Luận văn Nghiên cứu xâm nhập mặn nước ngầm khu vực ven biển tỉnh hà tĩnh và đề xuất các giải pháp bảo vệ sử dụng hợp lý

ng khí giảm. Ngược lại mùa khô, thiếu mưa, nhiệt độ cao, lượng bốc hơi lớn đã làm giảm mực nước ngầm. Nước ngầm vùng nghiên cứu chịu tác động mạnh của quá trình khuếch tán nước mặn từ biển, nên khi lượng cung cấp nước mưa cho dòng ngầm tăng, tốc độ thấm sẽ lớn hơn tốc độ khuếch tán của nước mặn và làm giảm độ mặn trong nước, đồng thời ranh giới “mặn - nhạt” bị đẩy về phía biển. 2) Lượng bốc hơi Giá trị bốc hơi trung bình năm là 698,1mm, bằng khoảng 40% - 45% lượng mưa năm. Vào mùa khô (từ tháng II đến tháng IV) lượng bốc hơi chỉ chiếm 15% tổng lượng bốc hơi năm. Lượng bốc hơi cao nhất là 33% vào thời kỳ tháng IX đến tháng I. Bốc hơi là một trong những nguyên nhân làm hao hụt về lượng và tăng độ khoáng hóa của nước. Nếu như giữa lượng mưa và biên độ dao động mực nước sông và NDĐ trong mùa mưa có mối tương quan tỷ lệ thuận, thì trong mùa khô giữa lượng bốc hơi và biên độ dao động mực nước có mối tương quan tỷ lệ nghịch, đồng nghĩa với sự giảm chiều dày lớp nước. Mặc khác, lượng bốc hơi tăng làm cho tốc độ thấm nhỏ hơn tốc độ khuếch tán của nước mặn (từ biển) gây nên hiện tượng XNM. 3) Chế độ nhiệt Chế độ nhiệt thường biến đổi theo thời gian, chúng tác động mạnh mẽ nhất đối với lớp nước nằm gần mặt đất qua đới thông khí, nước trong đất cát là một trường hợp điển hình. Thông thường khi nhiệt độ tăng lên thì tốc độ khuếch tán và mức độ hòa tan của các muối cũng tăng lên, dẫn đến làm giảm độ hòa tan của các khí. Tuy nhiên, số ngày lạnh ở Hà Tĩnh khoảng 30 - 50 ngày, số ngày nóng 130 - 160 ngày trong đó có 50 ngày khô nóng dogió Lào. Dải đồng bằng ven biển có khí hậu đỡ khắc nghiệt hơn nhờ ảnh hưởng của gió biển - gió lục địa, nhưng bị lụt bão đe doạ nhiều nhất. 5 Bảng 2.5: Nhiệt độ không khí trung bình nhiều năm 2009 2010 2011 2012 2013 Bình quân năm 26,2 25,6 24,9 23,0 24,63 Tháng I 21,7 18,1 19,2 14,3 17,0 Tháng II 17,6 26,1 21,9 18,2 17,7 Tháng III 23,4 25,3 23,0 17,1 21,1 Tháng IV 29,2 29,2 25,2 23,5 26,7 Tháng V 28,8 29,3 29,7 27,1 28,6 Tháng VI 31,3 31,2 30,5 29,5 29,9 Tháng VII 31,6 31,5 30,2 29,1 29,3 Tháng VIII 30,6 29,9 27,4 27,8 28,6 Tháng IX 29,0 29,9 27,6 26,5 26,3 Tháng X 29,2 26,2 23,3 23,3 25,3 Tháng XI 22,5 20,2 21,1 22,7 24,2 Tháng XII 18,9 21,1 19,8 16,6 20,8 Nguồn: [34] Bảng 2.6: Số giờ nắng trung bình nhiều năm 2009 2010 2011 2012 2013 Bình quân năm 90,4 100,5 106,3 73,8 105,2 Tháng I 57,0 54,0 22,5 2,5 27 Tháng II 14,0 93,0 74,3 35,9 38,3 Tháng III 78,0 83,0 109,2 24,6 54,9 Tháng IV 119,0 93,0 92,3 65,0 145,0 Tháng V 143,0 135,0 177,0 132,3 167,4 Tháng VI 142,0 186,0 172,4 147,6 117,2 Tháng VII 138,0 170,0 195,2 167,6 184,2 Tháng VIII 172,0 132,7 89,1 153,2 182,4 Tháng IX 102,0 41,8 130,0 75,4 101,7 Tháng X 44,7 87,6 67,8 28,7 110,1 Tháng XI 47,4 67,4 27,5 47,6 82,5 Tháng XII 28,0 62,0 70,5 5,2 51,2 Nguồn: [34] 4) Chế độ gió Đặc điểm rất quan trọng của vùng này là sự xuất hiện của thời kỳ khô nóng do gió Tây Nam vào đầu mùa hạ, gây sai lệch diễn biến của mùa mưa ẩm ở Hà Tĩnh so với khí hậu chung của toàn miền. 5) Độ ẩm Vùng ven biển Hà Tĩnh có các tháng đầu mùa hạ thường khô hạn, mức độ càng tăng lên trong các tháng tiếp theo. Tháng VII là tháng nóng nhất và có độ ẩm thấp nhất trong năm. Độ ẩm không khí tương đối cao (trung bình từ 84 – 87%), độ ẩm trung bình cao nhất khoảng 92 – 96% vào các tháng I, II, III, độ ẩm trung bình thấp nhất khoảng 55 – 70% vào các tháng VI, VII, VII. 6 Mùa khô kéo dài từ tháng XII đến tháng VII năm sau và được chia làm 2 thời kỳ: Thời kỳ đầu tháng XII đến tháng III năm sau, trùng với thời kỳ lạnh, trong đó một ít thời gian đầu có đặc trưng lạnh khô, sau đó là không khí ẩm, mưa dầm, thời kỳ II từ tháng IV đến tháng VIII, trùng với mùa nóng với gió lục địa hình thành, sau khi vượt qua dãy Trường Sơn không còn hơi nước trở nên nóng khô. Bảng 2.7: Độ ẩm không khí trung bình nhiều năm 2009 2010 2011 2012 2013 Bình quân năm 71,2 69,8 66,0 85,0 85,0 Tháng I 70,0 72,5 91,0 93,0 94,0 Tháng II 71,5 65,0 87,0 90,0 91,0 Tháng III 65,0 72,5 83,0 92,0 88,0 Tháng IV 67,5 67,5 85,0 86,0 82,0 Tháng V 73,5 74,5 79,0 81,0 84,0 Tháng VI 66,5 67,5 72,0 76,0 73,0 Tháng VII 64,0 69,5 74,0 78,0 73,0 Tháng VIII 68,0 74,0 87,0 86,0 79,0 Tháng IX 69,0 71,0 86,0 90,0 88,0 Tháng X 77,0 69,5 90,0 92,0 87,0 Tháng XI 75,0 74,5 91,0 90,0 90,0 Tháng XII 71,0 76,0 89,0 91,0 91,0 Nguồn: [34] 2.2.6. Chế độ thuỷ văn- hải văn 1) Chế độ thủy văn Mạng lưới sông suối ở vùng đồng bằng ven biển Hà Tĩnh khá dày với khoảng 30 sông lớn nhỏ, mật độ khoảng 1km/km2, phần lớn bắt nguồn từ dãy Trường Sơn chảy ra Biển Đông với đặc điểm ngắn, uốn khúc nhiều, độ dốc lớn, lưu vực nhỏ. Do địa hình phức tạp nên mùa mưa nước đổ dồn xuống các thung lũng chảy về các cửa sông, cửa lạch, kết hợp với triều cường làm cho vùng ven sông, ven suối và những vùng thấp trũng ở hạ du thường bị ngập úng. Ngược lại, về mùa khô, mực nước các sông xuống thấp, rất khó khăn cho việc lấy nước phục vụ sản xuất và sinh hoạt cho nhân dân. Vùng đồng bằng ven biển Hà Tĩnh có 10 con sông lớn và nhiều cửa lạch ven biển như Cửa Hội, Cửa Sót, Cửa Nhượng, Cửa Khẩu. 7 Bảng 2.8: Thống kê 1 số sông chính tại khu vực nghiên cứu Tên sông Chiều dài (km) Diện tíchlưu vực (km2) Sông La 13 92 Sông Kèn 24 73 Sông Nghèn 60 556 Sông Cửa Sót 8 1.090 Sông Rào Cái 63 516 Sông Rác 32 167 Sông Cửa Nhượng 4 - Sông Quyền 34 150 Sông Trí 39 57 Sông Rào Trổ 54 448 Nguồn [11] 2) Chế độ hải văn Vùng biển Hà Tĩnh mang tính chất chế độ thuỷ triều Bắc Bộ và chuyển tiếp Trung bộ nên có chế độ nhật triều không đều. Trong tháng xuất hiện 2 lần triều cường và hai lần triều thấp, trung bình một chu kỳ triều là 14 - 15 ngày. Biên độ triều lớn nhất trong năm thường xuất hiện vào mùa cạn (từ tháng V đến tháng VI). Biên độ triều trung bình tại Cửa Sót là 117cm. Bờ biển Hà Tĩnh nằm trong vùng ven biển Trung Bộ, sóng ở khu vực này bị ảnh hưởng trực tiếp của hai hệ thống gió mùa, gió mùa Đông Bắc vào mùa đông và gió mùa Tây Nam vào mùa hè. Chế độ triều, địa hình và chế độ thuỷ văn ảnh hưởng động thái nước ngầm. Sự xâm nhập mặn của triều vào nước ngầm chủ yếu vào các tháng mùa cạn, do lượng dòng chảy trên các sông đang ở mức thấp, lượng bổ cập cho nước ngầm bị hạn chế và lưu lượng khai thác nước nhiều hơn. 2.2.7. Đặc điểm thổ nhưỡng Thổ nhưỡng là môi trường tự nhiên quan trọng góp phần hình thành trữ lượng và thành phần hóa học của nước. Khi có sự thấm qua của nước ngầm hay nước mưa sẽ diễn ra quá trình hòa tan các chất có trong đất vào nước, làm cho thành phần hóa học của nước thay đổi cả về thành phần lẫn hàm lượng các ion. Sự làm giàu hay nghèo đi các hàm lượng vật chất phụ thuộc và khả năng và điều kiện trao đổi cation, loại cation hay thành phần khoáng vật trong lớp thổ nhưỡng. Thông thường khi chảy qua lớp đất đá, thứ tự các cation trong nước bị keo đất hấp phụ theo chiều tăng dần như sau: Na+ K+ NH4 +  Mg2+ Ca2+ H+ (2.31) Vùng nghiên cứu thường có hàm lượng Na+ trong nước tương đối cao, cho nên xảy ra sự trao đổi với các cation trong đất, điển hình như sau: Ca2+:Na+(nước) + 2Ca 2+ (đất) Ca 2+ (nước) + 2Na + (đất) (2.32) Chính vì quá trình rửa trôi, thoái hóa đất diễn ra rất sâu sắc ở hầu hết các loại đất, trong khi độ che phủ của thực vật khác nhau sẽ ảnh hưởng đến quá trình hình thành chất lượng nước ngầmvùng nghiên c sinh vật. Các vi sinh vật phân h hợp chất đơn giản hơn như c vực nghiên cứu có các loạ - Nhóm đất cát: Có 38.204 ha, chi là đất cát biển (23.926 ha), còn l nghèo mùn, kém màu mỡ bố chủ yếu ở các huyện Nghi Xuân Anh. Hình 2.12: T - Nhóm đất mặn: Có 4.432 ha, chi các cửa sông trên địa bàn huy Anh; đất bị nhiễm mặn do Đất bị nhiễm mặn ít đã đ Diện tích đất bị nhiễm mặn nhiều đã đ - Nhóm đất phèn m tập trung ở các dải đất phù sa g một số diện tích đã cải tạo tr - Nhóm đất phù sa phẩm phù sa của các sông su sông Rào Cái, sông Rác.. v nông nghiệp chủ yếu. Thành ph - Nhóm đất bạc màu hình ven chân đồi, chủ yế 51% 6% 1% 6% 7% 8 ứu. Ngoài ra, thổ nhưỡng là môi trư ủy các vật chất trầm tích cả hữu cơ l ủa sắt, asen, nitơ,...mỗi khi môi trườ i đất sau: ếm 6,3% diện tích tự nhiên ại là đất cồn cát (14.278 ha). Lo ; thích hợp với trồng đậu, lạc, khoai, rừ , Can Lộc, Thạch Hà, Lộc Hà ỷ lệ phần trăm các nhóm đất khu vực nghi ếm 0,73% diện tích tự nhiên, phân b ện Nghi Xuân, Can Lộc, Thạch Hà, C ảnh hưởng của nước biển xâm nhập và tích lu ược sử dụng để trồng lúa, trồng màu nh ược cải tạo để nuôi trồng thủy sản ặn: Có 17.919,3 ha, chiếm 2,95% diện tích tự nhiên ần các cửa sông ven biển có địa hình t ồng lúa và nuôi trồng thuỷ sản. : Có 100.277,3 ha, chiếm 17,73% diện tích tự nhiên ối chính như sông La, sông Lam, sông Nghèn, sông H ới địa hình khá bằng phẳng, dây là di ần cơ giới nhẹ, độ phì thấp, lẫn nhi : Có 4.500 ha, chiếm 0,7% diện tích tự nhiên u ở các huyện Kỳ Anh, Nghi Xuân và th 6% 1% 3% 18% 1% Đất Cát Đất Mặn Đất Phèn Đất Phù Sa Đất Bạc màu Đất đỏ vàng Đất mùn vàng đỏ trên núi Đất dốc tụ Đất xói mòn trơ sỏi đá Đất khác (sông, suối, núi đá) ờng phát triển ẫn vô cơ thành các ng bị thay đổi. Khu . Trong đó chủ yếu ại đất này ít chua, ng phòng hộ... Phân , Cẩm Xuyên và Kỳ ên cứu Nguồn:[19] ố ven theo ẩm Xuyên, Kỳ ỹ trong đất. ưng năng suất thấp. , làm muối , phân bố ương đối thấp; , là sản ội, ện tích đất sản xuất ều sỏi sạn. , phân bố ở địa ị xã Hồng Lĩnh; đất 9 thích hợp với cây trồng cạn và các loại cây ăn quả. - Nhóm đất dốc tụ: Có 4.800 ha, chiếm 0,79% diện tích tự nhiên, phân bố tập trung ở các huyện Nghi Xuân, Cẩm Xuyên và thị xã Hồng Lĩnh, chúng thường nằm trong các thung lũng xen giữa các dãy núi. 2.2.8. Thảm thực vật Thảm thực vật góp phần làm hạn chế vận tốc thấm của nước mưa hay bốc hơi nước. Vùng nghiên cứu có hệ thực vật kém phát triển, cây lương thực chiếm tỷ lệ lớn phân bố tập trung trên diện tích trên đất phù sa. Diện tích rừng phòng hộ được trồng tại khu vực ven biển (rừng phi lao). Trên các đụn cát tương đối ổn định thảm thực vật che phủ khoảng 25% chủ yếu là các loại cỏ changDo đất cát có cấu trúc không bền khi lớp phủ thực vật bị mất sẽ làm cho quá trình rửa trôi phát triển nhanh dẫn đến các chất bẩn thấm nhanh hơn xuống đất và làm thay đổi thành phần của nước ngầm. Trong khu vực nghiên cứu có các thảm thực vật sau: - Rừng trồng: Cấu trúc của rừng trồng thường đơn giản, chỉ có một tầng cây gỗ và khi tầng cây gỗ nhỏ thường có tầng cỏ hay cây bụi. Độ cao của rừng trồng tuỳ thuộc vào lứa tuổi nhưng cũng ít khi vượt quá 15 - 20 m. Các loài cây được trồng là Bạch đàn, các loại keo, thông 2 lá, phi lao. - Hoa màu: Hoa màu được trồng trên đất có địa thế cao ở đồng bằng và trên vùng cát ẩm. Các cây trồng chủ yếu như: khoai, đậu, các loại rau, thuốc lá, lạc Các cây màu được trồng chủ yếu vào mùa mưa. - Lúa nước: Lúa nước có diện tích không lớn thường phân bố ở đồng bằng phù sa dọc ven biển nhưng đáng kể nhất là vùng Đức Thọ, Tp Hà Tĩnh, Cẩm Xuyên - Cây trồng ở khu dân cư: Quanh khu dân cư trồng chủ yếu gồm các loài cây ăn quả như: dừa, mít, xoài, đu đủ, các loài cam, chanh và bưởi, chuối, na, vải, hồng xiêm, trứng cá cùng các cây lâu năm, cây ăn quả khác. Phân bố theo các điểm dân cư. Ngoài ra, trong khu vực nghiên cứu còn có hệ sinh thái rừng ngập mặn ven biển tập trung phần lớn ở các cửa sông lớn như Cửa Hội, Cửa Sót, Cửa Nhượng, Cửa Khẩu... 2.3. Các yếu tố nhân tạo ảnh hưởng tới quá trình xâm nhập mặn nước ngầm khu vực nghiên cứu 2.3.1.Hoạt động dân sinh Những ảnh hưởng của các hoạt động nhân sinh đến các nguồn nước vùng ven biển Hà Tĩnh được tổng hợp như trong Bảng 2.9. 10 Bảng 2.9:Các ảnh hưởng của hoạt động nhân sinh đến nước ngầm Nhóm các hoạt động nhân sinh Ảnh hưởng đến nước ngầm Yếu tố nhận biết Nguyên nhân Hậu quả Khai thác nước (nước cấp sinh hoạt, du lịch - dịch vụ, xây dựng, tưới,...) Biến động mực nước Hút nước Giảm trữ lượng và xâm nhập mặn Thành phần hóa, sinh, vi trùng Lôi cuốn chất bẩn trên bề mặt Ô nhiễm nguồn nước pH, TDS Biến đổi môi trường Ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Các hoạt động công nghiệp và đô thị (khai khoáng, xây dựng) Hệ số thấm Thay đổi tính cơ lý của đất đá Phá hủy tính ổn định tầng chứa nước Diện tích hứng nước Giảm diện tích bề mặt thấm Giảm nguồn bổ cập cho tầng chứa ước, tăng khả năng XNM vào màu khô hạn Hợp chất hữu cơ dễ hòa tan Xả thải công nghiệp Ô nhiễm nguồn nước Các hoạt động nông nghiệp Dư lượng thuốc trừ sâu Phân bón Ô nhiễm, suy thoái nguồn nước Mực nước Xây dựng đập, hồ chứa Thay đổi trữ lượng, giảm khả năng rửa mặn vùng hạ lưu Hợp chất hữu cơ dễ hòa tan Nuôi trồng thủy hải sản Ô nhiễm nguồn nước Nguồn: [33] Vùng ven biển Hà Tĩnh có số dân là 1.238,83 người, trong đó dân cư nông thôn là 1.037.763, chiếm 84,53%, thành thị là 189.910 người. Mật độ dân số trung bình là 207 người/km2. Phân bố dân cư theo đơn vị hành chính tính đến cuối năm 2013 được thể hiện trong Bảng 2.10. Bảng 2.10: Dân số theo đơn vị hành chính STT Đơn vị hành chính Diện tích (km2) Dân số (người) 1 Huyện Can Lộc 302 128.884 2 Huyện Cẩm Xuyên 636 140.569 3 Huyện Đức Thọ 202 104.564 6 Huyện Kỳ Anh 1.042 173.316 7 Huyện Lộc Hà 118 79.543 8 Huyện Nghi Xuân 220 95.811 9 Huyện Thạch Hà 355 129.136 10 Thành phố Hà Tĩnh 57 92.612 11 Thị xã Hồng Lĩnh 59 36.312 Nguồn: [34] Dân cư phân bố không đồng đều, tập trung cao ở đồng bằng phía Đông Bắc. 11 Thành phố Hà Tĩnh có mật độ cao nhất 1.612 người/km2. Dự báo trong các năm tới dân số đô thị sẽ tăng nhanh, từ 15,47% năm 2010 lên 26,36% vào năm 2020. Cơ sở hạ tầng về cấp nước: Trên địa bàn hiện có tổng số 13 nhà máy nước phục vụ các đô thị và vùng phụ cận, công suất nhà máy nước thiết kế lớn nhất 24.000m3/ngày đêm, công suất thiết kế bình quân thuộc các thị trấn 3.000m3/ngày đêm. Tổng công suất hiện tại là 56.500m3/ngày đêm. Khối lượng nước khai thác trong năm không đồng đều, lớn nhất vào mùa hè, trong khi nguồn bổ cập bị hạn chế, khiến mực nước ngầm bị hạ thấp đáng kể. Ngoài các, công trình giếng khai thác nước tập trung thì hầu hết các lỗ khoan của người dân khi khai đào và vận hành đều không theo đúng kỹ thuật, không xây dựng đới phòng hộ vệ sinh, thiếu sự kiểm duyệt và cấp phép của các cơ quan chức năng, điển hình là việc bố trí các giếng khoan sâu khai thác nước trong phạm vi cách cửa sông và bờ biển khoảng 200 – 300m đã làm hạ thấp mực nước quá mức quy định, thu hẹp thể tích chứa nước và gây nên hiện tượng xâm nhập mặn tầng chứa nước. 2.3.2.Hoạt động nông – lâm nghiệp Khu vực nghiên cứu phát triển ngành nông lâm nghiệp chiếm ưu thế, chủng loại sản phẩm hàng năm là lúa, màu, cây lâu năm, chăn nuôi và trồng rừng. Việc khai thác, sử dụng nước để tưới tương đối lớn, chủ yếu dựa vào các công trình thủy lợi được bố trí phía thượng nguồn. Ngoài ra, nhân dân thường đào giếng lấy nước trong đất cát ở độ sâu trung bình 3 - 5m hoặc khai thác ngay tại các mạch lộ nơi sườn đá gốc để tưới cho lúa hoặc các loại cây trồng cạn trong thời kỳ hạn hán. Mức độ ảnh hưởng của các hoạt động nông - lâm nghiệp đối với các nguồn nước là rất đáng kể. Từ việc khai thác nước tại chỗ với khối lượng lớn và không có giải pháp xử lý chất thải đã gây nên hiện tượng hạ thấp mực nước, xâm nhập mặn và nhiễm bẩn các tầng chứa nước. Bảng 2.11: Danh mục hồ chứa hiện có tại khu vực nghiên cứu TT Tên công trình Địa điểm FLV (km 2) W (106 m3) Diện tích (ha) 1 Cồn Tranh Nghi Xuân 3,7 1,8 80 2 Hồ Đập Bún Thạch Hà 3,2 2,6 150 3 Kẽ Gỗ Cẩm Xuyên 223 345 13.500 4 Thượng Tuy 11 18,9 1.100 5 Sụng Rác 115 124,5 4.700 6 Mạc Khê Kỳ Anh 2,5 3,5 150 7 Đá cát 11 3,5 200 8 Mộc Hương 3,7 3,5 150 9 Đập Nhõm Xỏ Hồng Lĩnh 4,5 1,2 70 Nguồn: [11, 35,36] 12 Việc xây dựng các đập ngăn ở thượng nguồn đã tạo điều kiện cho nước biển tiến sâu vào đất liền, làm thu hẹp thể tích nước nhạt vùng cửa sông ven biển. Bảng 2.12: Danh mục đập dâng hiện có tại khu vực nghiên cứu TT Tên công trình Địa điểm FLV (km 2) W (106 m3) Diện tích (ha) 1 Đập Mũi Thiềng Nghi Xuân 8 0,35 30 2 Tràn Cửa Ải Thạch Hà 10 0,7 100 Nguồn: [11] 2.3.3. Nuôi trồng hải sản Vùng ven biển Hà Tĩnh là nơi phát triển nhiều dự án nuôi trồng thủy hải sản với hàng nghìn ha ao nuôi. Đến cuối năm 2013, diện tích nuôi trồng thuỷ sản toàn tỉnh đạt 7.870 ha tăng 2,2% so với năm 2008 (trong đó nuôi ngọt 5.080 ha; nuôi mặn, lợ 2.790 ha). Diện tích nuôi tôm đạt 2.050ha (trong đó diện tích nuôi tôm thâm canh, thâm canh công nghệ cao đạt 300ha tăng 2,5 lần so với năm 2008, chiếm 15% diện tích nuôi tôm) [37]. Diện tích nuôi tôm trên cát khoảng trên 700 ha, phân bố tại các huyện Nghi Xuân 150 ha, Thạch Hà 300 ha, Cẩm Xuyên 220 ha, Kỳ Anh 30 ha [37]. Đối tượng chủ yếu là tôm, nghêu, cua và một số giống cá có giá trị kinh tế cao như cá chẽm, hồng mỹ. Phát triển diện tích và sản lượng hải sản kéo theo các hoạt động khai thác nước nhạt dưới đất với khối lượng lớn. Việc khai thác nước và đổ thải tại chỗ đã tác động rất lớn đến trữ lượng và chất lượng nước vùng cát, gia tăng xâm nhập mặn và tác động xấu đến môi trường sinh thái vùng ven biển. Ngoài ra, việc chiếm dụng diện tích đất cát lâu dài sẽ thu hẹp rừng phòng hộ, làm tăng hoạt động cát bay và bão cát gây “mặn hoá đất và nước ngầm”. Ngoài ra, do vùng đất cát ven biển thuộc loại cố kết địa tầng yếu, việc lạm dụng quá mức nước ngầm nhạt cho nuôi tôm trên cát sẽ dẫn đến tình trạng sụt lún địa tầng khu vực, nước ngầm bị cạn kiệt gây mất cân bằng áp lực tạo điều kiện cho nước mặn xâm nhập từ biển vào sâu hơn trong đất liền. Ngoài việc gia tăng diện tích nhiễm mặn nước ngầm còn hạn chế nhiều mặt trong việc cấp nước tưới và chất lượng đất trồng. 2.3.4.Hoạt động công nghiệp Các dự án khai thác khoáng sản, chế biến thủy hải sản, sản xuất xi măng, cảng biển và các khu công nghiệp (KCN) trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh được đầu tư và phát triển được thể hiện trong Bảng 2.13. Diện tích bị bê tông hóa ngày càng tăng đã hạn chế khả năng thấm của nước mưa vào các tầng chứa nước, lượng nước khai thác tại chỗ, chủ yếu là nước ngầm ngày càng tăng lên. Hoạt động khai thác sa khoáng titan ven biển tập trung chủ yếu ở 2 huyện Cẩm Xuyên và Kỳ Anh diễn ra mạnh trên diện rộng [37]. 13 Bảng 2.13: Thống kê các khu công nghiệp hiện có trong khu vực nghiên cứu Tên KCN Diện tích(ha) Địa điểm Năm hoạt động Khu kinh tế Vũng Áng 22.781 Kỳ Anh 2006 KCN Gia Lách 100 Xuân An, Nghi Xuân 2008 KCN Hạ Vàng 300 Can Lộc 2008 CCN sản xuất tập trung làng nghề mộc Thái Yên 3,5 Đức Thọ 2007 CCN Đức Yên - Đức Thọ - KCN Cẩm Vịnh 6 Cẩm Xuyên 2009 KCN khai thác mỏ sắt Thạch Khê - Thạch Hà 2007 CCN - TTCN Thạch Văn - Thạch Hội 5,3 2005 Nguồn: [34] Trong quá trình khai thác khoáng sản, địa hình bị biến đổi dẫn đến thay đổi sự phân bố năng lượng bề mặt. Đặc biệt, nguồn nước ngầm tương đối phong phú trong dải cồn cát rộng và cao.Đây là nguồn nước ngọt duy nhất cung cấp cho nhu cầu sinh hoạt và một phần tưới tiêu cho dân cư địa phương. Tuy nhiên, lưu lượng nước ngầm lại có sự biên động mạnh theo mùa, nguồn nước vào mùa mưa thì dồi dào và mùa khô thường bị thiếu hụt. Việc khai đào gây hiện tượng xáo trộn cấu trúc của tầng cát đến độ sâu 8-15m so với bề mặt địa hình ban đầu, cùng với việc mở rộng các hố khai thác đến gần bờ biển. Đồng thời, việc sử dụng nguồn nước ngọt tại chỗ cho hoạt động khai thác và tuyển quặng làm cho một lượng lớn nước bị bốc hơi và hao hụt. Điều đó dẫn đến chất lượng cũng như trữ lượng nguồn nước ngầm bị thay đổi. Mực nước ngầm sẽ bị hạ thấp ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt và sản xuất của dân cư trong vùng cũng như đối với dân sinh, việc khai thác nước phục vụ các hoạt động phát triển công nghiệp ngày càng lớn, nguy cơ dẫn đến làm biến đổi tính cơ lý của nền đất trên diện rộng và sẽ đẩy nhanh quá trình thấm, hòa tan các chất hữu cơ trên bề mặt vào nguồn nước và XNM vùng ven biển. 14 CHƯƠNG III ĐẶC ĐIỂM XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM VÀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ, SỬ DỤNG HỢP LÝ 3.1. Cơ sở lý thuyết và mô hình toán học về dòng ngầm Mô hình hoá quá trình thấm của NDĐ là phương pháp thực nghiệm để giải các bài toán động lực học NDĐ bằng việc xác định lưu lượng dòng thấm và sự phân bố áp lực trên toàn bộ miền chuyển động của NDĐ, kể cả trên ranh giới. Chuyển động của NDĐ được mô phỏng bởi phương trình vi phân đạo hàm riêng trên cơ sở phương trình cân bằng khối lượng của nước trong thể tích phân bố tầng chứa nước và định luật thấm Dacxi dưới dạng phương trình 3.1. Bản chất mô hình toán là mô tả đông thái mực nước trong điều kiện môi trường không đồng nhất và dị hướng với các điều kiện biên, điều kiện ban đầu của tầng chứa nước tạo thành một mô hình toán học về dòng chảy nước dưới đất. Toàn bộ sự biến thiên độ cao mực nước ngầm được mô tả bằng một phương trình đạo hàm riêng duy nhất sau: + + − = (3.1) Trong đó: Kxx , Kyy , Kzz: các hệ số thấm theo các hướng x,y và z. h: cốt cao mực nước tại vị trí (x,y,z) ở thời điểm t; W là Môdul dòng ngầm, hay là các giá trị bổ cập, giá trị thoát đi của nước ngầm tính tại vị trí (x,y,z) ở thời điểm t. W = W(x,y,z,t) là hàm số phụ thuộc thời gian và vị trí không gian (x,y,z); Ss là hệ số nhả nước đơn vị (1/m); Ss = Ss(x,y,z), Kxx = Kxx(x,y,z), Kyy = Kyy(x,y,z), Kzz = Kzz(x,y,z) các hàm phụ thuộc vào vị trí không gian x,y,z. Để giải phương trình (3.1) phải tìm hàm số h(x,y,z,t) thoả mãn (3.1) và thoả mãn các điều kiện biên. Sự biến động của giá trị h theo thời gian sẽ xác định bản chất của dòng chảy, từ đó có thể dự báo động thái NDĐ cũng như tính toán các hướng của dòng chảy. Việc tìm lời giải giải tích h(x,y,z,t) của phương trình (3.1) chỉ khi nào miền nghiên cứu được mô phỏng bằng sơ đồ toán học. Thực tế, miền thấm có điều kiện rất phức tạp, do đó buộc phải giải bằng phương pháp gần đúng. Một trong các phương pháp giải gần đúng được áp dụng rộng rãi là phương pháp sai phân hữu hạn. Khi áp dụng phương pháp sai phân hữu hạn, không gian nghiên cứu được phân ra hay rời rạc hóa thành nhiều ô, trong mỗi ô, các giá trị tham gia vào phương trình được coi làkhông đổi. Giá trị này xấp xỉ với giá trị thực tế. Kết quả h(x,y,z,t) sẽ là một lưới ô các giá trị h. Bằng cách này đưa phương tr tính. Số lượng phương tr lưới càng nhỏ thì kết quả thu đ phương trình (3.1). Để hình dung sẽ bắt đầu từ quá trình rời rạc hoá. Hình 3.1: Ô l Không gian nghiên c nước. Mỗi lớp chứa nước lại đ dưới đất trong mỗi tầng chứa n cách nước hoặc không có d tính”. Hệ phương trình sai phân nh sở lý thuyết cân bằng của Buxines: Tổng d sự thay đổi thể tích nước có trong ô. Giả thiết rằng khối l là không đổi thì qui tắc cân bằng d trình sau: Trong đó: Qi là lượng nước chảy v Ss là giá trị của hệ số nhả n V là thể tích ô; h là giá trị biến thi 15 ình đạo hàm riêng (3.1) về một hệ ph ình tương đương với số các ô lưới chia. R ược từ lời giải sai phân càng gần với lời giải đúng của được phương pháp sai phân áp d ưới và các loại ô trong mô h ứu được phân theo chiều thẳng đứng z th ược chia thành các ô nhỏ hơn. Vùng ho ước sẽ được đánh dấu là “ô trong mi òng chảy thấm qua thì được đánh dấu l ận được từ phương trình (3.1) đư òng chảy đến và chảy đi từ một ô phải bằng ượng riêng c òng chảy cho một ô được thể hiện bằng ph ∑ = ∆ ∆ ∆ ào ô (nếu chảy ra thì Q lấy giá trị âm); ước, nó chính là giá trị Ss(x,y,z); ên của h trong thời gian t tại ô lưới đang xét. ương trình tuyến õ ràng nếu bước ụng như thế nào, ta ình ành các lớp chứa ạt động của nước ền tính”. Những ô à “ô ngoài miền ợc thành lập trên cơ ủa nước dưới đất ương (3.2) 16 Hình 3.2 mô tả cho một ô lưới (i,j,k) và 6 ô bên cạnh nó, (i-1,j,k), (i+1,j,k), (i,j- 1,k), (i,j+1,k), (i,j,k-1), (i,j,k+1) dòng chảy từ ô (i,j,k) sang các ô bên cạnh (nếu chảy vào mang dấu dương, chảy ra mang dấu âm). Hình 3.2: Ô lưới i,j,k và 6 ô bên cạnh Nếu đặt CRi,j-1/2,k là sức cản thấm trong hàng thứ i, lớp thứ k giữa các nút lưới (i,j-1,k) và (i,j,k) được tính theo công thức: CR i,j-1/2,k=KRi,j-1/2,kcivk/rj-1/ (3.3) Trong đó:KRi,j-1/2,k là hệ số thấm giữa các nút lưới (i,j,k) và (i,j-1,k); civk là diện tích bề mặt vuông góc với phương dòng chảy; rj-1/2 là khoảng cách giữa các nút lưới (i,j,k) và (i,j-1,k). Lưu lượng cung cấp cho ô lưới từ biên theo phương trình tổng quát sau: ai,j,k,n = pi,j,k,n hi,j,k + qi,j,k,n (3.4) Trong đó:ai,j,k,nbiểu diễn dòng chảy từ nguồn thứ n vào trong nút lưới (i,j,k); hi,j,k mực nước của nút (i,j,k); pi,j,k,n , qi,j,k,nlà các hệ số có thứ nguyên (L2t-1) và (L3t-1) tương