Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị tự nhiên phục vụ đánh giá an toàn đập Đồng Mô

Bộ khoa học và công nghệ Viện năng lợng nguyên tử việt nam Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị tự nhiên phục vụ đánh giá an toàn đập đồng mô Chủ nhiệm đề tài: ths . bùi đức dũng 6611 24/10/2007 hà nội - 2007 Bộ khoa học và công nghệ Viện năng lợng nguyên tử việt nam Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp bộ năm 2005 - 2006 Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị tự nhiên phục vụ đánh giá an toàn đập Đồng Mô (M số B0/05/04-01) Cơ quan chủ trì: Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Chủ nhiệm đề tài: ThS., NCVC Bùi Đắc Dũng Hà Nội, tháng 9/2007 2 Danh sách Những ngời tham gia thực hiện đề tài STT Họ và tên Học hàm, học vị, chuyên môn Cơ quan công tác 1 Bùi Đắc Dũng NCVC, ThS Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân 2 Trịnh Văn Giáp NCV, KS Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân 3 Lê Tiến Quân NCVC, KS Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân 4 Đặng Anh Minh CN Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân 5 Đinh Bích Liễu CN Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân 6 Nguyễn Mạnh Hùng KTV Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân 7 Phạm Quốc Kỷ KTV Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân 8 Tạ Hồng Đức KS Cục Thuỷ lợi, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. 9 Đặng Văn Lập KS Công ty khai thác công trình thuỷ lợi Phù Sa- Đồng Mô 10 Phùng Văn Lục KS Công ty khai thác công trình thuỷ lợi Phù Sa- Đồng Mô Các cơ quan, đơn vị phối hợp thực hiện đề tài 1. Cục Thuỷ lợi, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. 2. Công ty khai thác công trình thuỷ lợi Phù Sa- Đồng Mô, Sơn Tây, Hà Tây. 3 mục lục Trang Bảng các từ viết tắt 4 Abstract 5 Tóm tắt nội dung 6 I. mở đầu 7 II. Tổng quan tài liệu 10 2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới. 10 2.2. Tình hình nghiên cứu trong nớc. 12 2.3. Cơ sở lý thuyết kỹ thuật đồng vị tự nhiên 13 2.4. Tổng quan về đập phụ A và hồ Đồng Mô 17 III. phơng pháp nghiên cứu 23 3.1. Thiết kế nghiên cứu 23 3.2. Nội dung nghiên cứu 26 3.3. Phơng pháp nghiên cứu 26 3.3.1. Phơng pháp lấy mẫu và xử lý mẫu. 26 3.3.2. Phơng pháp phân tích mẫu 29 3.3.3. Phơng pháp xử lý số liệu và đánh giá kết quả 30 IV. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 32 4.1. Kết quả quan trắc mực nớc thấm 32 4.2. Kết quả đo các thông số mẫu nớc 34 4.3. Kết quả phân tích các đồng vị bền 35 4.4. Kết quả xác định mối liên hệ của các loại nớc 39 4.4. Kết quả xác định tốc độ thấm 43 4.4. Kết quả phân tích đồng vị phóng xạ triti 44 4.5. Kết quả phân tích các thành phần hóa học 46 4.6. Kết quả phân tích các thông số môi trờng 46 V. Kết luận và kiến nghị 48 5.1. Kết luận 48 5.2. Kiến nghị 49 Tài liệu tham khảo 50 Phần Phụ lục 51 Phụ lục 1. Kết quả phân tích các đồng vị bền. 51 Phụ lục 2. Kết quả phân tích thành phần hóa học 58 Phụ lục 3. Bảng giải trình tài chính 60 4 Bảng các từ viết tắt Ký hiệu Giải thích KTHN Kỹ thuật hạt nhân ĐVTN Đồng vị tự nhiên TVĐV Thủy văn đồng vị IAEA Cơ quan Năng lợng Nguyên tử thế giới MS Khối phổ kế tỉ số đồng vị TPĐV Thành phần đồng vị 2 () TPĐV 2 H 2 () TPĐV 18 O 3 H(T) Triti TU Hàm lợng triti. Một TU tơng ứng với một nguyên tử 3 H trong 10 18 nguyên tử hyđro. VSMOW Mẫu tham chiếu (reference) = Vienna Standard Mean Ocean Water GMWL Đờng nớc khí tợng toàn cầu (Global Meteoric Water Line). 5 Abstract Operating and exploiting reservoirs need frequent monitoring and maintenance of the problems affecting safety of the reservoirs’ dams. The §ång M« reservoir was constructed in 1969. In 1984 at the sub dam A (FA) toe a seepage pond had occurred with high charging rate, so this dam was repaired in 1991. However, the seepage rate is still high, and in addition, there are large seepage areas that could expand unsafe problems of the dam FA. To help end-users generate information on the origin of the seepage water and the seepage rate we have conducted a research project on “Research on the use of environmental isotopes technique for safety assessment of the §ång M« reservoir” (Code: B0/05/04-01) in the 2005-2006 period. The experiences gained in this project are needed for recommending further use of the technique in other reservoirs. The main works were collecting water samples, analyzing for 18 O/ 16 O, 2 H(D)/ 1 H ratios, analyzing for 3 H(T) and chemical contents, then drawing conclusions about the origin of the seepage water and the seepage rate at the dam FA of the §ång M« reservoir. Findings of the project showed that: a) Waters at the piezometers on the top and the 1 st roof are not originated from lake water; b) Waters at the piezometers on 1 st and 2 nd levels, as well as seepage waters at the dam toe are mixed of lake and ground waters, and the old river bed could be the channel for ground water upcoming from beneath the dam body; c) The transit times of water from the lake to the observation points are from 3 to 4 months, and the seepage velocity is of about 1,1x10 -3 cm/s; d) The findings from tritium analyses show that all waters around the §ång M« area are recent waters recharged regularly by meteoric water. Based on the findings of the project we have recommended that the environmental isotope technique be applied for further investigations of origin of leakage and seepage water at other dams. 6 Tóm tắt nội dung Vận hành và khai thác an toàn các hồ chứa nớc đòi hỏi phải có sự theo dõi và xử lý các nguyên nhân dẫn đến mất an toàn đập. Hồ Đồng Mô đợc xây dựng vào năm 1969, đến năm 1984 sau đập phụ A xuất hiện hố sủi lu lợng lớn do đó đập này đợc sửa chữa vào năm 1991. Tuy nhiên lu lợng sủi vẫn còn cao, ngoài ra cũng tại đập phụ A đ xuất hiện các vùng thấm rộng có thể gây mất an toàn đập. Để góp phần đánh giá tốc độ thấm và mối liên hệ giữa nớc hồ với nớc thấm ở các vai đập, các mạch sủi ở sau thân đập chúng tôi đ tổ chức thực hiện đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị tự nhiên phục vụ đánh giá an toàn đập Đồng Mô (M số: B0/05/04-01) trong các năm 2005-2006. Việc thực hiện đề tài này cũng là để đa ra các kiến nghị cụ thể cho việc áp dụng kỹ thuật đồng vị tự nhiên vào các hồ chứa nớc khác. Nội dung nghiên cứu chính của đề tài là thu thập các mẫu nớc, phân tích các tỉ số đồng vị bền 18 O/ 16 O , 2 H(D)/ 1 H, phân tích 3 H(T) và thành phần hóa của các mẫu nớc, qua đó đánh giá mối liên hệ giữa nớc hồ với nớc thấm ở các vai đập, các mạch sủi ở sau thân đập phụ A của hồ Đông Mô và tốc độ thấm qua thân đập. Từ những kết quả nghiên cứu của đề tài chúng tôi có kết luận là: a)Nớc trong các pizometer trên mặt đập và trên mái 1 không phải là nớc từ hồ thấm ra; b) Nớc trong các pizometer trên cơ 1 và cơ 2 cũng nh nớc thấm chảy ra dới chân đập không phải chỉ do nớc hồ thấm trực tiếp qua thân đập mà còn do nớc áp lực từ phía dới thân đập đi lên có nguồn gốc là nớc ngầm. Lòng suối cổ có thể là kênh dẫn chính đa nớc ngầm lên; c) Thời gian di chuyển của nớc từ hồ đến các vị trí quan trắc là khoảng từ 3 đến 4 tháng, và vận tốc thấm là khoảng 1,1x10 -3 cm/s; d) Kết quả phân tích triti cho thấy tất các các mẫu nớc trong khu vực hồ Đồng Mô là nớc hiện đại đợc bổ cập thờng xuyên. Trên cơ sở các kết luận của đề tài chúng tôi kiến nghị cho áp dụng kỹ thuật đồng vị tự nhiên trên các đập chứa nớc khác để nhận biết mối liên hệ của các loại nớc và kết luận liệu nớc thấm, sủi có chảy trực tiếp từ hồ qua thân đập hay không. 7 I. mở đầu Các hồ chứa nớc đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Vận hành và khai thác an toàn các hồ này đòi hỏi phải có sự theo dõi và xử lý các nguyên nhân dẫn đến mất an toàn đập. Các số liệu về mối liên hệ giữa nớc hồ với nớc trong các mạch nớc thấm, các mạch sủi và nớc ngầm ở khu vực xung quanh hồ có thể góp phần đánh giá mức độ và tốc độ thấm của nớc hồ qua thân đập. Các phơng pháp đánh dấu đồng vị (phóng xạ và tự nhiên) đ đợc áp dụng rộng ri ở nhiều nớc trên thế giới để đánh giá nguồn gốc và lu lợng thấm, qua đó đánh giá đợc mức độ an toàn của các đập chứa nớc. Hiện nay trên thế giới có hơn 60 phòng thí nghiệm chuyên dùng các phơng pháp đánh dấu đồng vị để nghiên cứu các mối liên hệ giữa nớc mặt (sông, hồ) với nớc ngầm, nớc thấm, sủi. Theo thống kê của Cơ quan Năng lợng Nguyên tử thế giới (IAEA), hàng trăm đập chứa nớc đ đợc đánh giá mức độ an toàn thông qua các ứng dụng của phơng pháp đồng vị. Tại Việt Nam, các nhà nghiên cứu đ sử dụng kỹ thuật đánh dấu đồng vị phóng xạ ( 131 I) và đồng vị bền ( 52 Cr) để nghiên cứu tốc độ thấm thành công tại các đập thuỷ điện Yaly và Hoà Bình. Việc sử dụng các đồng vị tự nhiên - ĐVTN ( 18 O, 2 H(D) và 3 H (T)) nh những chất đánh dấu mới chỉ bắt đầu đợc sử dụng tại Việt Nam để đánh giá tuổi và nguồn gốc nớc ngầm ở một số khu vực của đồng bằng sông Hồng. Việt nam có khoảng 3500 hồ chứa nớc, trong đó có khoảng trên 600 hồ chứa nớc lớn với dung tích hơn 10 triệu khối nớc. Rất nhiều đập, đặc biệt là các đập thuỷ lợi bị dò rỉ và thấm do đợc thiết kế và xây dựng đ lâu. Một trong các hồ đó là hồ Đồng Mô. Hồ này đợc xây dựng vào năm 1969, gồm 7 đập, dung tích thiết kế 110 triệu m 3 (cao độ 24,5 m). Năm 1984, sau đập phụ A xuất hiện hố sủi lu lợng 20 lít/s. Đập này đợc chữa vào năm 1991. Tuy nhiên lu lợng sủi vẫn còn 7 lít/s, và vào mùa lũ 2004 đ tăng lên là 14 lít/s 8 (với cao độ tích nớc là 19 m). Cũng tại đập phụ A đ xuất hiện vùng thấm rộng 20 m 2 , ở cao trình 15 m, cách vai trái 20 m. Để góp phần đánh giá tốc độ thấm và mối liên hệ giữa nớc hồ với nớc thấm ở các vai đập, các mạch sủi ở sau thân đập chúng tôi đ tổ chức thực hiện đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị tự nhiên phục vụ đánh giá an toàn đập Đồng Mô (M số: B0/05/04-01). Việc thực hiện đề tài này cũng là để đa ra các kiến nghị cụ thể cho việc áp dụng kỹ thuật ĐVTN vào các hồ chứa nớc khác. Trong quá trình thực hiện dự án RAS/8/093 (2001-2003), IAEA đ hỗ trợ một số thiết bị máy móc, tài liệu, và cử chuyên gia hớng dẫn sử dụng kỹ thuật đồng vị để đánh giá mức độ an toàn của các đập chứa nớc. Sau một đợt lấy mẫu bớc đầu đa ra đợc một số kết quả về mối liên hệ giữa nớc hồ và nớc tại các mạch sủi ở chân đập phụ A Đồng Mô. Tuy nhiên, do các mẫu nớc đều phải gửi đi phân tích tại các phòng thí nghiệm của IAEA ở nớc ngoài nên kết quả đạt đợc còn bị hạn chế về nhiều mặt. Hiện nay, phòng thí nghiệm Thuỷ văn đồng vị tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân đ đợc trang bị các hệ máy hiện đại có thể đáp ứng nhu cầu phân tích các ĐVTN. Đây là điều kiện rất quan trọng để thực hiện tốt đề tài này. Sử dụng kỹ thuật ĐVTN có u thế hơn so với các kỹ thuật đánh dấu bằng các đồng vị phóng xạ và đồng vị bền khác do không phải thả các chất đánh dấu vào các lỗ khoan quan trắc (pizometer). Ngoài ra, không phải đập nào cũng có hệ thống pizometer. Vì vậy, kỹ thuật ĐVTN có thể sử dụng rộng ri hơn trên các đập chứa nớc, đồng thời không làm ảnh hởng đến môi trờng xung quanh. Việc xác định đợc tốc độ thấm của nớc hồ qua đập bằng kỹ thuật ĐVTN, cũng nh đánh giá đợc nguồn gốc nớc tại các mạch sủi là một việc làm rất quan trọng. Các thông số này sẽ trực tiếp giúp cho Công ty Khai thác Công trình Thuỷ lợi Phù Sa - Đồng Mô đánh giá mức độ an toàn của đập phụ 9 A và có biện pháp xử lý các mạch sủi ở thân đập, góp phần bảo vệ an toàn cho đập. Cũng nh đập phụ A Đồng Mô, hiện nay có rất nhiều đập thuỷ lợi do Cục Thuỷ lợi, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn quản lý bị dò rỉ cần phải đánh giá mức độ thấm và an toàn. Kết quả của đề tài sẽ đợc chuyển giao cho họ nh là một công cụ trong điều tra an toàn các đập chứa nớc. Ngoài ra, kỹ thuật ĐVTN còn có thể đợc áp dụng cho các hồ thuỷ điện lớn nh Hoà Bình, Sơn La trong việc đánh giá mức độ an toàn của đập cũng nh đánh giá mức độ mất nớc của hồ. Đề tài do các cán bộ của Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân (VKHKTHN) thực hiện với sự tham gia của Cục Thuỷ lợi, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (tạo điều kiện tham khảo tài liệu, thiết kế nghiên cứu) và Công Ty Khai Thác Công Trình Thuỷ lợi Phù Sa- Đồng Mô (tham gia thu thập tài liệu, thiết kế các vị trí nghiên cứu, lấy mẫu và xử lý đánh giá mức độ an toàn của đập Đồng Mô). Đề tài đợc hực hiện trong hai năm 2005 - 2006, với nguồn kinh phí là 250 triệu đồng do Bộ Khoa học và Công nghệ cấp từ Ngân sách Sự nghiệp Khoa học. Nội dung nghiên cứu chính của đề tài là thu thập các mẫu nớc, phân tích các tỉ số đồng vị bền 18 O/ 16 O , 2 H(D)/ 1 H, phân tích 3 H(T) và thành phần hóa của các mẫu nớc, qua đó đánh giá tốc độ thấm và mối liên hệ giữa nớc hồ với nớc thấm ở các vai đập, các mạch sủi ở sau thân đập phụ A của hồ Đông Mô. Báo cáo tổng kết đề tài gồm 5 Chơng và 3 Phụ lục. Các phần chính của báo cáo bao gồm các chơng: I - Mở đầu, II - Tổng quan tài liệu, III - Phơng pháp nghiên cứu, IV - Kết quả và Thảo luận, và V - Kết luận và Kiến nghị. [...]... học v Kỹ thuật Hạt nhân đ đợc trang bị các hệ máy hiện đại có thể đáp ứng nhu cầu phân tích các ĐVTN Đây l điều kiện rất quan trọng để thực hiện tốt đề t i n y 2.3 Cơ sở lý thuyết kỹ thuật đồng vị tự nhiên Các đồng vị bền Các đồng vị bền có nhiều nhất trong tự nhiên l H, C, N, O v S Các đồng vị bền chính đợc ứng dụng trong nghiên cứu địa chất thủy văn đợc đa ra trong Bảng 2.2 Các đồng vị bền tự nhiên. .. nhiều đập, đặc biệt l các đập thuỷ lợi bị dò rỉ v thấm do đợc thiết kế v xây dựng đ lâu Lê Văn Khôi v nnk, Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân Th nh phố Hồ Chí Minh đ sử dụng kỹ thuật đánh dấu đồng vị phóng xạ (131I) để nghiên cứu tốc độ thấm th nh công tại các đập thuỷ điện Yaly (1992) v Ho Bình (1994) Năm 1996, PGS.TS Ho ng Đắc Lực đ sử dụng th nh công phơng pháp đánh dấu bằng đồng vị bền (52Cr) để nghiên cứu. .. độ thấm tại đập Ho Bình Cả hai phơng pháp (đánh dấu đồng vị phóng xạ v đồng vị bền) đều đợc thực hiện bằng cách thả các chất đánh dấu v quan trắc tại các pizometer đợc thiết kế trên các thân đập Các kết quả đánh giá tốc độ thấm đợc so sánh với số liệu thiết kế qua đó đánh giá đợc mức độ an to n của đập Việc sử dụng các ĐVTN (các tỉ số đồng vị 18O/16O , 2H(D)/1H v 3 H (T)) nh những chất đánh dấu mới... xung quanh hồ có thể góp phần đánh giá mức độ v tốc độ thấm của nớc hồ qua thân đập (Zuber, 1983) Các phơng pháp đánh dấu đồng vị (phóng xạ v tự nhiên) đ đợc áp dụng rộng r i ở nhiều nớc trên thế giới để đánh giá nguồn gốc v lu lợng thấm, qua đó 10 đánh giá đợc mức độ an to n của các đập chứa nớc (Maloszewski v nnk, 1992; Kendall v McDonnell (Eds.), 1998, v.v.) Các phơng pháp thủy văn đồng vị (TVĐV)... hớng dẫn sử dụng kỹ thuật đồng vị để đánh giá mức độ an to n của các đập chứa nớc Sau một đợt lấy mẫu bớc đầu đa ra đợc một số kết quả về mối liên hệ giữa nớc hồ v nớc tại các mạch sủi ở chân đập phụ A Đồng Mô Tuy nhiên, do các mẫu nớc đều phải gửi đi phân tích tại các phòng thí nghiệm của IAEA ở nớc ngo i nên kết quả đạt đợc còn bị hạn chế về nhiều mặt Hiện nay, phòng thí nghiệm Thuỷ văn đồng vị tại... 10 Tơng tự, mẫu đo nghèo hơn một lợng tơng ứng sẽ đợc thể hiện nh 18Omẫu = 10 VSMOW Đồng vị phóng xạ Hai đồng vị phóng xạ đợc sử dụng rộng r i trong địa chất thủy văn l triti v C-14 (3H v 14 C) Chúng đợc đa ra trong Bảng 2.3 Các đồng vị n y đợc ứng dụng nhiều vì khi chúng phân r ta có thể xác định tuổi nớc ngầm Bảng 2.3 Các đồng vị phóng xạ trong nghiên cứu địa chất thủy văn (Zuber, 1983) Đồng vị 3 H... t i đợc thực hiện tại hồ Đồng Mô, thuộc x Sơn Đông, Thị X Sơn Tây, tỉnh H Tây (Hình 3.1) Vị trí nghiên cứu Hình 3.1 Vị trí địa lý hồ Đồng Mô 3.1 Thiết kế nghiên cứu Đề t i đợc thiết kế để lấy hai loại mẫu nớc nghiên cứu nh sau : 1) Các mẫu khảo sát (KS) nguồn gốc v loại nớc để đánh giá mối liên hệ giữa nớc hồ với nớc trong các mạch thấm, sủi v nớc ngầm ở khu vực xung quanh đập phụ A Các mẫu n y đợc... P,l Chú giải: Kỹ thuật : EI = Đồng vị tự nhiên (18O, 2H (Deteri), 3H (Triti), 13C) AT = Các chất đánh dấu Ch = Hóa học Rn = Radon-222 thoát ra từ đất đá RI = Đồng vị phóng xạ Cs = Xezi-137 (rơi lắng) Pb = Chì-210 (tự nhiên, không liên kết) 11 NP = Đầu dò hạt nhân INNA = Instrumental Neutron Activation Analysis (phân tích kích hoạt nơtron) v các kỹ thuật phân tích khác So sánh vai tròquan trọng: P =... trên thế giới có hơn 60 phòng thí nghiệm chuyên dùng các phơng pháp đánh dấu đồng vị để nghiên cứu các mối liên hệ giữa nớc mặt (sông, hồ) với nớc ngầm, nớc thấm, sủi (Trang web của IAEA) Theo thống kê của IAEA, h ng trăm đập chứa nớc đ đợc đánh giá mức độ an to n thông qua các ứng dụng của phơng pháp đồng vị 2.2 Tình hình nghiên cứu trong nớc Việt nam có khoảng 3500 hồ chứa nớc, trong đó có khoảng... trợ giúp trong việc lựa chọn v khảo sát địa điểm, nghiên cứu lu vực, thiết kế hồ chứa v đập, xây dựng đập, nghiên cứu thấm v bồi lắng lòng hồ Tổng hợp ứng dụng TVĐV đợc đa ra trong Bảng 2.1 Bảng 2.1 Thủy văn đồng vị trong quản lý an to n đập (Floegl, 1999) Các ứng dụng 1 Thông tin ban đầu về địa chất thủy văn 2 Nguồn gốc nớc trong các sông v nớc ngầm dới đập 3 Kiểm soát địa chấn 4 Kiểm soát thấm 5 Nguồn . Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị tự nhiên phục vụ đánh giá an toàn đập Đồng Mô (M số B0/05/04-01) Cơ quan chủ trì: Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt. các mạch sủi ở sau thân đập chúng tôi đ tổ chức thực hiện đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị tự nhiên phục vụ đánh giá an toàn đập Đồng Mô (M số: B0/05/04-01) tôi đ tổ chức thực hiện đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị tự nhiên phục vụ đánh giá an toàn đập Đồng Mô (M số: B0/05/04-01) trong các năm 2005-2006. Việc thực