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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHƯƠNG VĂN HẢI ẢNH HƯỞNG NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC NGẦM TRÊN HUYỆN ĐẢO PHÚ QUÝ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHƯƠNG VĂN HẢI ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC NGẦM HUYỆN ĐẢO PHÚ QUÝ Chuyên ngành: Thủy Văn Mã số: 60 44 90 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGUYỄN TIỀN GIANG Hà Nội - 2012 2 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................5 DANH MỤC HÌNH .............................................................................................................6 LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................................8 MỞ ĐẦU .............................................................................................................................9 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU ......................................................11 1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên................................................................................................11 1.1.1. Vị trí địa lý ..........................................................................................................11 1.1.2. Địa hình địa mạo .................................................................................................12 1.1.2.1. Địa hình ........................................................................................................12 1.1.2.2. Địa mạo ........................................................................................................12 1.1.3. Đặc điểm địa chất ................................................................................................13 1.1.3.1. Khái quát chung đặc điểm địa tầng địa chất...................................................13 1.1.3.2. Đặc điểm các tầng địa chất............................................................................18 1.1.4. Đặc điểm khí hậu.................................................................................................25 1.1.4.1. Khái quát chung khí hậu đảo Phú Quý ..........................................................25 1.1.4.2. Chế độ mưa...................................................................................................27 1.1.4.3 Độ ẩm............................................................................................................29 1.1.4.4 Bốc hơi ..........................................................................................................30 1.1.4.5 Gió – bão và áp thấp nhiệt đới........................................................................32 1.1.5. Đặc điểm hải văn.................................................................................................34 1.1.5.1. Thủy triều. ....................................................................................................34 1.1.5.2. Nhiệt độ nước biển........................................................................................34 1.1.5.3. Độ mặn nước biển.........................................................................................34 1.1.5.4. Sóng. ............................................................................................................34 1.2. Điều kiện kinh tế xã hội.................................................................................................35 1.2.1. Xã hội .................................................................................................................35 1.2.1.1. Dân số và lao động........................................................................................35 1.2.1.2 Y tế................................................................................................................36 1.2.1.3. Giáo dục .......................................................................................................37 1.2.1.4. Văn hoá - xã hội............................................................................................37 1.2.1.5 Hiện trạng kết cấu hạ tầng..............................................................................38 1.2.2. Kinh tế ................................................................................................................41 1.2.2.1. Thuỷ sản .......................................................................................................42 1.2.2.2. Nông, lâm nghiệp..........................................................................................42 1.2.2.3. Công nghiệp..................................................................................................43 1.2.2.4. Thương mại, dịch vụ, du lịch ........................................................................44 CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........................................46 2.1. Tổng quan các nghiên cứu về tài nguyên nước ngầm ......................................................46 2.1.1. Trên thế giới........................................................................................................46 2.1.2. Trong nước..........................................................................................................49 3 2.1.3. Các nghiên cứu về tài nguyên nước ngầm ở huyện đảo Phú Quý .........................51 2.2. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................................52 2.2.1. Những khái niệm cơ bản trong nghiên cứu nước ngầm ........................................52 2.2.2. Công thức tính trữ lượng tĩnh ..............................................................................53 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm ...................................................................................55 2.2.3.1. Xác định lượng nước ngầm từ trạm quan trắc thuỷ văn..................................55 2.2.3.2. Phương pháp khoan thăm dò .........................................................................55 2.2.4. Phương pháp tương tự địa chất thuỷ văn..............................................................57 2.2.5. Phương pháp mô hình..........................................................................................60 2.2.6. Phương pháp chuyên gia......................................................................................61 2.2.7. Phương pháp kế thừa ...........................................................................................61 2.3. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu ................................................................................62 2.4. Nội dung nghiên cứu tài nguyên nước ngầm trên đảo Phú Quý .......................................63 2.4.1. Thu thập và xử lý các tài liệu có liên quan ...........................................................63 2.4.1.2. Bản đồ nền (Base map) .................................................................................64 2.4.1.3. Nhóm dữ liệu cao độ .....................................................................................64 2.4.1.4. Nhóm dữ liệu khí tượng hải văn ...................................................................65 2.4.1.5 Nhóm thuộc tính ...........................................................................................65 2.4.2. Ứng dụng mô hình GMS đánh giá trữ lượng nước ngầm trên đảo Phú Quý..........65 2.4.2.1. Thiết lập mô hình tính toán ...........................................................................65 2.4.2.2. Vận hành mô hình.........................................................................................65 2.4.2.3. Xác định trữ lượng tài nguyên nước ngầm trên đảo Phú Quý.........................66 2.4.3. Đánh giá ảnh hưởng của nước biển dâng trong điều kiện khí hậu tương lai đến tài nguyên nước ngầm trên đảo Phú Quý .......................................................................66 CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GMS TRONG TÍNH TOÁN NƯỚC NGẦM TRÊN HUYỆN ĐẢO PHÚ QUÝ....................................................................................................68 3.1. Cơ sở lý thuyết của mô hình ..........................................................................................68 3.1.1. Mô hình dòng chảy nước dưới đất Modflow ........................................................68 3.1.1.1. Tổng quan phương pháp giải.........................................................................68 3.1.1.2. Phương pháp sai phân hữu hạn.....................................................................70 3.1.1.3. Phương pháp giải phương trình sai phân .......................................................75 3.1.1.4. Một số loại biên trong mô hình .....................................................................75 3.1.1.5. Đánh giá mức độ tin cậy của mô hình ...........................................................81 3.1.2. Mô hình chất lượng nước MT3D .......................................................................82 3.2. Thiết lập mô hình tính toán cho đảo Phú Quý .................................................................84 3.2.1. Miền tính lưới tính...............................................................................................84 3.2.2. Sơ đồ hóa các tầng chứa nước trên đảo Phú Quý..................................................85 3.2.3. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu ....................................................................87 3.3. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm ...........................................................................................89 3.3.1. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm với bài toán ổn định ................................................89 3.3.2. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm với bài toán không ổn định......................................89 4 3.4. Khôi phục số liệu nước ngầm trên đảo ...........................................................................92 3.5. Tính toán trữ lượng nước ngầm trên đảo Phú Quý .........................................................94 CHƯƠNG 4 ẢNH HƯỞNG NƯỚC BIỂN DÂNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU TƯƠNG LAI ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC NGẦM TRÊN HUYỆN ĐẢO PHÚ QUÝ.........97 4.1. Tổng quan nghiên cứu nước biển dâng trong điều kiện biến đổi khí hậu trên thế giới.......97 4.2. Tổng quan nghiên cứu nước biển dâng trong điều kiện biến đổi khí hậu ở Việt Nam .......99 4.3. Kịch bản nước biển dâng trong điều kiện biến đổi khí hậu trên huyện đảo Phú Quý.........100 4.4. Ảnh hưởng của nước biển dâng trong điều kiện khí hậu tương lai đến tài nguyên nước ngầm ...................................................................................................................................101 4.4.1. Nhóm kịch bản trung bình (B2) ...........................................................................101 4.2.1. Nhóm kịch bản cao A2 .......................................................................................107 KẾT LUẬN..........................................................................................................................113 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................115 5 DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Bảng tổng hợp địa tầng các giếng khoan thăm dò ở đảo Phú Quý ...........................15 Bảng 2. Tổng hợp các yếu tố đặc trưng khí hậu tại trạm Phú Quý giai đoạn từ 1990 đến 2005 .....................................................................................................................................25 Bảng 3. Phân bố lượng mưa trong năm tại đảo Phú Quý (Đơn vị: mm) .................................28 Bảng 4. Độ ẩm không khí trung bình đảo Phú Quý (Đơn vị: %)............................................29 Bảng 5. Lượng bốc hơi tại đảo Phú Quý (Đơn vị: mm) .........................................................31 Bảng 6. Tốc độ gió và hướng gió chính tại đảo Phú Quý ......................................................33 Bảng 7. Tổng hợp số cơn bão qua đảo Phú Quý....................................................................34 Bảng 8. Tổng hợp diện tích, mật độ dân số ...........................................................................35 Bảng 9. Cơ cấu dân số so với toàn tỉnh (Đơn vị: %)..............................................................36 Bảng 10. Diện tích một số cây nông nghiệp đảo Phú Quý.....................................................42 Bảng 11. Các kịch bản tính toán nước ngầm trong tương lai ở huyện đảo Phú Quý dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng .....................................................................67 Bảng 12. Phân vùng bốc hơi trên đảo Phú Quý .....................................................................87 Bảng 13. Phân bố vùng phục hồi nước dưới đất cho đảo Phú Quý ........................................88 Bảng 14. Vị trí các giếng quan trắc mực nước trên huyện đảo Phú Quý ................................90 Bảng 15. Sai số giữa kết quả tính toán và thực đo tại các giếng quan trắc mực nước trên huyện đảo Phú Quý ..............................................................................................................92 Bảng 16. Trữ lượng nước ngầm trung bình nhiều năm của từng tháng trên đảo Phú Quý (103 m3)................................................................................................................................96 Bảng 17. Mức tăng của một số yêu tố so với thời kỳ 1980-1999 ..........................................101 Bảng 18. Mức thay đổi lượng mưa trên đảo Phú Quý ứng với kịch bản cao (A2) so với thời kỳ 1980-1999 ................................................................................................................102 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................................................................................105 Bảng 20. Mức tăng của một số yêu tố so với thời kỳ 1980-1999 ...........................................107 Bảng 21. Mức thay đổi lượng mưa trên đảo Phú Quý ứng với kịch bản cao (A2) so với thời kỳ 1980-1999 ................................................................................................................107 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 ..........................................................................110 6 DANH MỤC HÌNH Hình 1. Vị trí đảo Phú Quý ...................................................................................................11 Hình 2. Cơ cấu diện lộ các tầng/phụ tầng địa chất.................................................................14 Hình 3. Sơ đồ phân bố theo diện lộ các phân vị địa tầng địa chất ..........................................17 Hình 4. Biểu đồ thể hiện giá trị trung bình tháng một số yếu tố khí tượng tại Phú Quý..................27 Hình 5. Lượng bốc hơi trung bình các tháng giai đoạn 1990-2005 ........................................32 Hình 6. Cơ cấu dân số huyện Phú Quý so với toàn tỉnh.........................................................35 Hình 7. Sơ đồ các tầng chứa nước có áp và không áp............................................................54 Hình 8. Bản đồ thủy đẳng cao và mặt cắt ..............................................................................56 Hình 9. Ô lưới và các loại ô lưới trong mô hình ....................................................................70 Hình 10. Ô lưới i,j,k và 6 ô bên cạnh ....................................................................................71 Hình 11. Sơ đồ bước giải theo phương pháp lặp trong mô hình.............................................76 Hình 12. Điều kiện biên sông (River) ...................................................................................77 Hình 13. Điều kiện biên kênh thoát (Drain) ..........................................................................78 Hình 14. Điều kiện biên tổng hợp trong mô hình (GHB).......................................................79 Hình 15. Điều kiện biên bốc hơi trong mô hình (ET) ............................................................79 Hình 16. Các ô lưới sai phân hai chiều xung quanh ô có lỗ khoan.........................................80 Hình 17. Miền tính và lưới tính khu vực đảo Phú Quý .........................................................84 Hình 18. Phân bố địa chất trên đảo Phú Quý.........................................................................85 Hình 18. Hệ số thấm tại các tầng địa chất theo phương ngang...............................................86 Hình 19. Bản đồ địa hình đảo Phú Quý.................................................................................86 Hình 20. Bản đồ phân vùng bốc hơi trên đảo Phú Quý.........................................................87 Hình 21. Bản đồ phân vùng phục hồi nước ngầm từ mưa trên đảo Phú Quý..........................88 Hình 23. Sơ đồ vị trí các giếng quan trắc mực nước ngầm khi đưa vào mô hình GMS .........90 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 ....................................................................................................91 Hình 25. Trường mực nước ngầm tháng 4 trên đảo Phú Quý trước và sau khi 2 nhà máy nước đi vào hoạt động ..........................................................................................................93 Hình 26. Diễn biến chuẩn sai nhiệt độ trung bình..................................................................97 Hình 27. Diễn biến lượng mưa năm ở các vùng khác nhau trên thế giới ................................98 Hình 28. Xu thế biến động mực nước biển trung bình tại các trạm toàn cầu ..........................99 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.....................................................103 7 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 ...................................................................................103 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 ...................................................................................104 Hình 32. Biểu đồ tổng lượng nước ngầm nhiễm măn trên đảo Phú Quý trong tương lai theo họ kịch bản trung bình ..................................................................................................104 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.............................................108 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 ..............................................................................................108 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 ..............................................................................................109 Hình 36. Biểu đồ tổng lượng nước ngầm nhiễm măn trên đảo Phú Quý trong tương lai theo họ kịch bản cao .............................................................................................................109 8 LỜI CẢM ƠN Luận văn này được thực hiện tại Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Hướng nghiên cứu của luận văn là ‘