Ảnh hưởng nước biển dâng đến tài nguyên nước ngầm trên huyện Đảo Phú Quý

thấm đáy lòng. Như vậy, lưu lượng dòng thấm giữa sông và nút lưới (i,j,k) sẽ tỷ lệ với mực nước của ô lưới và mực nước trong sông: ai,j,k,2 = CRiVi,j,k,2(Ri,j,k-hi,j,k) (18) Trong đó: - Ri,j,k là mực nước trong sông - CRIVi,j,k,2 là giá trị sức cản thấm Phương trình trên có thể được biến đổi như sau: 74 ai,j,k,2 = -CRiVi,j,k,2hi,j,k + CRiVi,j,k,2Ri,j,k (19) Như vậy thành phần thứ nhất của vế phải chính là pi,j,k,2 và thành phần thứ hai chính là qi,j,k,2. Một cách tổng quát, nếu có n nguồn cấp vào trong ô lưới, lưu lượng tổng hợp QSi,j,k có thể được viết như sau: QSi,j,k = Pi,j,k hi,j,k + Qi,j,k (20) Trong đó: Pi,j,k = pi,j,k,n và Qi,j,k =qi,j,k,n Thay hệ phương trình (10 - 15) và các phương trình điều kiện biên (20) vào phương trình (2) ta có: CRi,j-1/2,k(hi,j-1,k-hi,j,k)+CRi,j+1/2,k(hi,j+1,k-hi,j,k)+ +CCi-1/2,j,k(hi-1,j,k-hi,j,k)+CCi+1/2,j,k(hi+1,j,k-hi,j,k)+ (21) +CVi,j,k-1/2(hi,j,k-1-hi,j,k)+CVi,j,k+1/2(hi,j,k+1-hi,j,k)+ +Pi,j,khi,j,k-1+Qi,j,k=SSi,j,k(rjcjvk) hi,j,k/t. Sai phân giá trị hi,j,k/t ta có: (22) Trong đó: - tm và tm-1: thời điểm m và m-1 - hi,j,km và hi,j,km-1 là giá trị mực nước của ô (i,j,k) tại thời điểm m và (m-1) Thay vào hệ phương trình (21) từ bước thời gian tm-1 đến tm ta có: CRi,j-1/2,k(hmi,j-1,k-hmi,j,k)+CRi,j+1/2,k(hmi,j+1,k-hmi,j,k)+ +CCi-1/2,j,k(hmi-1,j,k-hmi,j,k)+CCi+1/2,j,k(hmi+1,j,k-hmi,j,k)+ +CVi,j,k-1/2(hmi,j,k-1-hmi,j,k)+CVi,j,k+1/2(hmi,j,k+1-hmi,j,k)+ + Pi,j,khmi,j,k-1+Qi,j,k=SSi,j,k(rjcjvk)(hmi,j,k-hm-1i,j,k)/(tm -tm-1) (23) 1 1 ,,,,,,             mm m kji m kji m kji tt hh t h 75 Phương trình trên sẽ được viết cho các ô mà mực nước thay đổi theo thời gian. Như vậy, ta sẽ lập được một hệ phương trình có số phương trình tương ứng với số ô lưới. Giải hệ phương trình này với điều kiện biết được mực nước hm-1i,j,k (điều kiện ban đầu) ta sẽ xác định được mực nước hmi,j,k. Cứ lần lượt như vậy, ta có thể xác định được mực nước cho bất kỳ thời điểm nào. 3.1.1.3. Phương pháp giải phương trình sai phân Hệ phương trình trên được giải bằng phương pháp lặp, người ta tiến hành chia nhỏ khoảng thời gian (tm-1,tm), kết quả nhận được là lời giải gần đúng. Khi thời gian tăng lên thì h sẽ thay đổi. Khi h đạt được sự ổn định (chênh lệch h tính được giữa 2 bước thời gian kế cận nhau là nhỏ hơn một giá trị cho phép) thì mực nước đạt được sự cân bằng động và tại đây kết thúc quá trình tính toán. Để phương pháp lặp hội tụ, người ta chọn bước thời gian tăng theo cấp số nhân, khi đó thừa số 1/(tm-1 - tm) sẽ tiến nhanh tới 0 do đó các tổng có liên quan đến thừa số này hội tụ. Có thể hình dung cách giải hệ phương trình (23) bằng phương pháp lặp. 3.1.1.4. Một số loại biên trong mô hình Trong thực tế, không cần thiết phải viết phương trình dạng (23) cho tất cả các ô lưới khi những ô lưới nào đó có thể thiết lập các điều kiện biên trên đó. Có 3 loại điều kiện biên chính như sau: + Điều kiện biên loại I: là điều kiện biên mực nước được xác định trước (còn gọi là điều kiện biên Dirichlet). Đó là ô mà mực nước được xác định trước và giá trị này không đổi trong suốt bước thời gian tính toán. + Điều kiện biên loại II: là điều kiện biên dòng chảy được xác định trước (còn gọi là điều kiện biên Neumann). Đó là các ô mà lưu lượng dòng chảy qua biên được xác định trước trong suốt bước thời gian tính toán. Trường hợp không có dòng chảy thì lưu lượng được xác định bằng không. 76 Hình 11. Sơ đồ bước giải theo phương pháp lặp trong mô hình + Điều kiện biên loại III: là điều kiện biên lưu lượng trên biên phụ thuộc vào mực nước (còn gọi là điều kiện biên Cauchy hoặc biên hỗn hợp). Các dạng biên thường gặp: + Biên sông (River): biên loại này được mô phỏng cho dòng chảy giữa tầng chứa nước và nguồn chứa nước thường là sông hay hồ... Nó cho phép dòng chảy từ tầng chứa vào trong nguồn chứa. Nước cũng có thể chảy từ nguồn chứa vào trong tầng chứa nước nhưng nguồn thấm này không phụ thuộc vào mực nước của sông, suối 77 (a) Mặt cắt biểu diễn điều kiện biên sông (b) Mô phỏng trên mô hình Hình 12. Điều kiện biên sông (River) Hệ số sức cản thấm của biên sông được thể hiện trong công thức: CRIV = KrLW/M (24) Trong đó: CRIV: là giá trị sức cản thấm, Kr: Hệ số thấm theo phương thẳng đứng của lớp trầm tích đáy lòng, L: Chiều dài lòng sông trong ô, W: Chiều rộng lòng sông trong ô, M: Chiều dày của lớp trầm tích đáy lòng. Lưu lượng dòng thấm giữa sông và tầng chứa được tính theo công thức: QRIV = CRIV (HRIV - h) khi -h>RBOT (25) Trong đó: HRIV: mực nước trong sông, h: mực nước của tầng chứa ngay dưới đáy lòng sông, RBOT: cốt cao đáy sông. Trong trường hợp mực nước của tầng chứa nằm dưới đáy sông thì lúc đó lưu lượng dòng thấm sẽ đạt ổn định và tính theo công thức: QRIV = CRIV (HRIV - RBOT) khi h <= RBOT (26) + Biên kênh thoát (Drain): cơ chế hoạt động của loại biên này không khác mấy so với biên sông, ngoại trừ không cho phép nguồn thấm từ kênh vào tầng chứa nước. Điều này cũng có nghĩa rằng lượng nước thoát ra kênh QD sẽ bằng 0 khi mực nước trong ô lưới nhỏ hơn hoặc cốt cao đáy kênh: 78 QD = 0 khi h  d. (27) Khi mực nước nằm cao hơn đáy kênh thì lưu lượng dòng thoát ra kênh QD sẽ được tính theo công thức: QD = CD(h - d) khi h > d (28) Đối với kênh thoát giá trị sức cản thấm CD được tính như đối với sức cản thấm của biên sông (CRIV). Hình 13. Điều kiện biên kênh thoát (Drain) + Điều kiện biên tổng hợp (General head boundary - GHB): điều kiện biên loại này cũng tương tự như điều kiện biên sông. Lưu lượng dòng thấm qua biên được tính theo công thức: Qb = Cb(hb - h) Sức cản thấm Cb cũng tương tự như sức cản thấm đáy lòng biểu thị sức cản dòng chảy giữa biên và tầng chứa nước 79 Hình 14. Điều kiện biên tổng hợp trong mô hình (GHB) + Biên bốc hơi (Evapotranspiration - ET): biên loại này đòi hỏi phải gán giá trị mô đun bốc hơi lớn nhất RETM cho các ô xảy ra quá trình bốc hơi. Gía trị này đạt được khi mực nước trong ô bằng với bề mặt địa hình (hs). Hình 15. Điều kiện biên bốc hơi trong mô hình (ET) Quá trình bốc hơi sẽ không xảy ra khi mực nước trong ô nằm dưới mực nước bốc hơi cho phép (d). Giữa hai giá trị này lượng bốc hơi (QET) sẽ được nội suy tuyến tính theo công thức: QET = QETM khi h>hs (29) Trong đó: QETM = RETM.x. y QET = 0 khi h < (hs-d) (30) 80 QET = QETM {h - (hs - d)}/d khi (hs-d)  h  hs (31) + Lỗ khoan hút nước hoặc ép nước (Well): để mô phỏng các lỗ khoan hút nước hoặc ép nước trên mô hình, lưu lượng của các lỗ khoan trong ô lưới được đặt là lưu lượng tổng cộng QWT chính là bằng tổng lưu lượng của các lỗ khoan hoặc các đoạn ống lọc của các lỗ khoan đặt trong các tầng chứa nước khác nhau Qi,j,k (McDonald và Harbaugh,1988). Hình 16. Các ô lưới sai phân hai chiều xung quanh ô có lỗ khoan Lưu lượng đơn lẻ cho các tầng chứa nước khác nhau đó được tính như sau: Qi,j,k = Ti,j,k (QWT/(Ti,j,k) (32) Trong đó: Ti,j,k là hệ số dẫn nước của tầng chứa nước, Ti,j,k là hệ số dẫn nước tổng cộng cho tất cả các lớp mà lỗ khoan khoan qua. Tính hoàn chỉnh hay không hoàn chỉnh của lỗ khoan được mô phỏng bằng việc xác định vị trí đoạn ống lọc nằm trong tầng chứa nước mà lỗ khoan có trong thực tế. Bán kính của lỗ khoan được mô phỏng trên mô hình lúc này sẽ là bán kính hiệu dụng re. Độ lớn của nó phụ thuộc vào kích thước của ô lưới và xác định theo công thức sau: re = 0,208a khi bước lưới đều a = x = y Khi bước lưới không đều theo phương x, re được tính theo công thức: 81 (33) Trong đó: C là hệ số xác định theo bảng tra theo trị số N =xi+1,j/xi,j. Trong trường hợp bước lưới đều nhưng x  y ta có: (34) Ở đây giá trị E được xác định từ bảng tra theo trị số . là giá trị lớn nhất của các tỷ số x/y hoặc y/x. Để chứng minh công thức (35) ta xét một phân tố i,j. Theo định luật Darcy, lưu lượng từ mỗi phân tố bên cạnh được tính: (35) Theo Thiem, lưu lượng dòng chảy từ mặt cắt r = x = a đến r = re ta có: (36) Từ phương trình (35) và (36) ta rút ra: a/re = e/2 = 4,81 hay re = 0,208a Chính vì vậy kết quả dự báo trị số hạ thấp mực nước tại các giếng khai thác sẽ được hiệu chỉnh theo công thức giải tích từ giếng được mô phỏng. 3.1.1.5. Đánh giá mức độ tin cậy của mô hình Kết quả giải bài toán ngược cần phải được đánh giá cả về chất lượng lẫn định lượng. Cho đến nay vẫn chưa có một tiêu chuẩn cụ thể nào được đưa ra (National Research Council, 1990). Việc đánh giá sai số mực nước giữa mô hình và quan trắc là một chỉ tiêu rất tốt, tuy nhiên không phải lúc nào cũng thực hiện dễ dàng. Mục , C x r jie    Eyxre    )/ln(2 )( 4 ,,1¦ e jijiWT ra hhTQ     4 ,,1¦ a hh aT Q jijiWT   82 đích cuối cùng của bài toán chỉnh lý là cực tiểu hóa giá trị sai số. Có 3 loại sai số để đánh giá sự sai khác mực nước giữa quan trắc và mô hình là: - Sai số trung bình (ME) là sai số trung bình giữa mực nước quan trắc (hm) và mực nước mô hình (hs): ( )m sh hME n    (37) Trong đó: n là số điểm chỉnh lý Kết quả này ít có giá trị tham khảo và không được sử dụng rộng rãi để đánh giá sai số bởi vì đôi khi giá trị sai khác mang dấu âm và dương sẽ loại trừ nhau và cuối cùng vẫn có thể đạt trị số ME cực tiểu - Sai số tuyệt đối trung bình (MAE): ( )m sh hMAE n    (38) - Sai số trung bình quân phương (RMS) hay là độ lệch chuẩn: n hh RMS sm  2)( (39) Sai số MAE và RMS là chỉ tiêu tốt để đánh giá chất lượng của mô hình. 3.1.2. Mô hình chất lượng nước MT3D Vận chuyển dung dịch trong môi trường lỗ rỗng là quá trình cơ lý, hoá học rất phức tạp, trong đó hai thành phần cơ bản của quá trình này là: vận chuyển của các chất hoà tan dưới tác dụng thuỷ động lực và khuyếch tán của các ion và phần tử được hoà tạn trong nước từ vùng có nồng độ cao tới vùng có nồng độ thấp. Khi nước bị nhiễm bẩn chảy qua môi trường lỗ rỗng nó sẽ trộn lẫn với nước không bị nhiễm bẩn qua trình phân tán cơ học sẽ làm cho nó bị pha loãng và làm giảm nồng độ của chúng. 83 Quá trình khuyếch tán phân tử và phân tán cơ học không thể tách rời nhau trong một dòng ngầm và cả hai quá trình này được gọi là quá trình phân tán thuỷ động lực. Phương trình vi phân phân tán thuỷ động lực một chiều có dạng: t C x C V x C D x2 2 L         (40) ở đây: DL- Hệ số phân tán thuỷ động lực theo chiều dọc; C - Nồng độ dung dịch; VX- Tốc độ chuyển động trung bình của dòng ngầm theo phương x; t - Thời gian tính từ khi bắt đầu xảy ra quá trình khuyếch tán; DL được xác định bởi công thức: DL = aLVX + D* trong đó: aL - hệ số phân tán động, theo nghiên cứu thực nghiệm của Neuman(1990) khi chiều dài của dòng ngầm nhỏ hơn 3500m, aL được xác định bởi phương trình: aL = 0.0175 L1.46 D* - hệ số khuyếch tán phân tử và có giá trị rất nhỏ có thể bỏ qua khi tốc độ chuyển động của nước ngầm khá lớn. Trong trường hợp đơn giản nồng độ dung dịch tại vị trí nguồn C0 không đổi theo thời gian, tốc độ chuyển động của nước ngầm cũng không đổi theo thời gian và không gian thì nồng độ dung dịch ở thời điểm t tại vị trí cách nguồn khoảng cách L được xác định bởi phương trình: C C erfc L V t D t V L D erfc L V t D t x L x L x L                             0 2 2 2 . . . . (41) 84 Trong trường hợp phức tạp phương trình vi phân được giải bằng phương pháp số. Giải phương trình phân tán thuỷ động lực bằng phương pháp sai phân hữu hạn. Phương trình được viết dưới dạng sai phân ẩn có dạng:      1k1i1k1i 1k i 1k i 1k i2 k i 1k i CC xn tv CC2C xn D.t CC              (42) Trong công thức trên i là số hiệu nút, k là chỉ số thời gian. 3.2. Thiết lập mô hình tính toán cho đảo Phú Quý 3.2.1. Miền tính lưới tính Bài toán mô phỏng nước ngầm và độ mặn cho khu vực đảo Phú Quý là bài toán phức tạp, đòi hỏi lưới tính đủ nhỏ. Bởi vậy, lưới tính sử dụng để tính toán trong nghiên cứu này là 50 mét, với miền tính toán được xây dựng trên tọa độ UTM-49, được giới hạ như sau: từ 1161590 đến 1161714 theo chiều Vĩ tuyến (gồm 124 hàng); từ 272200 đến 277310 theo chiều kinh tuyến (gồm 110 cột) (hình 17) Hình 17. Miền tính và lưới tính khu vực đảo Phú Quý 85 3.2.2. Sơ đồ hóa các tầng chứa nước trên đảo Phú Quý Theo báo cáo địa chất thủy văn trên đảo có bốn nhóm địa chất theo thành phần thạch học, thời kỳ hình thành, và phân bố lộ diện (hình 18). Trong đó trầm tích gió và trầm biển được gộp vào một tầng có mầu xanh sẫm; Bazan nứt nẻ tuổi Holocen màu xanh da trời; Bazan nứt nẻ tuổi Pleistocen trung - thượng mầu vàng; Bazan lỗ hổng tuổi Pleistocen trung mầu đỏ. a. Phân bố địa chất trên đảo Phú Quý b. Phân bố lộ diện địa chất trên đảo Phú Quý Hình 18. Phân bố địa chất trên đảo Phú Quý Với 4 nhóm địa chất trên đảo Phú Quý khi đưa vào mô hình GMS được nhóm thành các lớp địa chất như sau: + Lớp 1: gồm trầm tích gió tuổi Holocen, trầm tích biển tuổi Pleistocen thượng, Bazan nứt nẻ tuổi Holocen, Bazan nứt nẻ tuổi Pleistocen trung thượng với hệ số thấm hình 18.a; + Lớp 2: gồm Bazan nứt nẻ có tuổi Pleistocen trung-thượng phân bố xung quanh đảo và Bazan lỗ hổng tuổi Pleistocen trung phân bố trung tâm đảo với hệ số thấm hình 18.b; + Lớp 3: gồm Bazan nứt nẻ có tuổi Pleistocen trung-thượng phân bố phía tây bắc đảo, một vài vùng nhỏ ven biển và Bazan lỗ hổng tuổi Pleistocen trung phân bố phần còn lại của đảo với hệ số thấm hình 18.c; + Lớp 4: Bazan lỗ hổng tuổi Pleistocen trung với hệ số thấm hình 18.d; 86 (a) (b) (c) (d) Hình 18. Hệ số thấm tại các tầng địa chất theo phương ngang Hình 19. Bản đồ địa hình đảo Phú Quý 87 3.2.3. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu Biên biển được lấy bằng giá trị mực nước trung bình nhiều năm tại trạm hải văn Phú Quý (H=0 mét); Biên Mặn được lấy theo độ mặn trung bình của các giếng ven biển theo thống kê năm 2005 trên đảo (S=1.6o/oo); Biên bốc hơi lấy tư số liệu bốc hơi trạm hải văn Phú Quý rồi lấy tương ứng theo bề mặt thảm phủ trên đảo bảng 12, hình 20. Bảng 12. Phân vùng bốc hơi trên đảo Phú Quý TT Vùng bốc hơi Tỷ lệ bốc hơi (%) 1 Rừng 70 2 Đất khác 100 Hình 20. Bản đồ phân vùng bốc hơi trên đảo Phú Quý 88 Biên phục hồi được lấy từ số liệu mưa tại trạm hải văn Phú Quý rồi lấy tương ứng với lớp bề mặt thảm phủ trên đảo (bảng 13, hình 21) Bảng 13. Phân bố vùng phục hồi nước dưới đất cho đảo Phú Quý TT Vùng phục hồi Tỷ lệ phục hồi từ mưa (%) 1 Rừng 80 2 Đất khác 40 Hình 21. Bản đồ phân vùng phục hồi nước ngầm từ mưa trên đảo Phú Quý 89 3.3. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm 3.3.1. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm với bài toán ổn định Việc giải bài toán này được thực hiện rất nhiều lần với nghiệm của lần này được dùng làm điều kiện mực nước ban đầu cho lần sau. Việc thực hiện bài toán lặp này chấm dứt khi mực nước ban đầu cho mô hình được xác lập với sai số so với dữ liệu quan trắc mực nước. Kết quả hiệu chỉnh bài toán ổn định tại thời điểm 10/2005 đã xác lập được hiện trạng mực nước với các loại sai số được ghi nhận tại các trạm quan trắc mực nước. Số liệu mực nước tại 6 giếng quan trắc được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm nghiệm trong bài toán ổn định. Trong đó 2 giếng là số liệu mực nước thuộc lớp 1 và 4 giếng là số liệu mực nước ngầm lớp 2. Hình 22 thể kết quả tính toán ổn định với sai số dao động từ 0,03 đến 0,7 mét. (a) Tầng chứa nước 1 (b) Tầng chứa nước 2 Hình 22. Kết quả hiệu chỉnh mô hình với bài toán ổn định 3.3.2. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm với bài toán không ổn định Để hiệu chỉnh các thông số của mô hình, chúng tôi sử dụng kết quả quan trắc của 6 trạm đo mực nước ngầm trên đảo (hình 23; bảng 14), với thời gian quan trắc từ 1/2010 đến 11/2011, lượng nước ngầm khai thác theo thống kê năm 2005 và cập nhật năm 2011. 90 Hình 23. Sơ đồ vị trí các giếng quan trắc mực nước ngầm khi đưa vào mô hình GMS Bảng 14. Vị trí các giếng quan trắc mực nước trên huyện đảo Phú Quý TT Tên trạm Kinh độ (m) Vĩ độ (m) Cao độ miệng giếng (m) 1 PQI-2C 548810 1162087 7,29 2 PQIII-1TB 547447 1162796 5,95 3 PQIII-2B 547738 1162998 11,18 4 PQIII-4B 549740 1164182 11,2 5 PQIV-3B 547465 1163460 7,11 6 PQIV-4A 547678 1163475 10,78 91 -8.00 -4.00 0.00 4.00 8.00 12.00 01/01/2010 11/04/2010 20/07/2010 28/10/2010 05/02/2011 16/05/2011 24/08/2011 Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán h(m) Time Trạm PQI-2C -8.00 -4.00 0.00 4.00 8.00 12.00 01/01/2010 11/04/2010 20/07/2010 28/10/2010 05/02/2011 16/05/2011 24/08/2011 Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán h(m) Time Trạm PQIII-1TB -6.00 -2.00 2.00 6.00 10.00 14.00 01/01/2010 11/04/2010 20/07/2010 28/10/2010 05/02/2011 16/05/2011 24/08/2011 Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán h(m) Time Trạm PQIII-2B -6.00 -2.00 2.00 6.00 10.00 14.00 01/01/2010 11/04/2010 20/07/2010 28/10/2010 05/02/2011 16/05/2011 24/08/2011 Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán h(m) Time Trạm PQIII-4B -6.00 -2.00 2.00 6.00 10.00 14.00 01/01/2010 11/04/2010 20/07/2010 28/10/2010 05/02/2011 16/05/2011 24/08/2011 Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán h(m) Time Trạm PQIV-3B -6.00 -2.00 2.00 6.00 10.00 14.00 01/01/2010 11/04/2010 20/07/2010 28/10/2010 05/02/2011 16/05/2011 24/08/2011 Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán h(m) Time Trạm PQIV-4A Hình 24. Biến trình độ sâu mực nước ngầm tính toán và thực đo trên đảo Phú Quý từ tháng 1/2010 đến tháng 11/2011 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm tại 6 giếng quan trắc mực nước ngầm cho thấy mô hình mô phỏng tốt nước ngầm. Mực nước tính toán ở tất cả các giếng quan trắc đều đồng pha với mực nước thực đo (hình 24). Sai số tuyệt đối trung bình dao động từ 0,42 đến 0,64 mét, lớn nhất tại trạm PQIV-3B, nhỏ nhất tại trạm PQI- 2C. Độ lệch quân phương dao động từ 0,5 đến 0,71, lớn nhất tại trạm PQIV-3B, nhỏ nhất tại trạm PQIV-4A. Ngoài ra, sai số đỉnh dao động trong khoảng từ 0,02 đến 92 1,78 mét. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm cho thấy các thông số trong mô hình đã ổn định có thể dùng để tính toán nước ngầm trên đảo. Bảng 15. Sai số giữa kết quả tính toán và thực đo tại các giếng quan trắc mực nước trên huyện đảo Phú Quý TT Tên trạm Cao độ miệng giếng (m) Sai số tuyệt đối trung bình Độ lệch chuẩn Sai số đỉnh (m) 1 PQI-2C 7,29 0,42 0,58 1,78 2 PQIII-1TB 5,95 0,56 0,63 0,41 3 PQIII-2B 11,18 0,51 0,65 1,09 4 PQIII-4B 11,2 0,45 0,54 0,02 5 PQIV-3B 7,11 0,64 0,71 1,26 6 PQIV-4A 10,78 0,44 0,50 1,2 3.4. Khôi phục số liệu nước ngầm trên đảo Để phục vụ tốt cho việc nghiên cứu và quy hoạch khai thác nước ngầm trên đảo Phú Quý luận văn sử dụng các thông số của mô hình sau khi được kiểm định để khôi phục số liệu nước ngầm trên đảo từ năm 2003 đến năm 2011. Trong qua trình khôi phục số liệu nước ngầm trên đảo luận văn sử dụng lưu lượng nước ngầm khai thác theo thông kê năm 2005, cập nhật hai nhà máy nước sạch trên đảo bắt đầu hoạt động đầu năm 2009 với công suất lần lượt là Ngũ Phụng 500m3/ngày đêm; Long Hải 400m3/ ngày đêm. 93 a-Tháng 4-2008 b-Tháng 4-2009 c-Tháng 4-2010 Hình 25. Trường mực nước ngầm tháng 4 trên đảo Phú Quý trước và sau khi 2 nhà máy nước đi vào hoạt động 94 Kết quả khôi phục số liệu nước ngầm cho thấy trên đảo trong quá khứ nước ngầm chưa bị ảnh hưởng nhiều của hiện tượng xâm nhập nặm. Trên đảo có hai khu vực bị nhiễm mặn nằm ở phía bắc đảo và khu vực phía tây nam (bãi biển Triều Dương). Trước năm 2009 khu vực xã Tam Thanh nơi có mật độ khai thác nước lớn đã có hiện tượng hạ thấp mực nước ngầm cục bộ (hình 25-a) và nêm nặm đã tiến khá sâu vào trong đảo. Sau khi hai nhà máy nước đi vào hoạt động đầu năm 2009 cũng tạo ra hai vùng hạ thấp mực nước trên đảo, đồng thời cũng xuất hiện hai nêm nặm khu vực đảo (hình 25-b, 25-c). Ngoài ra, nghiên cứu cũng sử dụng công thức kinh nghiệm tính lượng trữ lượng nước ngầm trên đảo từ năm 2003 đến 2011. Kết quả thể hiện trong bảng 1 phụ lục. 3.5. Tính toán trữ lượng nước ngầm trên đảo Phú Quý Việc đánh giá trữ lượng nước ngầm trên đảo sử dụng số liệu thống kê nguồn nước khai thác theo năm 2005 có cập nhật thêm lưu lượng khai thác thực năm 2011 của hai nhà máy nước ở xã Ngũ Phụng (500 m3/ngày đêm) và Long Hải (400 m3/ngày đêm). Trong đó các thông số mô hình tính toán trữ lượng này ứng với kịch bản như sau: + Các thông số của mô hình giữ nguyên theo quá trình hiệu chỉnh kiểm nghiệm; + Sử dụng quá trình mưa, bốc hơi trung bình tháng nhiều năm; + Biên biển là mực nước trung bình (H=0 mét); + Biên mặn là giá trị trung bình của các giếng ven biển (S=1.6o/oo); Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 16 cho thấy trữ lượng nước dưới đất trên đảo vào khoảng 6,8 đến 7,9 triệu m3, trong đó có khoảng 0,62 đến 0,63 triệu m3 nước bị nhiễm mặn chiếm khoảng 8,4% đến 9,3% tổng trữ lượng nước ngầm trên đảo. Tổng trữ lượng nước ngọt trên đảo vào khoảng đến 6,08 đến 7,28 triệu m3 chiếm 90,7 đến 92,1% tổng trữ lượng nước ngầm trên đảo. Trữ lượng khai thác tiêm năng trên đảo vào khoảng 2,5 đến 3,6 triệu m3 chiếm 40,8 đến 50,4% tổng trữ lượng 95 nước ngọt trên đảo. Theo số liệu điều tra khảo sát cập nhật năm 2011 thì mức độ khai thác trên đảo vào khoảng 86,3 đến 95,5 nghìn m3/tháng chiếm 2,6 đến 3,7% trữ lượng khai thác tiềm năng trên Trong điều kiện bình thường tổng lượng nước bị nhiễm mặn chiếm khoảng 8,4% đến 9,3% tổng lượng nước dưới đất (bảng 16). Việc khai thác hiện nay trên đảo chưa ảnh hưởng nhiều đến sự xâm nhập mặn của nước biển đến nguồn nước ngầm của đảo. nhưng nêm mặn ở một số khu vực đã có xu hướng tiến vào trong đảo cục bộ nơi có lượng khai thác tập trung cao như phía tây nam đảo thuộc xã Tam Thanh. 96 Bảng 16. Trữ lượng nước ngầm trung bình nhiều năm của từng tháng trên đảo Phú Quý (103 m3) Thời gian (tháng) Trữ lượng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Trữ lượng Tĩnh 6049,6 6046,4 6043,9 6041,8 6040,1 6042,7 6044,0 6044,7 6045,8 6048,5 6050,9 6051,4 Trữ lượng động 1023,7 748,5 737,2 670,5 795,0 1197,8 1277,7 1107,3 1261,7 1854,2 1767,3 1299,5 Nước bị nhiễm mặn 618,8 619,6 619,6 623,8 626,3 623,8 625,5 625,5 623,8 622,2 619,7 619,7 Trữ lượng nước ngọt 6454,5 6175,3 6161,5 6088,5 6208,8 6616,7 6696,2 6526,5 6683,7 7280,5 7198,5 6731,3 Trữ lượng khai thác tiềm năng 2838,6 2562,5 2550,4 2483,0 2607,1 3010,6 3090,9 2920,7 3075,4 3668,7 3582,5 3115,0 Lượng khai thác 95,5 86,3 95,5 92,5 95,5 92,5 95,5 95,5 92,5 95,5 92,5 95,5 Trữ lượng khai thác tiềm năng = Trữ lượng động + 30% * Trữ lượng tĩnh 97 CHƯƠNG 4 ẢNH HƯỞNG NƯỚC BIỂN DÂNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU TƯƠNG LAI ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC NGẦM TRÊN HUYỆN ĐẢO PHÚ QUÝ 4.1. Tổng quan nghiên cứu nước biển dâng trong điều kiện biến đổi khí hậu trên thế giới [1] Sự nóng lên của hệ thống khí hậu toàn cầu là rất rõ ràng với biểu hiện của sự tăng nhiệt độ không khí và đại dương, sự tan băng diện rộng và qua đó là mức tăng mực nước biển trung bình toàn cầu. Các quan trắc cho thấy rằng nhiệt độ tăng trên toàn cầu và tăng nhiều hơn ở các vĩ độ cực Bắc. Trong 100 năm qua (1906 – 2005), nhiệt độ trung bình toàn cầu đã tăng khoảng 0.74OC, tốc độ tăng của nhiệt độ trong 50 năm gần đây gần gấp đôi so với 50 năm trước đó (Hình 26). Hình 26. Diễn biến chuẩn sai nhiệt độ trung bình Trên phạm vi toàn cầu lượng mưa tăng lên ở các đới phía Bắc vĩ độ 30OB thời kỳ 1901–2005 và giảm đi ở các vĩ độ nhiệt đới, kể từ giữa những năm 1970 (Hình 26). Ở khu vực nhiệt đới, mưa giảm đi ở Nam Á và Tây Phi với trị số xu thế là 7,5% cho cả thời kỳ 1901–2005. Ở đới vĩ độ trung bình và vĩ độ cao, lượng mưa tăng lên rõ 98 rệt ở miền Trung Bắc Mỹ, Đông Bắc Mỹ, Bắc Âu, Bắc Á và Trung Á. Tần số mưa lớn tăng lên trên nhiều khu vực, kể cả những nơi lượng mưa có xu thế giảm đi (IPCC, 2010). Sự nóng lên của hệ thống khí hậu đã rõ ràng được minh chứng thông qua số liệu quan trắc ghi nhận sự tăng lên của nhiệt độ không khí và nhiệt độ nước biển trung bình toàn cầu, sự tan chảy nhanh của lớp tuyết phủ và băng, làm tăng mực nước biển trung bình toàn cầu (IPCC, 2007). Theo các nhà khoa học về biến đổi khí hậu toàn cầu và nước biển dâng cho thấy, đại dương đã nóng lên đáng kể từ cuối thập kỷ 1950. Các nghiên cứu từ số liệu quan trắc trên toàn cầu cho thấy, mực nước biển trung bình toàn cầu trong thời kỳ 1961 - 2003 đã dâng với tốc độ 1,8  0,5 mm/năm, trong đó, đóng góp do giãn nở nhiệt khoảng 0,42  0,12 mm/năm và tan băng khoảng 0,70  0,50 (IPCC, 2007) (hình 26). Nghiên cứu cập nhật năm 2009 cho rằng tốc độ mực nước biển trung bình toàn cầu dâng khoảng 1,8 mm/năm (Chuch và White, 2009). Hình 27. Diễn biến lượng mưa năm ở các vùng khác nhau trên thế giới 99 Hình 28. Xu thế biến động mực nước biển trung bình tại các trạm toàn cầu 4.2. Tổng quan nghiên cứu nước biển dâng trong điều kiện biến đổi khí hậu ở Việt Nam [1] Ở Việt Nam, xu thế biến đổi của nhiệt độ và lượng mưa là rất khác nhau trên các vùng trong 50 năm qua. Nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng 0,5oC trên phạm vi cả nước và lượng mưa có xu hướng giảm ở nửa phần phía Bắc, tăng ở phía Nam lãnh thổ. Nhiệt độ tháng I (tháng đặc trưng cho mùa đông), nhiệt độ tháng VII (tháng đặc trưng cho mùa hè) và nhiệt độ trung bình năm tăng trên phạm vi cả nước trong 50 năm qua. Nhiệt độ vào mùa đông tăng nhanh hơn so với vào mùa hè và nhiệt độ vùng sâu trong đất liền tăng nhanh hơn nhiệt độ vùng ven biển và hải đảo. Vào mùa đông, nhiệt độ tăng nhanh hơn cả là Tây Bắc Bộ, Đông Bắc Bộ, đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ (khoảng 1,3 - 1,5oC/50 năm). Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ có nhiệt độ tháng I tăng chậm hơn so với các vùng khí hậu phía Bắc (khoảng 0,6- 0,9OC/50 năm). Tính trung bình cho cả nước, nhiệt độ mùa đông ở nước ta đã tăng lên 1,2oC trong 50 năm qua. Nhiệt độ tháng VII tăng khoảng 0,3-0,5oC/50 năm trên tất cả các vùng khí hậu của nước ta. Nhiệt độ trung bình năm tăng 0,5 – 0,6oC/50 năm ở Tây Bắc, Đông Bắc Bộ, đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam 100 Bộ còn mức tăng nhiệt độ trung bình năm ở Nam Trung Bộ thấp hơn, chỉ vào khoảng 0,3oC/50 năm. Lượng mưa mùa ít mưa (tháng XI-IV) tăng lên chút ít hoặc không thay đổi đáng kể ở các vùng khí hậu phía Bắc và tăng mạnh mẽ ở các vùng khí hậu phía Nam trong 50 năm qua. Lượng mưa mùa mưa nhiều (tháng V-X) giảm từ 5 đến trên 10% trên đa phần diện tích phía Bắc nước ta và tăng khoảng 5 đến 20% ở các vùng khí hậu phía Nam trong 50 năm qua. Xu thế diễn biến của lượng mưa năm hoàn toàn tương tự như lượng mưa mùa mưa nhiều, tăng ở các vùng khí hậu phía Nam và giảm ở các vùng khí hậu phía Bắc. Khu vực Nam Trung Bộ có lượng mưa mùa ít mưa, mùa mưa nhiều và lượng mưa năm tăng mạnh nhất so với các vùng khác ở nước ta, nhiều nơi đến 20% trong 50 năm qua. Số liệu mực nước quan trắc cho thấy xu thế biến đổi mực nước biển trung bình năm không giống nhau tại các trạm hải văn ven biển Việt Nam. Trên dải ven biển Việt Nam, mặc dù hầu hết các trạm có xu hướng mực nước trung bình năm tăng, tuy nhiên, một số ít trạm lại có xu hướng mực nước giảm. Xu thế biến đổi trung bình của mực nước biển dọc bờ biển Việt Nam là khoảng 2,8 mm/năm. Số liệu mực nước đo đạc từ vệ tinh từ năm 1993 đến 2010 cho thấy, xu thế tăng mực nước biển trên toàn Biển Đông là 4,7mm/năm, phía Đông của Biển Đông có xu thế tăng nhanh hơn phía Tây. Chỉ tính cho dải ven bờ Việt Nam, khu vực ven biển Trung Trung Bộ và Tây Nam Bộ có xu hướng tăng mạnh hơn, trung bình cho toàn dải ven biển Việt Nam tăng khoảng 2,9mm/năm. 4.3. Kịch bản nước biển dâng trong điều kiện biến đổi khí hậu trên huyện đảo Phú Quý [2] Các kịch bản phát thải khí nhà kính được lựa chọn để tính toán, xây dựng kịch bản nước biển dâng cho huyện đảo Phú Quý tỉnh Bình Thuận được lấy theo các kịch bản biên đổi khí hậu cho Việt Nam là kịch bản phát thải trung bình của nhóm các kịch bản phát thải trung bình (kịch bản B2) và kịch bản phát thải cao nhất của nhóm các kịch bản phát thải cao (kịch bản A2). 101 - Theo kịch bản phát thải thấp (B1): Vào giữa thế kỷ 21, trung bình trên đảo Phú Quý, lượng mưa tăng 1,4%, mực nước biển dâng trong khoảng 24cm. Đến cuối thế kỷ 21, lượng mưa tăng 1,9%, mực nước biển dâng trong khoảng 55cm. - Theo kịch bản phát thải trung bình (B2): Vào giữa thế kỷ 21, trung bình trên đảo Phú Quý, lượng mưa tăng 1,5%, mực nước biển dâng trong khoảng 26cm. Đến cuối thế kỷ 21, lượng mưa tăng 2,9%, mực nước biển dâng trong khoảng 68cm. - Theo kịch bản phát thải cao (A2): Vào giữa thế kỷ 21, trung bình trên đảo Phú Quý, lượng mưa tăng 1,6%, mực nước biển dâng trong khoảng 30cm. Đến cuối thế kỷ 21, lượng mưa tăng 3,7%, mực nước biển dâng trong khoảng 102cm. 4.4. Ảnh hưởng của nước biển dâng trong điều kiện khí hậu tương lai đến tài nguyên nước ngầm huyện đảo Phú Quý 4.4.1. Nhóm kịch bản trung bình (B2) Kịch bản phát thải trung bình tương ứng với sự tăng dân số liên tục nhưng với tốc độ thấp hơn A2; chú trọng đến các giải pháp địa phương thay vì toàn cầu về ổn định kinh tế, xã hội và môi trường; mức độ phát triển kinh tế trung bình; thay đổi công nghệ chậm hơn và manh mún hơn so với B1. Theo kịch bản này thì sự thay đổi nhiệt độ, lượng mưa và mực nước biển ở huyện đảo Phú Quý sẽ diễn biến như sau: Bảng 17. Mức tăng của một số yêu tố so với thời kỳ 1980-1999 Mức tăng theo các năm của Nhiệt độ (oC) Lượng mưa (%) Mực nước biển (cm) Kịch bản 2020 2050 2100 2020 2050 2100 2020 2050 2100 B2 0,5 1,3 2,5 0,6 1,5 2,9 8 26 68 (Nguồn: Viện khoa học Khí tượng thuỷ văn và Môi trường 2012) 102 Bảng 18. Mức thay đổi lượng mưa trên đảo Phú Quý ứng với kịch bản cao (A2) so với thời kỳ 1980-1999 Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Đơn vị (%) 2020 -2,5 -2,0 -5,4 -1,5 -0,7 0,7 -0,2 0,5 0,5 2,9 3,6 -3,2 2050 -6,6 -6,2 -14,5 -4,0 -1,8 1,8 -0,6 1,3 1,3 7,6 9,6 -8,4 2100 -12,6 -12,3 -27,8 -7,6 -3,4 3,5 -1,1 2,5 2,5 14,5 18,4 -16,1 (Nguồn: Viện khoa học Khí tượng thuỷ văn và Môi trường 2012) Với họ kịch bản B2, chúng tôi đã tiến hành chạy mô hình GMS để tính toán mức độ xâm nhập mặn đến tài nguyên nước dưới đất. Việc đánh giá sự tác động của nước biển dâng trong điều kiện khí hậu tương lai đến sự xâm nhập mặn của nước ngầm trên đảo với các số liệu và thông số sau: + Các thông số của mô hình giữ nguyên theo quá trình hiệu chỉnh kiểm nghiệm; + Sử dụng số liệu mưa, bốc hơi trung bình tháng nhiều năm thay đổi theo kịch bản nước biển dâng kết hợp với yếu tố khí hậu trong tương lai; + Số liệu lưu lượng khai thác theo năm 2005 có cập nhật thêm lưu lượng khai thác với 100% công suất thiết kế của hai nhà máy nước ở xã Ngũ Phụng (1500 m3/ngày đêm) và Long Hải (500 m3/ngày đêm); + Biên biển là mực nước trung bình trong tương lai theo họ kịch bản B2; + Biên mặn là giá trị trung bình của các giếng ven biển (S=1.6o/oo); Dưới đây là một số kết quả tính toán ảnh hưởng của BDKH và nước biển dâng đến tài nguyên nước ngầm trên đảo Phú Quý: 103 5900.0 6400.0 6900.0 7400.0 7900.0 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII HT 2011 năm 2020 năm 2050 năm 2100 T rữ lư ợn g (1 0^ 3m ^ 3) BIỂU ĐỒ TRỮ LƯỢNG NƯỚC NGỌT THEO HỌ KỊCH BẢN TRUNG BÌNH Thời gian Hình 29. Biểu đồ trữ lượng nước ngọt dưới đất trên đảo Phú Quý hiện trạng trung bình năm 2011 và trong tương lai theo họ kịch bản trung bình 40.33 40.28 40.25 40.00 40.25 40.50 40.75 41.00 2020 2050 2100 T ỷ lệ n ư ớ c ng ọt ( % ) BIỂU ĐỒ TỶ LỆ TRỮ LƯỢNG NƯỚC NGỌT MÙA KHÔ TRÊN ĐẢO PHÚ QUÝ THEO HỌ KỊCH BẢN TRUNG BÌNH Thời gian Hình 30. Biểu đồ tỷ lệ trữ lượng nước ngọt dưới đất mùa khô trên đảo Phú Quý trong tương lai theo họ kịch bản trung bình 104 59.67 59.72 59.75 59.00 59.50 60.00 60.50 61.00 2020 2050 2100 Tỷ lệ n ư ớ c ng ọ t ( % ) BIỂU ĐỒ TỶ LỆ TRỮ LƯỢNG NƯỚC NGỌT MÙA MƯA TRÊN ĐẢO PHÚ QUÝ THEO HỌ KỊCH BẢN TRUNG BÌNH Thời gian Hình 31. Biểu đồ tỷ lệ trữ lượng nước ngọt dưới đất mùa mưa trên đảo Phú Quý trong tương lai theo họ kịch bản trung bình 570.0 590.0 610.0 630.0 650.0 670.0 690.0 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII HT 2011 năm 2020 năm 2050 năm 2100 T rữ lư ợ n g (1 0^ 3m ^3 ) BIỂU ĐỒ TRỮ LƯỢNG NƯỚC BỊ NHIỄM MẶN THEO HỌ KỊCH BẢN TRUNG BÌNH Thời gian Hình 32. Biểu đồ tổng lượng nước ngầm nhiễm măn trên đảo Phú Quý trong tương lai theo họ kịch bản trung bình 105 Bảng 19. Đánh giá mức tăng trữ lượng nước nhiễm mặn trong tương lai so với hiện trạng trung bình nhiều năm theo kịch bản B2 Mức tăng so kịch bản nền (%) Thời gian 2020 2050 2100 Tháng 1 4.89 3.57 1.51 Tháng 2 5.29 3.57 1.79 Tháng 3 6.09 3.84 1.92 Tháng 4 6.04 4.08 2.04 Tháng 5 6.68 5.38 2.30 Tháng 6 6.58 5.27 2.58 Tháng 7 6.15 4.98 2.31 Tháng 8 6.29 4.72 2.31 Tháng 9 6.44 4.75 2.18 Tháng 10 6.18 4.35 1.90 Tháng 11 5.68 3.56 1.91 Tháng 12 4.87 3.42 1.50 Kết quả tính toán với kịch bản phát thải trung bình B2 phân phối trữ lượng của nguồn nước ngọt trên đảo biến động rất phức tạp theo các tháng trong năm (hình 29). Phân phối trữ lượng nước ngọt trong năm diễn biến khá phức tạp, với trữ lượng nước ngọt lớn nhất vào hai tháng 10 và 11, nhỏ nhất vào tháng 4 và tháng 5. Từ tháng 6 - 7 trữ lượng nước ngọt tăng nên sau đó giảm nhẹ vào tháng 8 và tháng 9, sau đó tăng nhanh vào tháng 10. Sự phân phối này có quan hệ rất chặt với biến trình mưa trên đảo và không có thay đổi về xu thế nước ngầm trong tương lai. Sự 106 phức tạp của diễn biến nước ngầm còn thể hiện qua các giai đoạn từ nay đến cuối thế kỷ. Giai đoạn từ nay đến năm 2020, 2 nhà máy nước trên đảo hoạt động khai thác với 100% công xuất, nước biển dâng nhỏ, lượng mưa thay đổi ít dẫn đến trữ lượng nước ngầm giảm, giảm mạnh nhất vào tháng 5. Giai đoạn từ năm 2020 đến 2100 không tăng thêm lượng khai thác, mực nước biển tăng khác lớn (0,68m vào năm 2100), lượng mưa tăng vào mùa mưa, giảm vào mùa khô dẫn đến trữ lượng nước ngọt lai tăng lên so với năm 2020. Qua những phân tích trên cho thấy nước ngầm trên đảo tăng nên dưới tác động của nước biển dâng trong điều kiện khí hậu tương lai, sự sụt giảm trong giai đoạn trước năm 2020 chủ yếu là do tăng lượng khai thác. Sự tác động của nước biển dâng trong điều kiện khí hậu tương lai còn thể hiện ở kết quả thay đổi cán cân trữ lượng nước hai mùa hình 30 và hình 31. Dưới các tác động tổng hợp của các yếu tố khí hậu trong tương lai thì càng về cuối thế kỷ tỷ lệ trữ lượng nước ngọt mùa mưa càng tăng từ 59,67% năm 2020 đến 59,75% năm 2100. Ngược lại, tỷ lệ trữ lượng nước ngọt mùa khô trong tương lai lại giảm liên tục đến cuối thế kỷ từ 40,33% năm 2020, 40,28% năm 2050 và đến 40, 25 năm 2100. Hình 32 thể hiện kết quả nhiễm mặn của nước ngầm trên đảo: trong giai đoạn đầu từ nay đến 2020 mức độ xâm nhập mặn diễn ra mạnh trên đảo, với mức tăng 4,87% đến 6,68% so với năm 2011 (bảng 19). Sự tăng đột biết này trong vòng 9 năm là do hai nhà máy khai thác nước ngầm trên đảo đạt 100% công suất. Nhưng từ sau giai đoạn 2020 đến 2050, sau 30 năm mức độ xâm nhập thay đổi theo chiều ngược lại, giảm 1,1% đến 2,12% so với năm 2020. Hiện tượng này là do giả thuyết trong bài toán không thay đổi lượng khai thác nước ngầm so với năm 2020, sự thay đổi này chủ yếu do sự biến đổi lượng mưa và mực nước biển dâng từ 0,08m đến 0,26m. Tuy nhiên, đến giai đoạn 2050 đến 2100 mức nước biển tăng khá nhanh từ 0,26 mét nên 0,68 mét, lượng mưa cũng thay đổi khá lớn, lượng nước nhiễm mặn tiếp tục giảm xuống 1,73% đến 2,92% sau 50 năm. 107 4.2.1. Nhóm kịch bản cao A2 Kịch bản phát thải cao A2 mô tả một thế giới không đồng nhất ở quy mô toàn cầu, có tốc độ tăng dân số rất cao, sử dụng tối đa năng lượng hóa thạch. Đây là kịch bản xấu nhất mà nhân loại cần phải nghĩ đến. Theo kịch bản này thì sự thay đổi nhiệt độ, lượng mưa, và mực nước biển sẽ diễn biến như sau: Bảng 20. Mức tăng của một số yêu tố so với thời kỳ 1980-1999 Mức tăng theo các năm của Nhiệt độ (oC) Lượng mưa (%) Mực nước biển (cm) Kịch bản 2020 2050 2100 2020 2050 2100 2020 2050 2100 A2 0,6 1,3 3,1 0,7 1,6 3,7 9 30 102 (Nguồn: Viện khoa học Khí tượng thuỷ văn và Môi trường 2012) Bảng 21. Mức thay đổi lượng mưa trên đảo Phú Quý ứng với kịch bản cao (A2) so với thời kỳ 1980-1999 Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Đơn vị (%) 2020 -2,6 -2,3 -5,9 -1,6 -0,7 0,8 -0,2 0,5 0,6 3,2 4,1 -3,5 2050 -7,0 -6,6 -15,2 -4,2 -1,8 1,9 -0,6 1,4 1,4 8,0 10,2 -8,8 2100 -16,0 -15,8 -35,4 -9,8 -4,3 4,4 -1,3 3,1 3,2 18,4 23,4 -20,5 (Nguồn: Viện khoa học Khí tượng thuỷ văn và Môi trường 2012) Tương tự, chúng tôi vẫn sử dụng mô hình GMS để tính toán mức độ xâm nhập mặn trên đảo Phú Quý ứng với họ kịch bản A2. Việc đánh giá sự tác động của nước biển dâng trong điều kiện tương lai đến sự xâm nhập mặn của nước ngầm trên đảo với các số liệu và thông số sau: 108 + Các thông số của mô hình giữ nguyên theo quá trình hiệu chỉnh kiểm nghiệm; + Sử dụng số liệu mưa, bốc hơi trung bình tháng nhiều năm thay đổi theo kịch bản nước biển dâng kết hợp với yếu tố khí hậu trong tương lai; + Số liệu lưu lượng khai thác theo năm 2005 có cập nhật thêm lưu lượng khai thác với 100% công suất thiết kế của hai nhà máy nước ở xã Ngũ Phụng (1500 m3/ngày đêm) và Long Hải (500 m3/ngày đêm); + Biên biển là mực nước trung bình trong tương lai theo họ kịch bản A2; + Biên mặn là giá trị trung bình của các giếng ven biển (S=1.6o/oo); Kết quả tính toán ảnh hưởng của nước biển dâng trong điều kiện khí hậu tương lai đến quá trình nhiễm mặn trên đảo Phú Quý ứng với họ kịch bản A2: Hình 33. Biểu đồ tỷ lệ trữ lượng nước ngọt dưới đất trên đảo Phú Quý hiện trạng trung bình năm 2011 và trong tương lai theo họ kịch bản trung bình 40.33 40.30 40.21 40.00 40.25 40.50 40.75 41.00 2020 2050 2100 T ỷ lệ n ư ớ c n gọ t (% ) BIỂU ĐỒ TỶ LỆ TRỮ LƯỢNG NƯỚC NGỌT MÙA KHÔ TRÊN ĐẢO PHÚ QUÝ THEO HỌ KỊCH BẢN CAO Thời gian Hình 34. Biểu đồ tỷ lệ trữ lượng nước ngọt dưới đất mùa khô trên đảo Phú Quý trong tương lai theo họ kịch bản cao 109 59.67 59.70 59.79 59.00 59.50 60.00 60.50 61.00 2020 2050 2100 Tỷ lệ n ư ớ c n gọ t (% ) BIỂU ĐỒ TỶ LỆ TRỮ LƯỢNG NƯỚC NGỌT MÙA MƯA TRÊN ĐẢO PHÚ QUÝ THEO HỌ KỊCH BẢN CAO Thời gian Hình 35. Biểu đồ tỷ lệ trữ lượng nước ngọt dưới đất mùa mưa trên đảo Phú Quý trong tương lai theo họ kịch bản cao 590.0 610.0 630.0 650.0 670.0 690.0 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII HT 2011 năm 2020 năm 2050 năm 2100 T rữ lư ợ n g (1 0^ 3m ^3 ) BIỂU ĐỒ TRỮ LƯỢNG NƯỚC BỊ NHIỄM MẶN THEO HỌ KỊCH BẢN CAO Thời gian Hình 36. Biểu đồ tổng lượng nước ngầm nhiễm măn trên đảo Phú Quý trong tương lai theo họ kịch bản cao 110 Bảng 22. Đánh giá mức tăng trữ lượng nước nhiễm mặn trong tương lai so với hiện trạng trung bình nhiều năm theo kịch bản cao A2 Mức tăng so kịch bản nền (%) Thời gian 2020 2050 2100 Tháng 1 4,76 4,01 3,59 Tháng 2 5,16 4,28 3,86 Tháng 3 6,10 5,36 4,81 Tháng 4 6,05 5,71 4,64 Tháng 5 6,43 5,95 5,29 Tháng 6 6,45 6,11 5,44 Tháng 7 6,16 5,82 5,15 Tháng 8 6,16 5,82 5,15 Tháng 9 6,45 6,11 5,44 Tháng 10 5,92 5,71 4,51 Tháng 11 5,69 5,08 4,26 Tháng 12 4,75 3,86 3,72 Kết quả tính toán ứng với kịch bản phát thải cao A2 phân phối trữ lượng của nguồn nước ngọt trên đảo biến động rất phức tạp theo các tháng trong năm và theo các năm (hình 33). Phân phối trữ lượng nước ngọt trong năm diễn biến khá phức tạp, với trữ lượng nước ngọt lớn nhất vào hai tháng 10 và 11, nhỏ nhất vào tháng 4 và tháng 5. Từ tháng 6 - 7 trữ lượng nước ngọt tăng nên sau đó giảm nhẹ vào tháng 8 và tháng 9, sau đó tăng rất nhanh vào tháng 10. Sự phân phối này có quan hệ rất 111 chặt với biến trình mưa trên đảo và không có thay đổi về xu thế nước ngầm trong tương lai. Sự phức tạp của diễn biến nước ngầm còn thể hiện qua các giai đoạn từ nay đến cuối thế kỷ. Giai đoạn từ nay đến năm 2020, 2 nhà máy nước trên đảo hoạt động khai thác với 100% công xuất, nước biển dâng nhỏ khoảng 0,09m, lượng mưa thay đổi ít (giảm 0,2 đến 5,9% vào các tháng mùa khô, tăng 0,5 đến 4,1% vào các tháng mùa mưa) dẫn đến trữ lượng nước ngầm giảm mạnh, giảm mạnh nhất vào tháng 5. Giai đoạn từ năm 2020 đến 2100 không tăng thêm lượng khai thác, mực nước biển tăng khác lớn (1,02m vào năm 2100), lượng mưa tăng từ 3,1 đến 23,4% vào các tháng mùa mưa, giảm từ 1,3 đến 20,5% vào các tháng mùa khô dẫn đến trữ lượng nước ngọt lai tăng lên so với năm 2020. Qua những phân tích trên cho thấy nước ngầm trên đảo tăng nên dưới tác động của nước biển dâng trong điều kiện khí hậu tương lai, sự sụt giảm trong giai đoạn trước năm 2020 chủ yếu là do tăng lượng khai thác. Sự tác động của nước biển dâng trong điều kiện khí hậu tương lai còn thể hiện ở kết quả thay đổi cán cân trữ lượng nước hai mùa hình 34 và hình 35. Dưới các tác động tổng hợp của các yếu tố khí hậu trong tương lai thì càng về cuối thế kỷ tỷ lệ trữ lượng nước ngọt mùa mưa càng tăng từ 59,67% năm 2020 đến 59,79% năm 2100. Ngược lại, tỷ lệ trữ lượng nước ngọt mùa khô trong tương lai lại giảm liên tục đến cuối thế kỷ từ 40,33% năm 2020, 40,30% năm 2050 và đến 40, 21 năm 2100. Hình 36 thể hiện kết quả nhiễm mặn của nước ngầm trên đảo: trong giai đoạn đầu, từ nay đến 2020 mức độ xâm nhập mặn diễn ra mạnh trên đảo, với mức tăng 4,75% đến 6,45% so với năm 2011 (bảng 22). Sự tăng đột biết này trong vòng 9 năm là do hai nhà máy khai thác nước ngầm trên đảo đạt 100% công suất. Nhưng từ sau giai đoạn 2020 đến 2050, sau 30 năm mức độ xâm nhập thay đổi theo chiều ngược lại, giảm 0,2% đến 0,85% so với năm 2020. Hiện tượng này là do giả thuyết trong bài toán không thay đổi lượng khai thác nước ngầm so với năm 2020, sự thay đổi này chủ yếu do sự biến đổi lượng mưa và mực nước biển dâng từ 0,09m đến 0,3m. Tuy nhiên, đến giai đoạn 2050 đến 2100 mức nước biển tăng khá nhanh từ 112 0,3 mét nên 1,02 mét, lượng mưa cũng thay đổi khá lớn, lượng nước nhiễm mặn tiếp tục giảm xuống 0,14% đến 1,14% sau 50 năm. 113 KẾT LUẬN Đặc điểm tự nhiên nổi bật nhất của đảo là cách xa đất liền (cách Phan Thiết 120 km), diện tích nhỏ, độ dốc lớn, trên đảo không tồn tại hoặc tồn tại trong thời gian ngắn dòng chảy mặt. Do đó, nước ngầm có vai trò rất lớn trong sinh hoạt và sản xuất của người dân trên đảo. Nước biển dâng trong điều kiện khí hậu tương lai không làm thay đổi đáng kể phân bố nước ngầm trong năm. Trong tương lai trữ lượng nước ngọt trên đảo tăng nên dưới tác động của nước biển dâng kết hợp với điều kiện khí hậu trong tương lai. Sự sụt giảm nước ngọt trong những năm 2020 là do tăng lượng khai thác. Sự suy giảm lượng nước ngọt trong giai đoan này chứng tỏ lượng nước ngầm rất nhạy với sự khai thác trên đảo. Cho thấy vai trò quan trọng của việc quản lý, qui hoạch khai thác bên vững nước ngầm trong tương lai. Nghiên cứu tính toán nước ngầm trên đảo cho thấy hiện nay nước ngầm vẫn đáp ứng được nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của người dân trên đảo, trữ lượng nước ngọt trên đảo vào khoảng 6 đến 7 triệu m3. Hiện tượng nhiễm mặn xảy ra chủ yếu ở phần phía bắc và phía nam (bãi biển Triều Dương) của đảo. Ngoài ra còn có một vài khu vực có mức độ khai thác nước ngầm lớn như ở phía tây nam đảo thuộc xã Tam Thanh, khu vực hai nhà máy nước cũng xuất hiện nêm mặn tiên sâu vào trong đảo. Do hạn chế về thời gian nghiên cứu, thực tế số liệu và hạn chế của mô hình nên trong luận văn vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như: chưa đánh giá được sự tác động của của các yếu tố cực đoan ở hiện tại và tương lai như: hạn hán, nước biển dâng do gió mùa, nước biển dâng do sóng, nước biển dâng do bão; chưa đánh giá được sự ảnh hưởng của chế độ thủy triều đến nguồn nước ngầm trên đảo. 114 Với những đặc điểm tài nguyên nước ngầm trên đảo và những hạn chế trong nghiên cứu, tác giả kiên nghị: + Do nước ngầm trên đảo khá nhạy với thay đổi lượng khai thác nên các nhà quan lý cần có sự giám sát chặt chẽ việc khai thác nước ngầm trên đảo; + Cần có các nghiên cứu bổ sung về nước ngầm trên đảo, đặc biệt là nghiên cứu các tác động cực đoan của khí tương, hải văn đến nước ngầm trên đảo. 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bộ tài nguyên môi trường (2009), Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam. 2. Bộ tài nguyên môi trường (2011), Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam. 3. ThS. Hoàng Văn Bẩy và nnk (2006), Báo cáo tổng kết Dự án Điều tra tài nguyên nước phục vụ phát triển kinh tế xã hội khu vực đảo Phú Quý. 4. Đoàn Văn Cánh, Phạm Quý Nhân. 2001. Tin học ứng dụng trong địa chất thủy văn (Giáo trình Cao học và Nghiên cứu sinh).; Trường Đại Học Mỏ Địa chất.; Hà Nội. 5. Ngô Đức Chân và Lê Văn Hải, 2005, báo cáo chuyên đề “Mô hình NDĐ vùng Bạc Liêu - tỉnh Bạc Liêu” (kèm theo Báo cáo kết quả thăm dò khai thác với mục tiêu trữ lượng 24.000m3/ngày); Lưu trữ tại Ban quản lý Dự án cấp thoát nước và vệ sinh môi trường của Công ty tư vấn GHD - Chính phủ Úc - Gutterdge Haskin & Davey Pty. Ltd và Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT miền Nam. 6. Ngô Đức Chân, 2006, báo cáo chuyên đề “Mô hình NDĐ vùng Côn Đảo”; Lưu trữ tại Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh BR - VT và Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT miền Nam. 7. Ngô Đức Chân, 2006, báo cáo chuyên đề “Mô hình NDĐ vùngTân Hương - Long An” 8. Ngô Đức Chân và Nguyễn Thị Sinh, 2002; báo cáo khoa học đề tài cấp Viện “Mô hình dòng nước dưới đất thành phố Hồ Chí Minh”; Lưu trữ tại do Trung tâm kỹ thuật hạt nhân TP. Hồ Chí Minh. 9. Đỗ Tiến Hùng và nnk, 2001; Báo cáo kết quả đề tài: "Quy hoạch khai thác và sử dụng nước ngầm TPHCM"; Lưu Thư viện Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT Miền Nam. 10. 12.000m3/ngày); Lưu trữ tại Cục Quản lý Tài nguyên nước và Liên đoàn ĐCTV- ĐCCT miền Nam. 11. Trần Minh và nnk, 2000; Báo cáo “Mô hình quản lý nước dưới đất tỉnh Cần Thơ”, Lưu trữ tại Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Cần Thơ. 12. Jaroon Rungamornrat, Mary F.Wheeler (1990). Weakly-singular Integral Equations for Steady-State Flow in Isotropic Porous Media. 13. Paul M. Barlow, Allen F. Moench (2002). A Computer Program for Calculating Drawdowns and Estimating Hydraulic Properties for Confined and Water-Table Aquifers. 116 PHỤ LỤC 117 Bảng 1. Trữ lượng nước ngầm khôi phục trong quá khứ của từng tháng trên đảo Phú Quý (103 m3) Nă m Loại trữ lượng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tổng lượng dưới đất 7622,3 7584,7 7561,6 7551,0 7535,6 7613,2 7632,8 7624,0 7613,7 7666,5 7709,7 7702,6 Tổng lượng nhiễm mặn 660,4 672,0 689,8 700,3 718,1 695,1 683,6 681,4 684,6 678,3 666,8 664,7 200 3 Tổng lượng nước ngọt 6961,9 6912,7 6871,8 6850,7 6817,5 6918,0 6949,3 6942,5 6929,1 6988,2 7042,9 7037,9 Tổng lượng dưới đất 7671,7 7619,3 7584,9 7559,4 7545,0 7583,0 7600,0 7578,7 7590,0 7601,4 7584,0 7572,6 Tổng lượng nhiễm mặn 669,9 680,4 690,9 703,5 720,2 710,9 703,5 707,7 705,6 703,5 705,6 712,9 200 4 Tổng lượng nước ngọt 7001,8 6938,9 6894,0 6856,0 6824,8 6872,1 6896,4 6871,0 6884,4 6897,9 6878,4 6859,7 200 5 Tổng lượng dưới đất 7550,4 7535,1 7524,9 7517,5 7512,3 7557,1 7548,5 7563,1 7566,2 7566,5 7572,7 7563,5 118 Nă m Loại trữ lượng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tổng lượng nhiễm mặn 729,7 747,5 771,6 793,6 818,8 785,4 785,3 776,9 770,7 766,4 758,1 763,3 Tổng lượng nước ngọt 6820,7 6787,6 6753,3 6723,8 6693,6 6771,7 6763,3 6786,2 6795,6 6800,1 6814,6 6800,2 Tổng lượng dưới đất 7604,5 7573,3 7553,9 7548,3 7547,9 7560,9 7572,4 7573,4 7577,7 7596,0 7618,6 7584,6 Tổng lượng nhiễm mặn 739,3 746,5 758,0 762,2 767,5 769,6 762,3 757,0 754,9 742,4 724,5 728,7 200 6 Tổng lượng nước ngọt 6865,3 6826,8 6795,9 6786,1 6780,5 6791,3 6810,1 6816,4 6822,8 6853,6 6894,1 6856,0 Tổng lượng dưới đất 7620,9 7582,9 7559,1 7540,9 7562,7 7619,0 7638,4 7650,9 7662,8 7636,2 7658,8 7642,0 Tổng lượng nhiễm mặn 715,1 724,5 742,3 759,1 758,1 729,8 712,0 700,4 688,8 693,0 685,7 686,7 200 7 Tổng lượng nước ngọt 6905,8 6858,5 6816,8 6781,9 6804,7 6889,1 6926,5 6950,5 6973,9 6943,2 6973,1 6955,3 200 Tổng lượng 7602,1 7572,4 7553,2 7537,0 7538,8 7568,1 7603,3 7593,3 7587,0 7648,9 7657,2 7707,9 119 Nă m Loại trữ lượng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII dưới đất Tổng lượng nhiễm mặn 695,1 707,7 725,5 745,4 758,0 747,6 728,7 724,5 724,5 702,5 692,0 680,5 8 Tổng lượng nước ngọt 6907,0 6864,7 6827,7 6791,5 6780,8 6820,5 6874,6 6868,8 6862,5 6946,4 6965,2 7027,5 Tổng lượng dưới đất 7666,8 7616,5 7585,9 7566,2 7591,5 7623,5 7601,2 7591,3 7575,2 7592,4 7596,0 7607,5 Tổng lượng nhiễm mặn 680,4 693,0 701,4 721,3 715,1 700,4 701,4 705,6 717,1 711,9 709,8 704,6 200 9 Tổng lượng nước ngọt 6986,4 6923,5 6884,5 6844,9 6876,4 6923,1 6899,8 6885,7 6858,1 6880,5 6886,2 6903,0 Tổng lượng dưới đất 7584,9 7595,5 7567,4 7546,4 7549,1 7545,7 7556,3 7563,1 7588,2 7654,7 7815,9 7773,5 Tổng lượng nhiễm mặn 711,9 711,9 723,4 741,2 755,9 761,1 762,2 765,4 752,9 713,0 671,1 667,9 201 0 Tổng lượng nước ngọt 6873,0 6883,6 6844,0 6805,1 6793,2 6784,5 6794,1 6797,7 6835,3 6941,7 7144,8 7105,7 120 Nă m Loại trữ lượng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tổng lượng dưới đất 7713,6 7653,1 7609,4 7665,6 7617,9 7632,4 7614,4 7606,1 7601,1 7601,2 7599,3 7575,0 Tổng lượng nhiễm mặn 672,0 682,5 693,0 684,6 691,9 689,9 693,0 695,1 696,1 697,2 698,2 709,8 201 1 Tổng lượng nước ngọt 7041,6 6970,6 6916,4 6981,0 6926,0 6942,5 6921,4 6911,0 6905,0 6904,0 6901,1 6865,2