NGHIÊN CỨU VÀ DỰ BÁO ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT TỈNH THÁI BÌNH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRẦN THỊ THANH THỦY

NGHIÊN CỨU VÀ DỰ BÁO ẢNH HƯỞNG CỦA
BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG
ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT TỈNH THÁI BÌNH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

Hà Nội – Năm 2017


ii

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRẦN THỊ THANH THỦY

NGHIÊN CỨU VÀ DỰ BÁO ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI
KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT
TỈNH THÁI BÌNH
Ngành: Kỹ thuật địa chất
Mã số: 62520501

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. GS.TS Đặng Hữu Ơn
2. PGS.TS Đỗ Văn Bình

Hà Nội – Năm 2017


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong
bất cứ công trình nào khác.

Tác giả Luận án

Trần Thị Thanh Thủy


ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. i
MỤC LỤC ............................................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................................. v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ......................................................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...........................................................................................vii
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của Luận án....................................................................................... 1
2. Mục đích ..................................................................................................................... 1

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 2
4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................. 2
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ............................................................ 3
5.1. Cách tiếp cận ........................................................................................................ 3
5.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 4
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án ........................................................... 6
6.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................................. 6
6.2. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................................. 6
7. Luận điểm bảo vệ....................................................................................................... 6
8. Những điểm mới của Luận án.................................................................................. 7
9. Cơ sở tài liệu ............................................................................................................... 8
9.1. Tài liệu thu thập ................................................................................................... 8
9.2. Kết quả khảo sát, thí nghiệm hiện trường và trong phòng ................................ 9
10. Cấu trúc của Luận án ........................................................................................... 10
11. Lời cảm ơn .............................................................................................................. 11
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI
KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT...................................12
1.1. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới ............................................................. 12
1.2. Tổng quan các nghiên cứu tại Việt Nam ............................................................ 22
1.3. Đề xuất phương pháp nghiên cứu cho Luận án ................................................ 28


iii

CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, ĐỊA CHẤT THỦY VĂN VÀ KỊCH BẢN
BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, NƯỚC BIỂN DÂNG TỈNH THÁI BÌNH ................................32
2.1. Đặc điểm địa chất ................................................................................................. 32
2.1.1. Giai đoạn phát triển trầm tích hình thành tầng chứa nước Neogen .............33
2.1.2. Giai đoạn phát triển trầm tích hình thành tầng chứa nước Pleistocen .........34
2.1.3. Giai đoạn phát triển trầm tích hình thành tầng chứa nước Holocen.........37

2.2. Đặc điểm địa chất thủy văn ................................................................................. 38
2.2.1. Các tầng chứa nước lỗ hổng ...........................................................................38
2.2.2. Đặc điểm các thành tạo địa chất thấm nước yếu...........................................42
2.3. Đặc điểm khí hậu, thủy văn và kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng
tỉnh Thái Bình .............................................................................................................. 43
2.3.1. Đặc điểm khí hậu ............................................................................................43
2.3.2. Đặc điểm thủy văn ..........................................................................................47
2.3.3. Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng tỉnh Thái Bình .........................51
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ HẬU, THỦY HẢI VĂN VÀ
HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT TỈNH THÁI BÌNH ..............56
3.1. Cấu trúc Địa chất thủy văn và mối quan hệ với nhân tố khí hậu, thủy văn .. 56
3.1.1. Tầng chứa nước Holocen ...............................................................................56
3.1.2. Tầng chứa nước Pleistocen ............................................................................64
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu tới nước dưới đất ..................................... 68
3.2.1. Nghiên cứu mối quan hệ giữa nước mưa với nước dưới đất .......................68
3.2.2. Xác định lượng bổ cập của nước mưa cho nước dưới đất ...........................70
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nước sông, biển tới nước dưới đất ...................... 76
3.3.1. Nghiên cứu mối quan hệ giữa nước sông, biển với nước dưới đất..............76
3.3.2. Xác định lượng bổ cập từ nước sông, biển vào nước dưới đất ....................85
3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của hoạt động khai thác nước tới nước dưới đất ..... 87
CHƯƠNG 4. DỰ BÁO ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC
BIỂN DÂNG ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT TỈNH THÁI BÌNH ...................................92
4.1. Cơ sở dự báo ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước
dưới đất tỉnh Thái Bình .............................................................................................. 92


iv

4.1.1. Dự báo sự thay đổi của các nhân tố dưới điều kiện tự nhiên .......................94
4.1.2. Dự báo sự thay đổi các nhân tố theo kịch bản ..............................................95

4.2. Xây dựng mô hình dự báo ................................................................................... 96
4.2.1. Sơ đồ hoá điều kiện ĐCTV ............................................................................97
4.2.2. Mô hình dịch chuyển ranh giới mặn – nhạt nước dưới đất ........................105
4.3. Kết quả mô hình dự báo sự thay đổi mực nước dưới đất .............................. 110
4.3.1. Đối với tầ ng chứa nước Holocene ...............................................................110
4.3.2. Đối với tầng chứa nước Pleistocen ..............................................................112
4.4. Kết quả mô hình dự báo sự thay đổi ranh giới mặn nhạt nước dưới đất khi
chưa có biến đổi khí hậu, nước biển dâng .............................................................. 113
4.4.1. Đối với tầng chứa nước Holocen .................................................................114
4.4.2. Đối với tầng chứa nước Pleistocen ..............................................................115
4.5. Kết quả mô hình dự báo sự thay đổi ranh giới mặn nhạt nước dưới đất trước
tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng .................................................. 117
4.5.1. Dự báo sự thay đổi ranh giới mặn – nhạt nước dưới đất trong trường hợp đê
biển hiện tại .....................................................................................................................117
4.5.2. Dự báo sự thay đổi ranh giới mặn – nhạt nước dưới đất trong trường hợp
nâng cấp đê biển ..............................................................................................................120
4.6. Tiềm năng tài nguyên nước dưới đất tỉnh Thái Bình ..................................... 124
4.6.1. Tầ ng chứa nước Holocene ...........................................................................126
4.6.2. Tầ ng chứa nước Pleistocene.........................................................................132
4.7. Đề xuất giải pháp quản lý, khai thác hợp lý tài nguyên nước dưới đất ....... 138
4.7.1. Các giải pháp ngăn ngừa, giảm thiểu tác động của nước biển đến nước dưới
đất .....................................................................................................................................139
4.7.2. Các giải pháp duy trì, bảo vệ nước dưới đất ...............................................142
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................................149
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................152
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ......................................................................163


v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
BĐKH

Biến đổi khí hậu

BĐKH & NBD

Biến đổi khí hậu và nước biển dâng

BTNMT

Bộ Tài Nguyên và Môi Trường

BYT

Bộ Y tế

Cl-

Nồng độ ion Clorua

DEM

Mô hình số độ cao

DO

Oxy hòa tan

DMC

Đánh giá môi trường chiến lược

ĐCTV

Địa chất thủy văn

IPCC

Ủy ban liên Chính phủ về Biến đổi khí hậu

K

Hệ số thấm của đất đá

LK

Lỗ khoan

M

Tổng khoáng hóa

NDĐ

Nước dưới đất

Q

Lưu lượng nước

QM

Lưu lượng nước lớn nhất

Qm

Lưu lượng nước nhỏ nhất

QTB

Lưu lượng nước trung bình

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

qh

Tầng chứa nước Holocen

qp

Tầng chứa nước Pleistocen

SS

Chất rắn lơ lửng

TB – ĐN

Tây Bắc – Đông Nam

TCN

Tầng chứa nước

TDS

Tổng chất rắn hòa tan

TCCP

Tiêu chuẩn cho phép

VSV

Vi sinh vật


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Kịch bản dự báo gia tăng nhiệt độ, lượng mưa và nước biển dâng [55]........51
Bảng 2.2. Diện tích ngập nước do nước biển dâng theo các kịch bản phát thải.............55
Bảng 3.1. Phân vùng lượng bổ cập của nước mưa cho TCN Holocen tỉnh Thái Bình ..60
Bảng 3.2. Lượng nước mưa bổ cập vào tầng chứa nước Holocen vào mùa mưa ..........70
Bảng 3.3. Lượng nước thất thoát của tầng chứa nước Holocen vào mùa khô ...............71
Bảng 3.4. Lượng nước thấm xuyên từ TCN qh bổ cập cho TCN qp theo mùa, m/ng ...74
Bảng 3.5. Lượng bổ cập của nước biển vào tầng chứa nước Holocen ...........................86

Bảng 3.6. Số lượng giếng và trữ lượng khai thác NDĐ theo đơn vị hành chính [57] ...88
Bảng 4.1. Nhu cầu nước các ngành các ngành kinh tế [57], đơn vị: Q: 106m3/năm ......94
Bảng 4.2. Dự báo sự thay đổi của các nhân tố khi chưa có BĐKH&NBD ...................95
Bảng 4.3. Dự báo sự thay đổi của các nhân tố theo kịch bản BĐKH&NBD .................96
Bảng 4.4. Hê ̣ số thấ m ta ̣i mô ̣t số lỗ khoan trong vùng nghiên cứu ...............................100
Bảng 4.5. Hê ̣ số nhả nước ta ̣i mô ̣t số lỗ khoan trong vùng nghiên cứu ........................100
Bảng 4.6. Diê ̣n tích nước mă ̣n các tầng chứa nước theo thời gian ................................116
Bảng 4.7. Diê ̣n tích nước mă ̣n TCN qh từng năm và từng giai đoa ̣n theo các kich
̣ bản
phát thải với đê biển hiện tại ............................................................................................118
Bảng 4.8. Diê ̣n tích nước mă ̣n TCN qp từng năm và từng giai đoa ̣n theo các kich
̣ bản
phát thải với đê biển hiện tại ............................................................................................120
Bảng 4.9. Diê ̣n tích nước mă ̣n TCN qh từng năm và từng giai đoa ̣n theo các kich
̣ bản
phát thải khi nâng cấp đê biển .........................................................................................122
Bảng 4.10. Diê ̣n tić h nước mă ̣n TCN qp từng năm và từng giai đoa ̣n theo các kich
̣ bản
phát thải khi nâng cấp đê biển .........................................................................................123
Bảng 4.11. Tài nguyên nước nha ̣t TCN qh khi chưa có BĐKH&NBD .......................126
Bảng 4.12. Tài nguyên nước nha ̣t TCN qh theo các kịch bản với đê biển hiện tại ......127
Bảng 4.13. Tài nguyên nước nha ̣t TCN qh theo các kich
̣ bản khi nâng cấp đê biển ...130
Bảng 4.14. Tài nguyên nước nha ̣t TCN qp khi không có BĐKH&NBD .....................133
Bảng 4.15. Tài nguyên nước nha ̣t TCN qp theo các kich
̣ bản với đê biển hiện tại ......134
Bảng 4.16. Tài nguyên nước nha ̣t TCN qp theo các kich
̣ bản khi nâng cấp đê biển ...136

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1. Các tướng trầm tích trong mối quan hệ với pha biển thoái Pleistocen muộn,
pha biển tiến Flandrian Pleistocen muộn - Holocen giữa và pha biển thoái Holocen
muộn đồng bằng sông Hồng ra thềm lục địa [28] ............................................................34
Hình 2.2. Sơ đồ bề mặt trầm tích Pleistocen muộn hệ tầng Vĩnh Phúc ở đồng bằng châu
thổ sông Hồng [19] .............................................................................................................36
Hình 2.3. Mặt cắt Địa chất thủy văn tỉnh Thái Bình [15] ................................................39
Hình 2.4. Sơ đồ khối biểu diễn 4 phức tập tương ứng với 4 hệ tầng trầm tích Đệ tứ
đồng bằng sông Hồng [28].................................................................................................41
Hình 2.5. Sự thay đổi nhiệt độ trung bình năm theo thời gian [61] ................................44
Hình 2.6. Mức thay đổi nhiệt độ trong 50 năm qua ở Việt Nam [55]. ...........................44
Hình 2.7. Sự thay đổi độ bốc hơi trung bình năm theo thời gian [61] ............................45
Hình 2.8. Sự thay đổi độ ẩm trung bình năm theo thời gian [61]....................................45
Hình 2.9. Sự thay đổi lượng mưa theo thời gian [61] ......................................................45
Hình 2.10. Mức thay đổi lượng mưa trong 50 năm qua ở Việt Nam [55]. .....................46
Hình 2.11. Sự thay đổi lượng mưa từ năm 1995 đến nay [61] ........................................46
Hình 2.12. Dao động mực nước biển tại trạm Hòn Dấu theo thời gian [61] ..................48
Hình 2.13. Diễn biến mực nước biển theo số liệu vệ tinh thời kỳ 1993 – 2010 [55] .....48
Hình 2.14. Dao động mực nước sông Hồng tại trạm Ba Lạt theo thời gian [61] ...........49
Hình 2.15. Dao động mực nước sông Trà Lý tại trạm Định Cư theo thời gian [61] .....49
Hình 2.16. Dao động mực nước sông Luộc tại trạm Triều Dương theo thời gian [61] .50
Hình 2.17. Sự gia tăng nhiệt độ trung bình năm giữa thế kỷ 21 (năm 2050) [55] .........52
Hình 2.18. Sự gia tăng nhiệt độ trung bình năm cuối thế kỷ 21 (năm 2100) [55] .........52
Hình 2.19. Sự gia tăng lượng mưa trung bình năm giữa thế kỷ 21 (năm 2050) [55] ....53
Hình 2.20. Sự gia tăng lượng mưa trung bình năm cuối thế kỷ 21 (năm 2100) [55].....53
Hình 3.1. Sơ đồ cấu trúc địa chất thủy văn tỉnh Thái Bình ..............................................57
Hình 3.2. Mặt cắt tướng trầm tích vuông góc với đường bờ biển [28] ...........................58
Hình 3.3. Đặc điểm trầm tích Đệ tứ phần đất liền và thềm lục địa tỉnh Thái Bình [2] ..58

viii

Hình 3.4. Sơ đồ phân bố tính thấm tầng chứa nước Holocen..........................................59
Hình 3.5. Sơ đồ phân bố vùng bổ cập tầng chứa nước Holocen .....................................62
Hình 3.6. Ranh giới mặn – nhạt tầng chứa nước Holocen năm 1996 và năm 2014 ......63
Hình 3.7. Ranh giới mặn – nhạt tầng chứa nước Pliestocen năm 1996 và năm 2014 ...66
Hình 3.8. Bản đồ thủy đẳng áp tầng chứa nước Pleistocen năm 2014............................67
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi lượng mưa và cốt cao mực nước dưới đất tại các
lỗ khoan quan trắc theo thời gian [61,62] .........................................................................68
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lượng mưa với cốt cao mực nước TCN qh ..69
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lượng mưa với cốt cao mực nước TCN qp ..69
Hình 3.12. Lượng nước mưa bổ cập cho TCN qh2 vào mùa mưa theo thời gian ..........73
Hình 3.13. Lượng nước thất thoát vào mùa khô của TCN qh2 theo thời gian ................73
Hình 3.14. Lượng nước thấm xuyên bổ cập vào TCN qp tại lỗ khoan quan trắc ..........75
Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa mực nước tầng chứa nước Holocen với
nước sông, nước biển [61, 62] ...........................................................................................77
Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn mực nước biển và nước sông Trà Lý khu vực cửa biển [62]
.............................................................................................................................................77
Hình 3.17. Đồ thị so sánh dao động mực nước TCN qh2 với nước biển ở khoảng cách
1,5 ÷ 3,0 km so với biển [61, 62].......................................................................................78
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn mực nước tầng chứa nước qh2 ở khoảng cách 3,0 km ......79
Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa mức độ gia tăng mực nước biển với mực
nước TCN qh2 .....................................................................................................................79
Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuyến tính giữa mức độ gia tăng mực nước
biển với mực nước TCN qh2 .............................................................................................79
Hình 3.21. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ TDS theo thời gian TCN qh2 [62].....80
Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn mực nước TCN qp ở khoảng cách 1,5÷ 2,0 km so với
biển ......................................................................................................................................81

Hình 3.23. Đồ thị so sánh dao động mực nước TCN qp với nước biển ở khoảng cách 81
1,5 ÷ 2,0 km so với biển .....................................................................................................81


ix

Hình 3.24. Đồ thị dao đô ̣ng mực nước biể n và mực nước TCN qp ta ̣i vi ̣ trí lỗ khoan
quan trắc QT2-1, Thái Thụy ..............................................................................................82
Hình 3.25. Đồ thị biểu diễn mực nước TCN qp ở khoảng cách 2,0 km so với biển ........82
Hình 3.26. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuyến tính giữa gia tăng mực nước biển với
mực nước TCN qp ..............................................................................................................83
Hình 3.27. Sự biến thiên nồng độ TDS theo mùa tại giếng quan trắc Q 156ª [62] ........84
Hình 3.28. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa TCN qp với nước sông, biển [61, 62]...84
Hình 3.29. Đồ thị biểu diễn lượng nước sông, biển bổ cập vào tầng chứa nước qh2 .....87
Hình 3.30. Lượng nước dưới đất khai thác theo đơn vị hành chính [57] .......................89
Hình 4.1. Các lớp trong mô hình dự báo...........................................................................98
Hình 4.2. Mô hình số độ cao vùng ven biển Bắc Bộ .......................................................99
Hình 4.3. Sơ đồ phân vùng hệ số thấm tầng chứa nước Holocen .................................101
Hình 4.4. Sơ đồ phân vùng hệ số thấm tầng chứa nước Pleistocen ..............................101
Hình 4.5. Mực nước tầng chứa nước Holocen hiện tại ..................................................101
Hình 4.6. Mực nước tầng chứa nước Pleistocen hiện tại ...............................................101
Hình 4.7. Phân bố lượng bổ cập trên mô hình ................................................................102
Hình 4.8. Các loa ̣i biên trong mô hin
̀ h ............................................................................103
Hình 4.9. Mô hình mô phỏng quá trình xâm nhập mặn vào các tầng chứa nước ven biển
tỉnh Thái Bình ...................................................................................................................105
Hình 4.10. Vector vận tốc dịch chuyển dòng chảy tầng chứa nước qh hiện tại ...........107
Hình 4.11. Vector vận tốc dịch chuyển dòng chảy tầng chứa nước qp hiện tại ...........108
Hình 4.12. Kết quả mô phỏng diễn biến xâm nhập mặn khu vực cửa sông ven biển ..109
Hình 4.13. Kết quả chỉnh lý sai số mô hình tại lỗ khoan quan trắc Q156 ....................109

Hình 4.14. Kết quả chỉnh lý sai số mô hình dòng và dịch chuyển nồng độ TDS tại các
điểm quan trắc...................................................................................................................109
Hình 4.15. Mực nước TCN Holocen năm 2060 khi chưa có BĐKH&NBD ...............111
Hình 4.16. Mực nước TCN Holocen năm 2100 khi chưa có BĐKH&NBD ...............111
Hình 4.17. Mực nước tầng chứa nước Holocen năm 2060 theo kịch bản A2 ..............111
Hình 4.18. Mực nước tầng chứa nước Holocen năm 2100 theo kịch bản A2 ..............111


x

Hình 4.19. Mực nước TCN Pleistocen năm 2060 khi chưa có BĐKH&NBD ............112
Hình 4.20. Mực nước TCN Pleistocen năm 2100 khi chưa có BĐKH&NBD ............112
Hình 4.21. Mực nước tầng chứa nước Pleistocen năm 2060 theo kịch bản A2 ...........113
Hình 4.22. Mực nước tầng chứa nước Pleistocen năm 2100 theo kịch bản A2 ...........113
Hình 4.23. Phân bố ranh giới mă ̣n - nha ̣t TCN qh theo thời gian .................................114
Hình 4.24. Phân bố ranh giới mă ̣n - nha ̣t TCN qp theo thời gian .................................116
Hình 4.25. Sự biế n đổ i ranh giới mặn – nhạt TCN qh theo kich
̣ bản phát thải A2 với đê
biển hiện tại .......................................................................................................................118
Hình 4.26. Sự biế n đổ i ranh giới mặn – nhạt TCN qp theo kich
̣ bản phát thải A2 với đê
biển hiện tại .......................................................................................................................119
Hình 4.27. Sự biế n đổ i ranh giới mặn – nhạt TCN qh theo kich
̣ bản phát thải A2 khi
nâng cấp đê biển ...............................................................................................................121
Hình 4.28. Sự biế n đổ i ranh giới mặn – nhạt TCN qp theo kich
̣ bản phát thải A2 ......123
khi nâng cấp đê biển .........................................................................................................123
Hình 4.29. Lượng nước nhạt TCN qh khi chưa có BĐKH&NBD ...............................127
Hình 4.30. Lượng nước nhạt TCN qh theo kịch bản A2 với đê biển hiện tại ..............129

Hình 4.31. Lượng nước nhạt TCN qh theo các kịch bản với đê biển hiện tại ..............129
Hình 4.32. Lượng nước nhạt TCN qh theo kịch bản A2 khi nâng cấp đê biển ............131
Hình 4.33. Lượng nước nhạt TCN qh theo các kịch bản khi nâng cấp đê biển ...........132
Hình 4.34. Lượng nước nhạt TCN qp khi không có BĐKH&NBD .............................133
Hình 4.35. Lượng nước nhạt TCN qp theo kịch bản A2 với đê biển hiện tại ..............135
Hình 4.36. Lượng nước nhạt TCN qp theo các kịch bản với đê biển hiện tại ..............136
Hình 4.37. Lượng nước nhạt TCN qp theo kịch bản A2 khi nâng cấp đê biển ............137
Hình 4.38. Lượng nước nhạt TCN qp theo các kịch bản khi nâng cấp đê biển ...........138


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
Phòng - Quảng Ninh. Thái Bình được bao bọc bởi hệ thống sông, 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 không lớn. Các tầng
chứa nước có đặc điểm thuỷ địa hoá rất phức tạp. Nước mặn và nước nhạt phân bố
xen nhau không 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 môi
trường tự nhiên cũng rất lớn, trong đó có môi 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 môi
trường nói chung và tài nguyên 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 nông 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 toán lượng bổ cập của mưa, nước sông, nước biển cùng sự
thất thoát do quá 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 mô 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 công 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 quá khứ, điều tra hiện trạng khai thác,... đã được thực
hiện trên toàn vùng với nhiều nghiên cứu khác nhau cùng các công 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

còn 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 sông, 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 toán 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 toán, mô hình số
hiện đại đang được sử dụng trên thế giới và tại Việt Nam để mô phỏng, dự báo quá
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 công 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 nguyên và Môi trường trong đó có tỉnh Thái Bình.
Thu thập các thông 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. Ngoài ra,
thường xuyên 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 toàn 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 phòng 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 sông, 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 mô hình hóa: sử dụng mô hình GMS, MODFLOW,
SEAWAT... để xây dựng mô hình dòng 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 sông,
biển đến nước dưới đất khu vực nghiên cứu. Trong đó, nước sông - biển có quan hệ
với nước dưới đất theo quy luật tuyến tính ở phạm vi 1,5 km so với bờ biển, càng
vào sâu trong đất liền mức độ ảnh hưởng giảm dần. Nước mưa có ảnh hưởng đến
toàn bộ tầng chứa nước qh với lượng bổ cập thay đổi tùy thuộc đặc trưng thạch học,
khả năng thấm nước và diện tích sử dụng đất khu vực nghiên cứu;
- 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
toàn 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. Còn 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 mô hình không 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 toán 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 công trình với hơn 100
lỗ khoan trên toàn tỉnh theo tuyến vuông 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 sông), 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 không 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 phòng
- 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 toàn tỉnh, trong đó có đo
đạc bằng thiết bị quan trắc tự động cùng lấy mẫu phân tích khoảng 60 mẫu trong
phòng thí nghiệm tại Liên đoàn 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 toàn 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 phòng 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 phòng cùng thí
nghiệm đổ nước hiện trường. Các điểm đổ nước thí nghiệm còn 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 phòng 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 còn thu thập tài liệu quan trắc mực
nước sông, 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 luôn 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 Môi
trường và Phòng Đào tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tác
giả hoàn 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 toàn 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 toàn 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 vòng tuần hoàn
nước thông qua lượng mưa, bốc hơi và độ ẩm của đất khi nhiệt độ ngày càng tăng.
Vòng tuần hoàn 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 đòi
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 công trình nghiên cứu thời kỳ đầu thường đề cập đến sự Biến đổi khí hậu cùng

với các mô 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 công 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 mô 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 không
gian và thời gian. Quá trình xâm nhập mặn được mô phỏng bằng mô hình SUTRA.
Đây là mô 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 không bão hòa. Các thông 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. Mô 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 mô hình được dùng để đánh giá mực nước ở trạng thái ổn