Đang tải... (xem toàn văn)
29 CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2 1 Nội dung nghiên cứu Thu thập tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, số liệu quan trắc chất lượng nước tầng Pleistocen qua các năm trong khu vực nghiên cứu Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài Đánh giá hiện trạng và diễn biến chất lượng nước dưới đất thị xã Phú Mỹ từ năm 2012 – 2019 Biểu diễn kết quả phân tích nước theo dạng ion và công thức Cuốc Lốp (KurLov) Đồng thời, gọi tên nước và phân loại nước Tí.
CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu - Thu thập tài liệu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, số liệu quan trắc chất lượng nước tầng Pleistocen qua năm khu vực nghiên cứu - Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước liên quan đến đề tài - Đánh giá trạng diễn biến chất lượng nước đất thị xã Phú Mỹ từ năm 2012 – 2019 Biểu diễn kết phân tích nước theo dạng ion công thức Cuốc Lốp (KurLov) Đồng thời, gọi tên nước phân loại nước - Tính tốn số chất lượng nước đất (GWQI), đánh giá phân vùng cho tầng chứa nước Pleistocen thị xã Phú Mỹ - Ứng dụng phân tích cụm (CA) phân nhóm nguyên nhân ảnh hưởng chất lượng nước đất tầng chứa nước Pleistocen thị xã Phú Mỹ - Biên tập đồ phân vùng chất lượng nước đất phần mềm Mapinfo, GIS - Nêu giải pháp bảo vệ nguồn nước khai thác sử dụng hiệu nước tầng chứa nước Pleistocen - TX Phú Mỹ 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp thu thập, tổng hợp biên tập tài liệu, số liệu Phương pháp sử dụng để thu thập tài liệu điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vấn đề khác có liên quan đến đề tài nghiên cứu từ nghiên cứu có khu vực nghiên cứu - Dịch, tổng hợp báo, tài liệu, cơng trình nghiên cứu ngồi nước đánh giá biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến nguồn nước đất - Thu thập số liệu quan trắc từ Trung tâm quan trắc tỉnh BR – VT 29 - Thu thập thông tin khu vực: điều kiện tự nhiên (vị trí, địa hình, khí hậu…), đặc điểm kinh tế - xã hội từ Cổng thông tin tỉnh BR – VT - QCVN 09-MT:2015/BTNMT Chất lượng nước đất - Tham khảo Bản đồ địa chất thủy văn từ Sở Tài nguyên Mơi trường BR-VT 2.2.2 Phương pháp phân tích đánh giá đặc điểm thủy địa hóa nước đất Các giếng quan trắc phân bố rộng khắp Thị xã Phú Mỹ, có độ sâu khai thác từ 5m đến 37m, chủ yếu thuộc tầng Pleistocen tầng Pleistocen bao gồm giếng QT5A, QT5B, VT4A, VT4B, VT6, NB1A, NB1B, NB2A, NB2B, NB2C, NB3A, NB3B, QT11, NB4, VT2B, QT7A, QT7B liệt kê bảng sau: Bảng 2.1 Danh mục trạm quan trắc địa bàn nghiên cứu STT Kí hiệu giếng Chiều sâu (m) NB1B 15,32 NB2C 15,29 NB3A 29,84 NB3B 22,82 VT4B 16,6 QT5B 23,26 VT6 14,2 QT7B 18,83 NB1A 31,21 10 NB2A 34,25 11 NB2B 23,9 NB4 5,1 VT2B 10,5 14 VT4A 16,3 15 QT5A 22,2 16 QT7A 37,4 17 QT11 26,95 12 13 Tầng chứa nước Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pleistocen (qp3) Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pleistocen - (qp2-3) 30 • Biểu diễn theo đồ thị Đồ thị cột chồng bố trí xếp cation anion từ lên theo thứ tự giảm dần hoạt tính hóa học (theo định luật Frezenus) hay lực phản ứng thành phần, nghĩa theo thứ tự với cation sau: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH4+, Fe2+, Fe3+, Al3+ anion: HCO3-, Cl-, SO42-, NO3-, NO2-, CO32- [9] Hình 2.1 Đồ thị cột chồng • Biểu diễn theo công thức Kurlov Công thức Kurlov biểu diễn dạng phân số [9] K.M.T.pH (1) Trong đó: K: Chất khí chứa nước (g/l) M: Tổng độ khống hóa nước (g/l) A: Các anion (ion âm) % đương lượng theo thứ tự giảm dần (≥10%) C: Các cation (ion dương) % đương lượng theo thứ giảm dần (≥10%) T: Nhiệt độ nước pH: Nồng độ pH nước 31 Tên gọi nước theo thành phần có hàm lượng > 25% đương lượng theo thứ tự từ lớn đến bé, từ ion đến cation Ví dụ: Tên mẫu nước: Bicacbonat – Sunfat – Canxi – Magiê • Phân loại thủy hóa nước đất Thành phần hóa học nước xác định gồm tiêu pH, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, NH4+, Fe2+, Fe3+, Al3+, HCO3-, Cl-, SO42-, NO3-, NO2-, CO32- TDS Ngoài ra, số số đặc trưng thủy hóa xác định nhằm làm tăng độ xác nghiên cứu nguồn gốc loại hình hóa học nước đất khu vực nghiên cứu Theo Trucaev Xlavianov, độ khống hóa nước tự nhiên phân thành nhóm, biểu thị chữ A, B, C, D sau: Độ khống hóa (g/l) Chữ < 1,5 A 1,5 đến < 10 B 10 đến < 40 C ≥ 40 D Bảng 2.2 Phân loại thủy hóa nước đất theo Trucaev Xlavianov Cation Anion Ca2+ Ca2+, Mg2+ Mg2+ Na+, Ca2+ Na+, Ca2+, Mg2+ Na+, Mg2+ Na+ 10 11 12 13 14 HCO3 , SO4 , Cl- 15 16 17 18 19 20 21 HCO3-, Cl- HCO3HCO3-, SO42- 2- 22 23 24 25 26 27 28 2- 29 30 31 32 33 34 35 SO42-, Cl- 36 37 38 39 40 41 42 Cl- 43 44 45 46 47 48 49 SO4 32 Dựa vào ion chính: Ca2+, Mg2+, Na+, HCO3-, Cl-, SO4- có tỉ phần ≥ 25% (tính theo meq/l) Kết phân tích dựa liệu vào mùa mưa năm 2007 trình bày Bảng 2.2 • Ký hiệu chữ A: số nhỏ nước nhạt có nguồn gốc mưa ngấm nguồn gốc khác • Ký hiệu B, C, D: số lớn thể nguồn gốc biển • Ký hiệu số: số lớn thể mức độ nhiễm mặn 2.2.3 Phương pháp Chỉ số chất lượng nước đất (GWQI) Nước đất nguồn cung cấp quan trọng khu vực nghiên cứu, thông số cần đánh giá có tầm quan trọng việc định chất lượng nước, với số tài liệu nước ngồi có liên quan từ khu vực có nét tương đồng với khu vực nghiên cứu xu hướng giới GWQI tính theo phương pháp trung bình tổng có trọng số để đánh giá phân vùng chất lượng nước đất, tính theo cơng thức tính tổng sau: • Trung bình tổng có trọng số: GWQI = ∑SIi = ∑(Wi x Qi) = ∑ Trong đó: (2) Ci: nồng độ thông số sử dụng phân tích đánh giá Si: giá trị giới hạn wi: trọng số theo tầm quan trọng tương đối tổng chất lượng nước cho mục đích cụ thể Qi thang đo chất lượng Wi trọng số tương đối SIi số đại diện cho thông số thứ i 33 Các phương pháp thơng số tính tốn GWQI cho nước đất đa dạng, phụ thuộc nhiều vào đặc điểm khu vực nghiên cứu mục đích sử dụng GWQI Các phương pháp tính chủ yếu dựa vào việc tính tốn GWQI thông số thứ i (hay thường gọi GWQI thành phần) Có nhiều phương pháp tính GWQI thành phần thể bảng sau: GWQI trung bình cộng cho nước đất tính theo bước sau: • Bước 1: Tính trọng số tương quan (Wi) Theo Vasanthavigar M nnk (2010) nghiên cứu nhiều tác giả, thông số gán theo Trọng số wi tuỳ thuộc vào mức độ quan trọng, mức độ ảnh hưởng đến sức khoẻ người thơng số có mặt nước đất [32] Trọng số có giá trị từ đến • Bước 2: Tính thang đo chất lượng (Qi) Thang đo chất lượng cho thông số chất lượng nước đất tính cách lấy Nồng độ thông số mẫu nước (Ci) chia cho Giá trị giới hạn (Si) thơng số theo QCVN 09-MT:2015/BTNMT Qi = x 100 (3) • Bước 3: Tính GWQI cho thơng số (SIi) GWQI sơ cho thông số xác định cách lấy Trọng số tương quan nhân với Thang đo chất lượng SIi = Wi x Qi • Bước 4: Tính GWQI chung Tính GWQI trung bình cộng trọng số ∑SIi =∑(Wi x Qi) = ∑ 34 (4) • Bước 5: So sánh số GWQI tính tốn với bảng đánh giá: Sau tính tốn GWQI, sử dụng bảng xác định giá trị GWQI tương ứng với mức đánh giá chất lượng nước để so sánh, đánh giá, cụ thể sau: Bảng 2.3 Phân loại chất lượng nước đất theo giá trị GWQI Phạm vi < 50 Phân loại nước Chất lượng tốt 50 - 100 Chất lượng tốt 100 - 200 Chất lượng xấu 200 - 300 Chất lượng xấu > 300 Không phù hợp cho mục đích sử dụng 2.2.4 Phương pháp phân tích cụm (CA) • Khái niệm ứng dụng Phân tích cụm tên nhóm kĩ thuật đa biến có mục tiêu phân loại đơn vị dựa vào số đặc tính chúng Các kĩ thuật nhận diện phân loại đối tượng hay biến cho đối tượng cụm tương tự xét theo đặc tính chọn để nghiên cứu Nội cụm đồng cao chúng có khác biệt lớn Vì phân loại thành cơng đối tượng cụm nằm gần đối tượng khác cụm nằm cách xa diễn tả đồ thị Cả phân tích CA phân tích biệt số liên quan đến việc phân loại Tuy nhiên phân tích biệt số địi hỏi phải có hiểu biết trước nhóm để xây dựng quy tắc phân loại Ngược lại, phân tích cụm, thường khơng có thơng tin trước nhóm hay cụm, nhóm hay cụm nhóm hay cụm gì, chủ yếu liệu thực tế định, khơng phải hồn tồn ý chí chủ quan 35 • Xác định vấn đề Quan trọng xác định vấn đề phân cụm việc chọn lựa biến để phân cụm Nếu đưa vào hay hai biến khơng có liên quan hay khơng thích hợp làm nhiễu hay hỏng kết phân cụm hữu ích Cơ bản, nên chọn tập hợp biến có khả mơ tả giống đối tượng theo mục đích nghiên cứu Các biến chọn sở phân tích lý thuyết, kết nghiên cứu khứ, hay xem xét giả thuyết có liên quan kiểm định Trong nghiên cứu thử nghiệm, dùng phán đốn trực giác để xác định biến • Chọn lựa thước đo khoảng cách hay thước đo mức độ giống Vì mục tiêu phân tích cụm nhóm đối tượng giống lại, nên cần phải có thước đo để đánh giá mức độ giống hay khác đối tượng Phương pháp thông thường đo lường độ giống khoảng cách hai đối tượng cặp đối tượng Các đối tượng có khoảng cách chúng nhỏ giống đối tượng có khoảng cách chúng lớn Có nhiều cách để tính tốn khoảng cách hai đối tượng Thước đo mức độ giống sử dụng phổ biến khoảng cách Euclid hay khoảng cách Euclid bình phương Khoảng cách Euclid bậc hai tổng khoảng cách độ lệch bình phương giá trị biến hai đối tượng Về bản, chiều dài đường thẳng nối hai đối tượng 36 Hình 2.2 Khoảng cách Euclid đối tượng đo theo hai biến X Y • Chọn thủ tục phân cụm Thủ tục phân cụm ứng dụng nghiên cứu Phân cụm thứ bậc, xây dựng theo cấu trúc thứ bậc hay dạng Phương pháp tiến hành theo dạng tích tụ lại (agglomerative) hay phân chia (divisive) Phân tích cụm bắt đầu cách đối tượng cụm riêng Các cụm tích tụ tất đối tượng nằm cụm Ngược lại, phân cụm phân chia bắt đầu cách tất đối tượng nằm cụm Cụm phân thành cụm nhỏ đối tượng thành cụm riêng Phân tích cụm thường sử dụng nghiên cứu với phương pháp: khoảng cách liên kết (linkage method), tổng độ lệch bình phương hay phương sai (error sums of squares of variance method) khoảng cách trung tâm (centroid method) Các phương pháp phân tích cụm dựa vào khoảng cách liên kết gồm: liên kết đơn (single linkage), liên kết hồn tồn (complete linkage), liên kết trung bình (average linkage) 37 Phương pháp khoảng cách liên kết đơn dựa vào khoảng cách tối thiểu hay khoảng cách gần Hai đối tượng tích tụ (nhập lại) hai đối tượng có khoảng cách chúng nhỏ Tiếp theo nhập lại hai đối tượng có khoảng cách nhỏ thứ nhì, đối tượng thứ ba với hai đối tượng cụm vừa hai đối tượng khác Ở giai đoạn, khoảng cách hai cụm khoảng cách hai đối tượng gần hai cụm Tại giai đoạn trình hai cụm nhập lại khoảng cách đơn nhỏ chúng khoảng cách nhỏ cặp cụm Quá trình tiếp tục tất đối tượng nhập lại vào cụm Phương pháp khoảng cách liên kết đơn không đưa kết tốt cụm không định nghĩa đắn Phương pháp khoảng cách liên kết hoàn toàn: tương tự phương pháp khoảng cách liên kết đơn, q trình nhập tích tụ hay nhập cụm xét khoảng cách xa hai cụm hay khoảng cách hai phần tử xa hai cụm Phương pháp khoảng cách liên kết trung bình: khoảng cách trung bình tất cặp phân tử hai cụm Hình 2.3 Các phương pháp phân cụm tích tụ dựa vào khoảng cách liên kết 38 Phương pháp phân tích cụm tích tụ dựa vào phương sai nghiên cứu: cố gắng tối thiểu phương sai nội cụm Phương pháp dựa vào phương sai thường dùng “thủ tục Ward” Tính giá trị trung bình tất biến cho cụm một, sau tính khoảng cách Euclid bình phương phần tử cụm với trị trung bình cụm, lấy tổng tất các khoảng cách bình phương Ở giai đoạn tích tụ hai cụm có phần tăng tổng khoảng cách bình phương nội cụm kết hợp với nhỏ kết hợp Hình 2.4 Phân cụm tích tụ dựa vào thủ tục Ward • Quyết định số cụm Đây vấn đề phân tích cụm Cho đến chưa có quy tắc rõ ràng chắn việc xác định số cụm Nói cách khác số cụm cần thiết hay hợp lí khơng phải vấn đề hồn tồn mặt kỹ thuật, mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Phân tích lí thuyết giúp ta xác định số cụm hợp lí Ví dụ nhận dạng phân khúc thị trường, nhà nghiên cứu tiếp thị biết trước số phân khúc hay • Diễn giải mơ tả cụm Để diễn giải mô tả cụm ta xem xét trung bình cụm (centroid) Các trung bình cụm tính bình qn từ giá trị đối tượng theo biến Các 39 trung bình cụm gợi ý cho ta tên cho cụm Nếu chương trình máy tính thực phân tích cụm khơng đưa thơng tin trung bình cụm, ta dùng phân tích biệt số, hay đơn giản dùng thủ tục tính trung bình cho biến số nghiên cứu theo cụm • Đánh giá độ tin cậy Có nhiều cách thẩm định đánh giá độ tin cậy tính hợp lí kết phân tích cụm: Thực phân tích cụm tập hợp liệu sử dụng thước đo khoảng cách khác So sánh kết để xem tính ổn định giải pháp Chia liệu làm hai phần, thực phân tích cụm riêng cho tập liệu con, sau so sánh trung bình cụm hai tập liệu Bỏ bớt vài biến thực phân tích cụm tập hợp biến cịn lại, sau so sánh kết với kết sử dụng hết biến cần thiết • Mơ hình dòng chảy nước đất Theo báo cáo “Điều tra, đánh giá nhiễm mặn tầng chứa nước tác động biến đổi khí hậu, mực nước biển dâng khu vực ven biển tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu” theo Dự án tên tác giả Nguyễn Hải Âu Nước đất loại khoáng sản lỏng, trữ lượng động thái ln ln thay đổi Sự thay đổi cần định lượng hố mơ tả xác để làm sở cho tốn tính tốn trữ lượng, dịng chảy, lan truyền chất nhiễm, quan trọng trợ giúp cho cơng tác quản lý qui hoạch nguồn tài nguyên nước đất Toàn biến thiên độ cao mực nước duới đất mơ tả phương trình đạo hàm riêng sau: h h h h K zz K xx K yy W Ss x x y y z z t 40 • • Kxx, Kyy, Kzz hệ số thấm theo phương x, y z Chiều z chiều thẳng đứng • h cốt cao mực nước vị trí (x, y, z) thời điểm t • W mơ đun dịng ngầm, giá trị bổ cập, giá trị NDĐ tính vị trí (x,y,z) thời điểm t W = W(x,y,z,t) hàm số phụ thuộc thời gian không gian (x,y,z) • Ss hệ số nhả nước • Ss = Ss(x,y,z), Kxx = Kxx(x,y,z), Kyy = Kyy(x,y,z), Kzz = Kzz(x,y,z) hàm phụ thuộc vào vị trí khơng gian x,y,z Phương trình mơ tả động thái mực nước điều kiện môi trường không đồng dị hướng Kết hợp với điều kiện biên, điều kiện ban đầu tầng chứa nước tạo thành mơ hình tốn học dịng chảy nước đất 41 ... hiệu giếng Chiều sâu (m) NB1B 1 5,3 2 NB2C 1 5 ,2 9 NB3A 2 9,8 4 NB3B 2 2,8 2 VT4B 1 6,6 QT5B 2 3 ,2 6 VT6 1 4 ,2 QT7B 1 8,8 3 NB1A 3 1 ,2 1 10 NB2A 3 4 ,2 5 11 NB2B 2 3,9 NB4 5,1 VT2B 1 0,5 14 VT4A 1 6,3 15 QT5A 2 2 ,2 ... HCO3HCO3 -, SO 42- 2- 22 23 24 25 26 27 28 2- 29 30 31 32 33 34 35 SO 42 -, Cl- 36 37 38 39 40 41 42 Cl- 43 44 45 46 47 48 49 SO4 32 Dựa vào ion chính: Ca2 +, Mg2 +, Na +, HCO3 -, Cl -, SO4- có tỉ phần ≥ 25 %... Pleistocen tầng Pleistocen bao gồm giếng QT5A, QT5B, VT4A, VT4B, VT 6, NB1A, NB1B, NB2A, NB2B, NB2C, NB3A, NB3B, QT1 1, NB 4, VT2B, QT7A, QT7B liệt kê bảng sau: Bảng 2. 1 Danh mục trạm quan trắc địa bàn nghiên
