơ vng với 11.377 ô đang hoạt động và 17.423 ô không hoạt
động trong miền mơ hình (Hình 3).

Hình 3: Lưới phân sai lưu vực nghiên cứu
170 Hội thảo Khoa học Quốc gia 2023

Các lớp mô hình
Mơ hình được xây dựng gồm 3 tầng dựa trên độ cao, đặc điểm địa chất thủy văn và thạch
học. Mỗi lớp có độ cao mặt trên - mặt dưới cụ thể lớp mơ hình thứ nhất là lớp trên cùng bao gồm
hệ thống chứa nước cao nguyên và miền núi, lớp này có độ cao dao động từ 446-976 m so với mực
nước biển trung bình (a.m.s.l). Độ cao trên cùng của nó được lấy từ bản đồ độ cao kỹ thuật số do
QGIS xử lý, độ cao dưới cùng được giả định là 100 m a.m.s.l. Tầng chứa nước này được tạo thành
từ đá vơi, phù sa và bazan hình thành. Lớp thứ hai được thành tạo chủ yếu là đá vơi và đá bazan có
độ cao từ 16-466 m a.m.s.l, cao độ đáy thấp nhất là 0 m a.m.s.l. Lớp 3 là lớp phủ thấp nhất của hệ
thống tầng chứa nước được xem xét trong mơ hình. Nó bị chi phối bởi sự hình thành đá vơi và phù
sa. Vùng phù sa đại diện cho đồng bằng St. Catherine và đóng một vai trị quan trọng trong việc

chi phối dịng nước dưới đất. Cao độ của tầng này dao động từ 0-109 m a.m.s.l đối với cao độ mặt
trên và -200 m a.m.s.l đối với cao độ mặt dưới.
Điều kiện biên và điều kiện ban đầu
Như trình bày trên Hình 4, có hai điều kiện biên được đặt cho khu vực nghiên cứu là ranh
giới không có dịng chảy bên ở phía Bắc (the lateral no-flow boundary), phía Tây, phía Đơng và
ranh giới kiểm sốt dịng chảy bên ngồi ở phía Nam (the external head-controlled boundary) của
lưu vực, biển Caribe. Tầng chứa nước phù sa ở lớp mơ hình thứ ba hoạt động như một dịng chảy
chắn, nó được định nghĩa trong mơ hình khái niệm bằng cách sử dụng HFB (Horizontal Flow
Barrier).

Hình 4: Điều kiện biên và ranh giới dịng chảy ngang
Điều kiện ban đầu
Các mực nước dưới đất không đổi được mô phỏng từ nghiên cứu “Đánh giá tài nguyên nước
dưới đất của lưu vực sông Rio Cobre, Jamaica - Phương pháp tiếp cận phân tích hệ thống dịng
chảy nước dưới đất khu vực” được sử dụng làm mực nước ban đầu của mơ hình tạm thời [8].
Lượng bổ cập
Lượng bổ cập nước mưa của lưu vực được xác định bằng cách nhân lượng mưa hàng ngày
trên khu vực với hệ số thấm nước mưa [8, 9].
Biên sông (hệ thống sông Rio Cobre)
Sông Rio Cobre nằm trong cả tầng chứa nước thứ hai và ba. Các thuộc tính của sơng bao
gồm các độ cao đáy và độ dẫn thủy lực, do hạn chế về dữ liệu thu thập được nên giả định được đưa
ra đối với cột áp và độ cao, độ dẫn thủy lực dưới sự xem xét các đặc điểm địa lý và thổ nhưỡng
của khu vực sông.

Hội thảo Khoa học Quốc gia 2023 171

Điểm lộ
Điểm lộ được sử dụng để đại diện cho dòng chảy của suối trong lưu vực. MODFLOW-2000
[10] tính tốn lưu lượng từ tầng chứa nước bằng cách lấy hiệu số mực nước dưới đất và cao trình của
điểm lộ. Các điểm lộ được mơ phỏng bằng độ cao và độ dẫn cho từng ô tại vị trí của mỗi điểm lộ.

Hệ số nhả nước
Một trong những thông số địa chất thủy văn định nghĩa tầng chứa nước là hệ số nhả nước
đàn hồi (Specific Storage - Ss) và hệ số nhả nước trọng lực (Specific Yield - Sy). Ước tính của các
hệ số lưu trữ ban đầu này được xác định dựa trên nghiên cứu trước đây [11].
Hệ số thấm
Hệ số thấm (K) được tính tốn dựa trên sự hình thành địa chất trong ba lớp chứa nước (m/d).
3.2. Dữ liệu chạy mơ hình dịng chảy khơng ổn định
Từ kết quả thu được từ mơ hình dịng chảy ổn định, mơ hình dịng chảy không ổn định được
xây dựng với các dự liệu đầu vào thay đổi theo thời gian. Mơ hình được chạy và hiệu chỉnh dựa
trên các dữ liệu thu thập được từ các lỗ khoan quan trắc tương ứng với từng bước thời gian (time
step) và bước thời đoạn (stress period) đã được thiết lập, cho ra kết quả các đường đẳng mực nước
biến đổi theo từng bước thời gian mô phỏng.
Bước thời đoạn (stress period) và bước thời gian (time step)
Liên quan đến việc thu thập dữ liệu, những dữ liệu thay đổi theo thời gian bao gồm lượng
mưa, mực nước dưới đất quan trắc và lưu lượng sơng là những dữ liệu có sẵn trong giai đoạn 2000-
2020 với tần xuất đo đạc hàng tháng. Do đó, bước thời đoạn với tần xuất hàng tháng được chọn để
mô phỏng. Trong hơn 20 năm, 252 bước thời đoạn đã được chạy với các bước thời gian, mỗi bước
bắt đầu từ ngày 01 tháng 01 năm 2000 cho đến ngày 01 tháng 12 năm 2020.
Giếng khoan khai thác nước
110 giếng bơm đã được mơ phỏng trong tầng chứa nước thứ nhất có 3 giếng bơm, tầng chứa
nước thứ hai có 23 giếng và tầng chứa nước thứ ba có 84 giếng bơm. Các giếng khai thác tự phát
được bơm bất hợp pháp được coi là yếu tố không chắc chắn trong mô hình.

Hình 5: Vị trí phân bổ của các giếng khoan quan trắc tầng chứa nước 2 và 3
4. Kết quả tính tốn
Đường đẳng mực nước dưới đất được mơ phỏng từ mơ hình dịng chảy phụ thuộc vào thời
gian trình bày dưới đây được so sánh với mực nước tại các giếng quan trắc thể hiện kết quả của
172 Hội thảo Khoa học Quốc gia 2023

quá trình hiệu chỉnh và đồng thời các kết quả khác của mơ hình bao gồm phương trình cân bằng

nước, dịng chảy cơ bản và tích lũy thay đổi lượng nước dưới đất lưu trữ trong tầng chứa nước
được phân tích nhằm đưa ra những hiểu biết cụ thể về hệ thống nước dưới đất lưu vực sông Rio
Cobre Jamaica.

4.1. So sánh giữa mực nước dưới đất quan trắc và mô phỏng
Hình 6 biểu thị cột nước dưới đất được quan trắc và tính tốn trong tầng chứa nước 2 và 3
của lưu vực sông Rio Cobre. Hệ số nhả nước trọng lực và đàn hồi được điều chỉnh để giảm thiểu sự
khác biệt giữa các cột nước dưới đất quan trắc và cột nước dưới đất mơ phỏng từ mơ hình. Những
sự tương đồng về hình thái và xu thế chứng tỏ độ chính xác của mơ hình hiệu chuẩn. Khoảng 5-15
m khác biệt giữa các cột nước dưới đất được quan sát và mô phỏng. Các cột áp nước dưới đất từ
ba giếng quan trắc có vị trí dọc theo sơng Rio Cobre ở lưu vực phía trên cho thấy sự tương quan
giữa cột áp nước dưới đất mô phỏng và quan trắc được. Ngồi sự dao động theo mùa (mùa mưa và
mùa khơ) và sự tăng giảm theo năm tương ứng với lượng mưa, biểu đồ thể hiện các cột nước có áp
khơng cho thấy sự suy giảm đáng kể nào trong suốt 20 năm quan trắc và mô phỏng.

Hình 6: So sánh cốt cao mực nước dưới đất quan trắc thực tế
và tính tốn tại các giếng quan trắc

4.2. Dòng chảy cơ sở (measured baseflow) và dòng cấp nước dưới đất (computed baseflow)

Hình 7: So sánh giữa dòng chảy cơ sở và dòng cấp nước dưới đất ở hai trạm Bog Walk và
Spanish Town
Hội thảo Khoa học Quốc gia 2023 173

Hình 7 mơ tả sự so sánh dịng chảy mùa kiệt của sơng và dòng chảy cơ sở do nước dưới đất
cung cấp tại hai trạm quan trắc Bog Walk (New) và Spanish Town. Trạm Bog Walk (New) nằm
ở tầng chứa nước thứ hai nơi mà ba nhánh của thượng nguồn sông Rio Cobre gặp nhau. Trạm
Spanish Town thuộc tầng chứa nước thứ 3 và nằm ở nơi thượng lưu sông Rio Cobre đổ vào lưu
vực hạ lưu. Mặc dù thực tế là các dòng chảy kiệt quan sát được ở hai trạm hiển thị các đỉnh cực trị
khác nhau trong suốt thời gian mô phỏng, chúng tuân theo cùng một xu hướng thay đổi nhất định

theo mùa và theo năm.

4.3. Tính tốn cân bằng nước
Các thành phần của dịng chảy vào của mơ hình hiệu chỉnh được trình bày trong Hình 8,
trong những năm khơ hạn 2013-2016, cho thấy sự suy giảm lượng mưa bổ sung bắt đầu dòng chảy
từ biển vào. Tuy nhiên, mức độ xâm nhập này là không đáng kể.
Biểu đồ biểu thị các thành phần của dòng chảy ra cho thấy sau khi đạt đỉnh vào những năm
nhiều mưa 2002 và 2005, chúng có xu hướng suy giảm và cuối cùng đạt mức thấp nhất vào những
năm khô hạn 2013 đến 2016.

Hình 8: Thành phần của dịng chảy vào và dịng chảy ra mơ phỏng từ mơ hình
4.4. Tích lũy thay đổi sản lượng lưu trữ
Hình 9 cho thấy lưu lượng tích chứa tích luỹ trong tầng chứa nước liên tục giảm và đạt
2,88×109 m3 vào tháng 12/2020.

Hình 9: Sự thay đổi lưu lượng tích chứa tích lũy trong tầng chứa nước
174 Hội thảo Khoa học Quốc gia 2023

Sự suy giảm mực nước dưới đất
Hình 10 minh họa sự chênh lệch mực nước dưới đất giữa ngày 01/01/2000 và ngày 01/12/2020.
Mực nước sụt giảm lớn nhất hình thành ở khu vực có địa hình cao ở phía Tây Bắc và Đơng Bắc
của lưu vực. 40 m nước sụt giảm đã được mô phỏng ở phía Đơng của cả tầng chứa nước 2 và 3. Ở
các khu vực nơi hoạt động trồng trọt và bơm thâm canh diễn ra, 5 m suy giảm cột nước dưới đất
đã được mô phỏng.

Hình 10: Sự suy giảm mực nước dưới đất của tầng chứa nước 2 và 3
5. Kết luận
Mơ hình dịng chảy nước dưới đất biến đổi theo thời gian (2000-2020) đã được xây dựng và
hiệu chỉnh với mực nước dưới đất đo được tại lưu vực Rio Cobre. Ở lưu vực Thượng Rio Cobre,
tầng chứa nước thoát một lượng lớn nước dưới đất ra sông, suối chiếm 33,7 % tổng lượng nước

tự nhiên. Mực nước dưới đất trong 2 thập kỷ qua biến động theo lượng bổ cập tự nhiên nước dưới
đất, tuy nhiên khơng có xu hướng sụt giảm liên tục nào được quan sát. Tính toán cân bằng nước
cho thấy lượng cung cấp thấm từ mưa vào tầng chứa nước là nguồn bổ cập chính, sau đó là lượng
bổ cập từ nước sơng. Tầng chứa nước thốt một lượng nhỏ ra các sơng suối và biển với một tỷ lệ
nhỏ trong tổng lượng nước thoát ra (~26 %). Trữ lượng nước dưới đất giảm chủ yếu là do những
năm khơ hạn ít mưa dẫn tới lượng bổ cập giảm.
Tuy nghiên cứu cho thấy lưu vực không ở trạng thái suy thoái nguồn nước dưới đất, các bên
liên quan và cơ quan quản lý nước của Jamaica cần có những hành động thích hợp để bảo tồn sự
bền vững cho tầng chứa nước lưu vực sông Rio Cobre. Bằng cách tích hợp mơ hình nước dưới đất
mơ phỏng tạm thời với chiến lược quản lý tài nguyên nước bền vững khác, hệ thống nước dưới đất
Rio Cobre có thể được bảo đảm khỏi sự suy giảm quá mức.
6. Kiến nghị
Mơ hình có một số nhược điểm cần giải quyết để cải thiện kết quả mô phỏng và một trong
số đó là thiếu dữ liệu đầu vào và hiệu chuẩn. Trong mơ phỏng dịng chảy nước dưới đất phụ thuộc
thời gian, lưu lượng bơm từ các giếng khoan nên được thay đổi từ lưu lượng không thay đổi theo
thời gian thành lưu lượng thay đổi theo thời gian để phản ánh điều kiện tự nhiên tốt hơn. Dữ liệu
khai thác nên được thu thập chi tiết bao gồm cả giếng được cấp phép và không được cấp phép. Mực
nước dưới đất quan sát không đầy đủ trong bộ dữ liệu, phương pháp nội suy và ngoại suy cần được
thực hiện để lấp đầy những thiếu sót và cải thiện mức độ chính xác của mơ hình.
Sự chênh lệch cao độ mực nước dưới đất giữa số liệu quan trắc và mô phỏng ở tầng chứa
nước thứ ba đặc biệt là ở khu vực có tầng địa chất phù sa là khá lớn, do đó cần tiếp tục tiến hành

Hội thảo Khoa học Quốc gia 2023 175

các nghiên cứu bổ sung liên quan đến đặc điểm thạch học và địa chất thủy văn. Các trạm khí tượng
thủy văn cung cấp lượng mưa và dòng chảy cần cải thiện hệ thống quản lý dữ liệu, phần mềm mới
và các hỗ trợ kỹ thuật khác cần được cài đặt để theo dõi, lưu trữ và xử lý dữ liệu hiệu quả.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Taylor R., Tindimugaya C. (2012). The impacts of climate change and rapid development on weathered

crystalline rock aquifer systems in the humid tropics of sub-Saharan Africa: Evidence from south-
western Uganda. Climate Change Effects on Groundwater resources: A Global Synthesis of Findings and
Recommendations, 17-32.
[2]. Houghton J.T., Ding Y., Griggs D.J., Noguer M., Van der Linden P.J., Dai X., Maskell K., Jonson C.
(2001). Contribution of Working group I to the third assessment report of the Intergovernmental panel on
Climate Change. Cambridge university press. Climate Change.
[3]. Peterson R.N., Burnett W.C., Glenn C.R., Johnson A.G. (2009). Quantification of point - source
groundwater discharges to the ocean from the shoreline of the Big Island, Hawaii. Limnology and
Oceanography, Vol. 54, 890-904.
[4]. Water Resources Authority (2005). Water resources development master plan.
[5]. Yihdego Y., Reta G., Becht R. (2016). Human impact assessment through a transient numerical
modelling on the UNESCO World Heritage Site, Lake Naivasha, Kenya. Environmental Earth Sciences,
Vvol. 79.
[6]. Wang S., Shao J., Song X., Zhang Y., Huo Z., Zhou X. (2008). Application of MODFLOW and
geographic information system to groundwater flow simulation in North China Plain, China. Environmental
geology, Vol. 55.
[7]. Aquaveo (2021). MODFLOW modelling with GMS.
[8]. Henry Uton. (2021). Groundwater resources Assessment of the Rio Cobre basin, Jamaica. MSc thesis.
[9]. Botbol (1982). Lower Rio Cobre limestone aquifer Kingston, Jamaica. Hydrogeology.
[10]. Harbaugh A.W., Banta E.R., Hill M.C., McDonald M.G. (2000). Geological survey modular ground-
water model-user giude to modularization concepts and the groundwater flow process.
[11]. Kuang X., Jiao J.J., Zheng C., Cherry J.A., Li H. (2020). A review of specific storage in aquifers.
Journal of Hydrology, Vol. 581.

BBT nhận bài: 27/7/2023; Chấp nhận đăng: 15/9/2023

176 Hội thảo Khoa học Quốc gia 2023