SỬ DỤNG mô HÌNH GMS mô PHỎNG và ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG tài NGUYÊN nước NGẦM TRÊN đảo PHÚ QUÝ

SỬ DỤNG MÔ HÌNH GMS MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG TÀI NGUYÊN NƯỚC NGẦM TRÊN ĐẢO PHÚ QUÝ Nguyễn Xuân Hiển1, Khương Văn Hải1 , Nguyễn Thị Phương1, Nguyễn Anh Dũng2 1 Nước ngầm ở trên đả

SỬ DỤNG MÔ HÌNH GMS MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG

TÀI NGUYÊN NƯỚC NGẦM TRÊN ĐẢO PHÚ QUÝ

Nguyễn Xuân Hiển(1), Khương Văn Hải(1)

, Nguyễn Thị Phương(1), Nguyễn Anh Dũng(2)

(1)

Nước ngầm ở trên đảo Phú Quý là nguồn nước chính đáp ứng mọi nhu cầu sinh hoạt

và sản xuất của nhân dân trên đảo Bài báo giới thiệu ứng dụng mô hình GMS để đánh giá hiện trạng nước ngầm trên đảo và một số kết quả tính toán như: tổng trữ lượng nước ngọt trên đảo khoảng 6,08 đến 7,28 triệu m 3 /tháng; tổng lượng khai thác khoảng 86,3 đến 95,5 nghìn m 3 /tháng

1 Giới thiệu

Vai trò của nước ngầm đối với xã hội hiện đại ngày càng trở nên quan trọng hơn trong sinh hoạt và sản xuất, khi nhiều khu vực các nguồn nước khác không còn khả năng đáp ứng được nhu cầu của người dân Nhiều nghiên cứu trong nước đã khẳng định nguồn nước ngầm ở Việt Nam đang bị suy thoái do quá trình đô thị hóa, sự gia tăng các khu công nghiệp, sự phát triển dân số và kinh tế xã hội… Sự suy thoái này thể hiện ở mực nước ngầm giảm, chất lượng nước ngầm đi xuống Để có kế hoạch sử dụng tài nguyên nước ngầm theo hướng bền vững, từng địa phương cần có các nghiên cứu, đánh giá lượng nước ngầm và các yếu tố ảnh hưởng tới nguồn nước này làm cơ

sở cho các nhà quy hoạch đưa ra những giải pháp khai thác bền vững, bảo vệ nguồn nước tránh bị suy thoái

Đảo Phú Quý hiện nay đang được xác định là một trong những đảo trọng điểm của nước ta trong phát triển kinh tế, an ninh - quốc phòng Bên cạnh việc đẩy nhanh phát triển về vật chất và cơ sở hạ tầng, đảo Phú Quý đang có những bước chuyển biến mạnh mẽ về cơ cấu kinh tế, chuyển dịch theo hướng tăng tỷ trọng ngành công nghiệp, dịch vụ và du lịch Đảo Phú Quý có địa hình tương đối cao so với mặt biển, với độ dốc khá lớn trên một diện tích khoảng 16 km2

nên trên đảo hầu như không tồn tại nước mặt, dòng chảy mặt chỉ xuất hiện sau những trận mưa lớn trong thời gian ngắn Nước ngầm ở trên đảo là nguồn nước chính đáp ứng mọi nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của nhân dân trên đảo Do đó, việc đánh giá trữ lượng hiện trạng tài nguyên nước dưới đất trên đảo có ý nghĩa rất lớn

2 Đặc điểm địa chất thủy văn đảo Phú Quý

Trên đảo Phú Quý có 6 phân vị địa tầng địa chất có tuổi Đệ tứ phân bố ở độ sâu

từ 0 đến 100m, theo thứ tự từ già đến trẻ bao gồm:

Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích gió tuổi Holocen (qp)

tích đảo Thành phần thạch học gồm cát thạch anh màu xám trắng hạt trung đến thô mài mòn, chọn lọc tốt; cát thạch anh màu vàng nhạt, hạt mịn đến trung Theo số liệu tổng hợp kết quả điều tra, thu thập tại các giếng khoan cho thấy chiều dày tầng chứa nước này biến đổi từ 4 đến 13 m, thường gặp 5,8m Nước dưới đất trong tầng này thuộc loại không áp, có mực nước thay đổi từ 2,58m đến 5,3m, giá trị thường gặp 2,5m

Tầng chứa nước khe nứt trong Bazan nứt nẻ tuổi Holocen (  Q2)

vực núi Cao Cát, núi Cấm, với diện tích khoảng 2,25 km2, chiếm 14% diện tích toàn đảo Tầng chứa nước này phân bố ở khu vực địa hình cao (phần lớn ở khu vực núi, cao

độ trên 40m), đất đá kém nứt nẻ, mức độ chứa nước kém đến rất kém Cho đến nay, chưa có lỗ khoan nghiên cứu tầng chứa nước này Bề dày của tầng phun trào khoảng

Trầm tích biển tuổi Pleistocen thượng phân bố chủ yếu ở phía Đông Nam và

thạch anh hạt trung, thô, lót đáy là san hô gắn kết cứng màu trắng xám Những đồi cát

có độ cao trên 30m là cát thạch anh màu trắng xám hạt trung - thô, mài tròn và chọn lọc tốt, phần trên mặt kết cấu rời rạc, chuyển xuống dưới gắn kết cứng Theo số liệu tổng hợp kết quả điều tra, thu thập tại các giếng khoan, giếng đào cho thấy, tổng bề dày biến đổi từ 1 đến 10m, thường gặp 4,9m Tầng chứa nước này có tính thấm nước tốt, nên nước mưa thấm qua bổ cập cho các tầng nằm dưới tương đối tốt Nguồn cung cấp cho tầng chứa nước này chủ yếu là nước mưa, nước tầng chứa nước Holocen, miền thoát là khu vực địa hình thấp ven biển và thấm xuống tầng chứa nước nằm dưới

Tầng chứa nước khe nứt trong Bazan nứt nẻ tuổi Pleistocen trung-thượng

2-3

)

Nước khe nứt trong đất đá phun trào bazan phân bố hầu hết đảo Phú Quý, diện

lộ trên mặt khoảng 4,65 km2

, chiếm 28% diện tích đảo, phân bố ở khu vực Núi Cấm, Cao Cát, chạy dọc trung tâm đảo tới phía Nam Thành phần gồm: bazan lỗ hổng, bazan

bố ở độ sâu khoảng 13m, bị phủ bởi tầng chứa nước qh và qp2, có nơi bị bào mòn và

lộ ra trên mặt Đáy tầng phân bố ở độ sâu khoảng 26,5 - 60m, thường gặp 37,2m Tầng chứa này là đối tượng cung cấp nước chủ yếu của vùng đảo Phú Quý

Tầng chứa nước Pleistocen trung bị phủ hoàn toàn bởi tầng chứa nước Bazan lỗ hổng Thành phần thạch học bao gồm: cát thạch anh màu xám trắng, hạt trung đến thô, san hô gắn kết, cát hạt mịn đến thô màu đỏ gụ Nóc tầng phân bố ở độ sâu 28 -60m Chiều dày các trầm tích này mới nghiên cứu đến độ sâu 80m (chưa hết tầng) Nhìn chung tầng chứa nước Pleistocen trung chưa được nghiên cứu nhiều, chưa đánh giá hết khả năng chứa nước của tầng này

3 Hiện trạng khai thác nước ngầm trên đảo Phú Quý

Theo số liệu thống kê về quy mô khai thác nước ngầm năm 2005 (Bảng 1) cho thấy trên đảo có khoảng 226 giếng khai thác với lưu lượng khai thác khoảng 2323.3

nứt trong Bazan nứt nẻ, có tuổi Pleistocen trung - thượng (  Q12-3) ở độ sâu từ 22 - 60 mét so với mặt đất với lưu lượng 2070(m3

/ngày đêm); 126 giếng đào ở tầng chứa nước

lỗ hổng trong trầm tích Holocen (qh), tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích

Pleistocen thượng (qp2) độ sâu giếng biến đổi từ 2,2 đến 12 mét so với mặt đất, lưu lượng khai thác 253,3 (m3/ ngày đêm)

Tính tới thời điểm năm 2009 hai nhà máy cấp nước sạch cho huyện đảo đã hoàn thành và đi vào hoạt động với các thông số kỹ thuật sau:

/ngày bao gồm 9 giếng khoan khai thác chủ yếu ở độ sâu 30 - 45m Nhưng hiện nay công suất thực tế mới chỉ đạt tới 500m3

/ngày;

2 Nhà máy nước Long Hải với công suất máy là 500m3

/ngày gồm 5 giếng khoan khai thác chủ yếu ở độ sâu 40m Công suất thực tế của nhà máy này là 400m3/ngày;

Bảng 1 Bảng thống kê hiện trạng khai thác nước ngầm ở huyện đảo Phú Quý năm

2005

Tên Xã

Ghi chú

Số lượng giếng

Q Khai thácz

Số lượng giếng

Q Khai thác

4 Ứng dụng mô hình GMS đánh giá trữ lượng nước ngầm trên đảo Phú Quý

4.1 Cơ sở lý thuyết của mô hình GMS

Phương trình vi phân mô tả chuyển động của nước dưới đất trong điều kiện môi trường không đồng nhất và dị hướng được mô tả bằng phương trình đạo hàm riêng sau:

t

h S W z

h K z y

h K y x

h K

¶

=















¶

¶

¶

¶ +













¶

¶

¶

¶ +













¶

¶

¶

¶

Ở đây:

- Kxx , Kyy , Kzz là các hệ số thấm theo phương x, y và z Chiều z là chiều thẳng

đứng

- h là cốt cao mực nước tại vị trí (x,y,z) ở thời điểm t

- W là mô đun dòng ngầm, hay là các giá trị bổ cập, giá trị thoát đi của nước dưới đất tính tại vị trí (x,y,z) ở thời điểm t W = W(x,y,z,t) là hàm số phụ thuộc thời gian và không gian (x,y,z)

- S là hệ số nhả nước

thuộc vào vị trí không gian x,y,z

Phương trình vi phân phân tán thuỷ động lực một chiều có dạng:

C x

C V x

C

2

2

¶

=

¶

¶



¶

¶

ở đây: DL - Hệ số phân tán thuỷ động lực theo chiều dọc;

C - Nồng độ dung dịch;

t - Thời gian tính từ khi bắt đầu xảy ra quá trình khuyếch tán;

DL được xác định bởi công thức:

trong đó: 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

phương trình:

4.2 Thiết lập mô hình GMS cho khu vực đảo Phú Quý

Mô hình GMS được sử dụng để đánh giá trữ lượng nước ngầm trên đảo Phú Quý với các điều kiện sau: biên mực nước lấy theo giá trị trung bình mực nước trên đảo; biên độ mặn là giá trị trung bình của các giếng sát biển; địa chất trên đảo thành bốn nhóm địa chất theo thành phần thạch học, thời kỳ hình thành, và phân bố lộ diện (Hình 1) Trong đó, trầm tích gió và trầm biển được gộp vào một tầng có mầu xanh sẫm; Bazan nứt nẻ tuổi Holocen mầu xanh ra trời; Bazan nứt nẻ tuổi Pleistocen trung - thượng mầu vàng; Bazan lỗ hổng tuổi Pleistocen trung mầu đỏ

Quý Hình 1 Phân bố địa chất trên đảo Phú Quý

Từ 4 tầng chứa nước ở trên 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 2.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 2.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 2.c;

+ Lớp 4: Bazan lỗ hổng tuổi Pleistocen trung với hệ số thấm Hình 2.d;

Hình 2 Hệ số thấm tại các tầng địa chất theo phương ngang

4.3 Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm

Hiệu chỉnh, kiểm nghiệm các thông số của mô hình, chúng tôi sử dụng kết quả quan trắc của 6 trạm đo mực nước ngầm trên đảo (Hình 3), 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

Hình 3 Sơ đồ vị trí các giếng quan trắc mực nước ngầm khi đưa vào mô hình GMS

-8.00

-4.00

0.00

4.00

8.00

12.00

Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán

h(m)

Time Trạm PQI-2C

(a)

-8.00 -4.00 0.00 4.00 8.00 12.00

Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán

h(m)

Time Trạm PQIII-1TB

(b)

-6.00 -2.00 2.00 6.00 10.00 14.00

Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán

h(m)

Time Trạm PQIII-2B

(c)

-6.00

-2.00

2.00

6.00

10.00

14.00

Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán

h(m)

Time Trạm PQIII-4B

(d)

-6.00 -2.00 2.00 6.00 10.00 14.00

Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán

h(m)

Time Trạm PQIV-3B

(e)

-6.00 -2.00 2.00 6.00 10.00 14.00

Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán

h(m)

Time Trạm PQIV-4A

(f)

Hình 4 Biến trình độ sâu mực nước ngầm tính toán và thực đo trên đảo Phú Quý

từ tháng 1/2010 đến tháng 11/2011

Bảng 2 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)

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 4) 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 1,78 mét (Bảng 2) 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

4.4 Đánh giá 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

/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 4.4 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

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 tiềm năng

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 3) 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

Bảng 3 Trữ lượng nước ngầm trung bình nhiều năm của từng tháng trên đảo Phú Quý

(106m3)

Trữ

lượng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

W Động 1.024 0.749 0.737 0.671 0.795 1.198 1.278 1.107 1.262 1.854 1.767 1.300

W KTTN 2.839 2.563 2.550 2.483 2.607 3.011 3.091 2.921 3.075 3.669 3.583 3.115

W KT 0.096 0.086 0.096 0.093 0.096 0.093 0.096 0.096 0.093 0.096 0.093 0.096

Trữ lượng khai thác tiềm năng = Trữ lượng động + 30% X Trữ lượng tĩnh;

5 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 sau mưa Do đó, nước ngầm có vai trò rất lớn trong sinh hoạt và sản xuất của người dân trên đảo

Kết quả tính toán cho thấy với lượng khai thác hiện nay trên đảo Phú Quý khoảng 3223 m3/ngày đêm (dân khai thách theo thống kê 2005 và 2 nhà máy nước năm 2011 ) thì nước ngầm trên đảo hoàn toàn có thể đáp ứng được nhu cầu khai thác phục vụ sinh hoạt và sản xuất của nhân dân trên đảo Tổng lượng nước khai thác toàn đảo mới chỉ chiếm 2,6 đến 3,7% trữ lượng nước khai thác tiềm năng

Trong điều kiện bình thường tổng lượng nước bị nhiễm mặn chiếm khoảng 8,4% đến 9,3% tổng lượng nước dưới đất 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

Việc sử dụng mô hình số trong tính toán nước ngầm có ưu điểm là mô tả được

sự biến động của nguồn nước ngầm theo thời gian và không gian Ngoài ra, việc sử dụng mô hình số giúp tính toán được các thành phần khác nhau trong tổng trữ lượng nước một các rõ ràng Việc này giúp ích rất lớn cho các nhà quản lý trong việc đưa ra các chính sách quản lý nguồn nước

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Báo cáo chuyên đề “Đặc điểm địa chất thủy văn” trong dự án “Điều tra Tài nguyên nước phục vụ phát triển kinh tế khu vực đảo Phú Quý”

2 Báo cáo chuyên đề “Hiện trạng khai thác sử dụng nguồn nước và nhu cầu khai thác sử dụng nguồn nước ở đảo Phú Quý” trong dự án “Điều tra Tài nguyên nước phục vụ phát triển kinh tế khu vực đảo Phú Quý”

3 Nguyễn Thu Hiền – luận văn Thạc sĩ năm 2009 “Đánh giá tiềm năng nước dưới đất miền đồng bằng tỉnh quảng trị phục vụ quy hoạch phát triển kinh tế xã hội và môi trưởng bền vững”

APPLICATION GMS MODEL SIMULATE AND EVALUATE THE

CURRENT STATUS

Nguyen Xuan Hien, Khuong Van Hai, Nguyen Thi Phuong

Vietnam Institute of Meteorology, Hydrology and Enviroment

Groundwater in Phu Quy island's main source of water to meet the daily needs of the people and produced on the island This paper introduces GMS application model to assess the status of groundwater on the island and some calculated results such as the total reserves

of fresh water on the island of about 6.08 to 7.28 million m 3 /month, the total reserves of mining fresh water on the island of about 86.3 and 95.5 thousand m 3 /month