Các cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu

1.3 Các cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Các cơ sở khoa học về nghiên cứu NDĐ

Vùng cát ven biển là khu vực đặc biệt, được bao bọc về phía lục địa bởi các vùng đất cao còn về phía biển là đường bờ biển. Vật liệu trầm đọng và các loại đá trầm tích ở đây được hình thành hoặc do trầm tích lục nguyên hoặc do trầm tích biển. Trầm tích lục nguyên có xu hướng trầm đọng ở phía bờ còn trầm tích biển thì trầm đọng ở phía biển và giao nhau, chiều dày thường mỏng ở phía lục địa và dày lên về phía biển. Các đồng bằng ven biển nói chung hầu như đều có mặt các trầm tích Đệ tứ và hình thành nên các lớp chứa nước phân bố gần bờ biển.

Nguồn cung cấp cho tầng chứa nước khu vực ven biển phần lớn từ nước mưa rơi trên mặt, động thái NDĐ phụ thuộc chặt chẽ vào các yếu tố khí hậu. Những tháng mưa lớn thì mực nước ngầm dâng cao nhất, có khi chảy tràn trên mặt đất và ngược lại vào thời kỳ khô hạn, mực nước hạ thấp.

Miền thoát nước chủ yếu của nước nhạt là bốc hơi qua bề mặt, thảm thực vật và các dòng mặt bên sườn. Các vùng trũng dưới chân cá cồn cát là nơi lưu nước, các dòng mặt chảy trực tiếp trên diện phân bố và thoát theo hướng dốc của thế nằm của tầng chứa nước. Ngoài ra nước nhạt còn tiêu thoát theo cơ chế trộn lẫn với nước mặn dưới đất ở đới khuếch tán hoặc thấm qua lớp bán thấm. Ở những nơi địa hình thấp của các cồn và đụn cát, thường tạo nên các hồ chứa nước lớn.

Giữa khối nước nhạt trong đất liền luôn có sự cân bằng thủy tĩnh với nước biển. Theo khái niệm của Baydon W. - Ghyben (1888 - 1889), đường tiếp xúc giữa nước nhạt lục địa và nước biển là đường cong thoải, hướng từ biển vào lục địa, dọc theo đường tiếp xúc tồn tại sự cân bằng thủy tĩnh và được chỉ rõ trên hình 2.

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu:

Trữ lượng NDĐ được đánh giá bằng nhiều phương pháp khác nhau. Trong điều kiện tầng chứa nước trong các trầm tích Đệ tứ ven biển có thể sử dụng các phương pháp sau:

Sự vận động của NDĐ nói chung được thể hiện qua tổ hợp của một số yếu tố gồm đặc điểm tầng chứa nước, đặc điểm thuỷ lực và đặc điểm vận động. NDĐ trong vùng cát thường tuân theo tổ hợp vận động không ổn định.

Bằng phương pháp này, có thể xác định gần đúng giá trị cung cấp thấm W của nước mưa cấp cho nước ngầm thông qua chuỗi số liệu quan trắc động thái NDĐ trong giếng khoan.

+ Phương pháp thủy lực: dùng để xác định trữ lượng khai thác NDĐ trực tiếp dựa trên những số liệu thí nghiệm, với việc sử dụng và ngoại suy các hàm số thực nghiệm để xác định các thông số cơ bản tầng chứa nước. Trong đó có dự báo độ hạ thấp mực nước ứng với lưu lượng khai thác thiết kế. Phương pháp này thường được áp dụng hữu hiệu trong những điều kiện tầng chứa nước phức tạp hoặc vùng có mức độ điều tra sơ lược, chưa xác định được nguồn cấp, miền thoát và các điều kiện ranh giới tầng chứa nước.

+ Phương pháp cân bằng: bằng việc lập cân bằng giữa lượng nước chảy đến và chảy đi của dòng thấm. Tuy nhiên, khi thành lập phương trình cân bằng thường có một số đại lượng khó xác định, cho nên cần đơn giản hóa ở một phạm vi nghiên cứu cụ thể mà ít ảnh hưởng đến kết quả tính toán. Ví dụ: trong phương trình cân bằng, việc xác định trữ lượng khai thác tiềm năng bao gồm trữ lượng động, một phần trữ lượng tĩnh tự nhiên và trữ lượng cuốn theo, nhưng trong thực tế khó có thể xác định được trữ lượng cuốn theo, nên khi tính toán thường chấp nhận bỏ qua đại lượng này.

+ Phương pháp tương tự ĐCTV: dựa trên cơ sở ngoại suy những đặc trưng của tầng chứa nước, các nhân tố hình thành NDĐ từ khu vực đã được nghiên cứu kỹ sang khu vực nghiên cứu sơ sài khi có đủ tài liệu khẳng định giữa chúng có sự tương tự nhau.

Vùng cát ven biển Quảng Bình bị chia cắt thành nhiều phần bởi các con sông lớn đổ ra biển, cho nên, việc áp dụng phương pháp này là rất phù hợp. Cụ thể, trên toàn lãnh thổ nghiên cứu chỉ mới có khu vực Quảng Trạch, Đồng Hới và dải cồn cát ven biển đã được nghiên cứu về lịch sử hình thành cát, thành phần thạch học, trữ lượng và chất lượng các nguồn nước cũng như môi trường sinh thái, còn một số vùng lân cận hoặc mới được nghiên cứu đánh giá ở mức sơ bộ hoặc chưa có tài liệu cụ thể. Như vậy, bằng phương pháp tương tự có thể sử dụng các thông số đã có để nội suy cho các vùng lân cận.

Để đánh giá chất lượng NDĐ, phương pháp không thể thiếu là tiến hành điều tra khảo sát thực địa. Biện pháp lấy mẫu phân tích các chỉ tiêu hóa lý về tính độc hại và sinh thái học của NDĐ đối với các mục đích sử dụng. Căn cứ vào các tiêu chuẩn chất lượng nước của Quốc gia để làm cơ sở so sánh, đối chiếu với kết quả phân tích. Mặt khác, căn cứ vào kết quả phân tích để dự đoán về khả năng thay đổi chất lượng nước và phải tính đến việc cải thiện, xử lý nước khi có biểu hiện ô nhiễm. Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng nước bao gồm:

+ Độ khoáng hóa của nước (M): là tổng lượng các chất khoáng có trong thành phần của nước, là chỉ tiêu quan trọng để phân loại NDĐ, vì rằng khi M thay đổi thì thành phần hóa học của chúng cũng thay đổi theo. Theo M có thể xác định NDĐ là siêu nhạt (M<0,2g/l), nhạt (M: 0,2-1,0g/l), lợ (M: 1,0 - 3,0g/l), mặn (M>3g/l).

+ Kiểu hóa học và tính chất cơ bản của nước được quyết định bởi các hợp phần chủ yếu là Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-, CO₃^2-, Na⁺, Mg²⁺. Ngoài ra, các hợp chất của nitơ và các nguyên tố khác như K, Si, Fe, Al,...là những nguyên tố phổ biến rộng rãi trong vỏ Trái đất cũng quyết định các kiểu NDĐ.

+ Đối với các vi nguyên tố như Cr, Mn, Cu, Zn,... thường không quyết định kiểu hóa học của nước nhưng chúng có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất đặc trưng cho thành phần của nước.

Để đánh giá chất lượng NDĐ cho các mục đích sử dụng nước, ngoài các chỉ tiêu cơ bản trên, các chỉ tiêu sau đây cũng tham gia quyết định giá trị cấp nước:

+ Hàm lượng các chỉ tiêu hóa sinh:

• 
  Hàm lượng ôxy hòa tan trong nước (DO): chỉ tiêu này thường tham gia vào quá trình trao đổi chất, duy trì năng lượng cho quá trình phát triển, sinh sản và tái sản xuất cho các sinh vật trong môi trường nước.
  
• 
  Nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD): là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước do các chất hữu cơ có thể bị sinh vật phân hủy trong điều kiện hiếm khí.
  
• 
  Nhu cầu ôxy hóa học (COD): cũng là một chỉ tiêu để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước, nó biểu thị lượng chất hữu cơ có thể bị ôxy hóa bằng hóa học.
  

+ Hàm lượng sunfat: Sự có mặt các hợp chất SO₄^2- thường gây nên hiện tượng đóng cặn và gây mùi có chịu và ảnh hưởng xấu đến đời sống thủy sinh.

+ Hàm lượng các hợp chất nitơ: chúng tồn tại dưới dạng protein hay các sản phẩm phân rã và dạng tự do. Chúng cũng là những chỉ tiêu gây ô nhiễm môi trường NDĐ.

+ Hàm lượng các kim loại nặng: chúng tồn tại ở môi trường có độ pH (hàm lượng hydro) khác nhau và gây độc đối với môi trường sống. Đa phần, sự có mặt các kim loại nặng do xâm nhập từ các nguồn chất thải.

+ Chỉ tiêu dầu mỡ: gồm cả dầu mỡ khoáng và thực vật, chúng thường gây cản trở quá trình vận động của nước trong môi lỗ hổng của đất đá chứa nước, ngăn cản quá trình hòa tan ôxy trong nước và tạo lớp phân cách bề mặt với môi trường xung quanh.

+ Các chỉ tiêu vi sinh: gồm nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng và các đơn bào, chung xâm nhập vào nước từ nguồn rác thải, các chất hữu cơ dễ phân hủy gây ô nhiễm nước trầm trọng.

+ Độ cứng của nước: là chỉ tiêu rất quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước dùng cho sinh hoạt và công nghiệp. Nó được biểu thị qua lượng ion canxi (Ca²⁺) và Magie (Mg²⁺) trong nước. Nếu xác định độ cứng theo hàm lượng Ca²⁺, người tao có thể chia ra:

Nước rất mềm với độ cứng < 1,5mg-đl/l (tương đương 30 mg/l);

Nước mềm với độ cứng từ 1,5 - 3,0 mg-đl/l;

Nước hơi cứng với độ cứng từ 3,0 - 6,0 mg-đl/l;

Nước cứng với độ cứng từ 6,0 - 9,0 mg-đl/l;

Nước rất cứng với độ cứng từ > 9,0 mg-đl/l.

Tài nguyên NDĐ đã được biết đến và nghiên cứu từ rất sớm. Việc nghiên cứu nguồn gốc và sự hình thành trữ lượng, chất lượng NDĐ đã đạt được nhiều kết quả nhất định, đóng góp quan trọng trong việc định hướng sử dụng hợp lý tài nguyên NDĐ phục vụ phát triển nền kinh tế quốc dân.

Tình hình nghiên cứu NDĐ ở Việt Nam cũng bắt đầu từ những năm đầu thế kỷ 20, nhưng đến sau năm 1954 mới được chú trọng nghiên cứu ở quy mô lớn. Riêng khu vực ven biển Quảng Bình, các kết quả điều tra nghiên cứu về NDĐ chưa nhiều, một số vùng như Đồng Hới, Quảng Trạch mới được thăm dò tìm kiếm và đánh giá sơ bộ, bước đầu thể hiện được các điều kiện địa chất và đặc điểm cơ bản của các tầng chứa nước. Ngoài ra, một số công trình khác cũng chỉ mới đề xuất định hướng chung về khai thác và sử dụng các hợp phần tự nhiên trên phạm rộng.

Để có sự đánh giá đầy đủ, chính xác hơn và có biện pháp khai thác sử dụng hợp lý đồng thời bảo vệ có hiệu quả nguồn tài nguyên NDĐ, trên cơ sở ứng dụng hoặc kế thừa những kết quả đạt được trong nghiên cứu NDĐ vùng cát ven biển trong nước và trên Thế giới, có thể nhận thấy rằng, các bước nghiên cứu tiếp theo đối với khu vực nghiên cứu là:

• 
  Nhất thiết cần có những công trình nghiên cứu tỉ mỷ về quá trình hình thành NDĐ của vùng cát ven biển, bao gồm điều kiện phân bố của tầng chứa nước, nguồn hình thành, phân tích và đánh giá trữ lượng và chất lượng cũng như mức độ ảnh hưởng của các hợp phần tự nhiên và nhân sinh đối với NDĐ.
  
• 
  Để khai thác và sử dụng bền vững tài nguyên nước cồn cát cần có các giải pháp quy hoạch trên cở sở điều tra đánh giá đặc điểm hình thành của chúng.
  
• 
  Tiếp tục lập bản đồ ĐCTV tỷ lệ lớn ở những vùng kinh tế - dân cư quan trọng đồng thời chỉnh biên các bản đồ cũ theo nguyên tắc và chú giải thống nhất theo quy phạm mới.
  
• 
  Mở rộng diện tìm kiếm - thăm dò, đánh giá trữ lượng khai thác NDĐ ở những vùng có nhu cầu cấp bách, sớm đưa vào khai thác sử dụng, ưu tiên cho cấp nước sinh hoạt.
  
• 
  Xây dựng mạng lưới quốc gia quan trắc động thái NDĐ nhằm phục vụ công tác quản lý và môi trường liên quan.
  
• 
  Tổ chức tổng kiểm kê tài nguyên nước toàn khu vực và xây dựng chiến lược phát triển nguồn nước một cách toàn diện trên cơ sở tính toán cân đối giữa các nguồn NDĐ - nước mưa - nước mặt.