Khả năng khai thác nước dưới đất và dự báo lún mặt đất do khai thác nước vùng tây nam thành phố hồ chí minh

Để làm sáng tỏ mối quan hệ giữa việc khai thác nước dưới đất, tác động của nó đến chính nguồn nước dưới đất và môi trường xung quanh, đồng thời xác định được cơ sở khoa học tin cậy phục

Nguyễn Văn Ngà

KHẢ NĂNG KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ DỰ BÁO LÚN MẶT ĐẤT DO KHAI THÁC NƯỚC VÙNG TÂY NAM THÀNH PHỐ HỒ CHI MINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH SỬ DỤNG VÀ BẢO VỆ

TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

Thành phố Hồ Chí Minh-2009

- Nguyễn Văn Ngà

KHẢ NĂNG KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ DỰ BÁO LÚN MẶT ĐẤT DO KHAI THÁC NƯỚC VÙNG TÂY NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: Sử dụng và Bảo vệ tài nguyên môi trường

Mã số: 62.85.15.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH SỬ DỤNG VÀ BẢO VỆ

TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 TS Chế Đình Lý

2 PGS.TS Lê Mạnh Tân

Thành phố Hồ Chí Minh-2009

học Xã hội và Nhân văn dưới sự hướng dẫn khoa học của:

TS Chế Đình Lý, Viện phó Viện Tài nguyên-Môi trường, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh và PGS TS Lê Mạnh Tân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến 2 thầy về sự tận tâm hướng dẫn khoa học và truyền dạy nhiều kiến thức quý báu cho tác giả trong suốt quá trình làm luận án

Trong quá trình làm luận án tác giả đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của Khoa địa lý, Phòng đào tạo sau đại học của Trường đại học Khoa học Xã hội và Nhân văn, Bộ môn Địa kỹ thuật-Trường Đại học Bách khoa Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước miều Nam, Liên hiệp khoa học sản xuất địa chất Nam bộ, Liên hiệp khoa học sản xuất địa chất-môi trường miền Nam, Công ty tư vấn xây dựng tổng hợp Bộ Xây dựng, Công ty cấp nước thành phố Hồ Chí Minh… Tác giả cũng nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình và những ý kiến đóng góp quý báu của GS.Nguyễn Kim Cương, PGS.TS.Đøoàn Văn Cánh, GS.TSKH Phạm Văn Tỵ, GS Đặng Hữu Diệp, TS Nguyễn Bá Hoằng, ThS Phan Văn Tuyến, [ThS Trịnh Hữu Tuấn], các đồng nghiệp của Phòng quản lý Tài nguyên nước và khoáng sản- Sở Tài nguyên và Môi trường-thành phố Hồ Chí Minh và các cơ quan khác

Nhân dịp này tác giả xin chân thành cảm ơn tới các cơ quan, tập thể, các nhà khoa học và các đồng nghiệp về những giúp đỡ quý báu đó

Tác giả

Nguyễn Văn Ngà

Thành phố, nơi có hoạt động kinh tế mạnh nhất và cũng là nơi tập trung khai khác nguồn nước dưới đất lớn nhất Từ các tài liệu nghiên cứu về địa chất thủy văn, tài liệu về hiện trạng khai thác nước dưới đất, tài liệu về quan trắc mực nước, tài liệu về biến dạng lún mặt đất, tình hình ngập lụt cho thấy nguy

cơ cạn kiệt nguồn nước, sự xâm nhập mặn và gây biến dạng lún mặt đất có liên quan đến việc khai thác nước dưới đất trong vùng nghiên cứu Để làm sáng tỏ mối quan hệ giữa việc khai thác nước dưới đất, tác động của nó đến chính nguồn nước dưới đất và môi trường xung quanh, đồng thời xác định được cơ sở khoa học tin cậy phục vụ cho công tác quy hoạch sử dụng và quản lý tài nguyên nước dưới đất khả thi và hợp lý, luận án “Khả năng khai thác nước dưới đất và dự báo lún mặt đất do khai thác nước vùng Tây nam thành phố Hồ Chí Minh” được chọn thực hiện

Sau khi đánh giá điều kiện địa chất thủy văn và hiện trạng khai thác, tác giả đã áp dụng phần mềm Modflow xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất để nghiên cứu, đánh giá khả năng khai thác của nguồn nước dưới đất, xác định sơ đồ bố trí các hành lang khai thác nước dưới đất, xác định khoảng dịch chuyển của biên mặn nhạt vào các hành lang khai thác nước dưới đất năm 2030 của vùng nghiên cứu Kết quả đã xác định được: Tổng khả năng khai thác nguồn nước dưới đất là 508.304 m3/ngày, trong đó tầng chứa nước Pleistocen: 50.888 m3/ngày, Pliocen trên: 276.304 m3/ngày và Pliocen dưới: 181.467 m3/ngày Mực nước hạ thấp sâu nhất của các tầng chứa nước lần lượt là: -20 m, -35 m và -40 m Vị trí các hành lang khai thác nước dưới đất ở tầng Pliocen trên là 4 với tổng lưu lượng khai thác thêm là 73.000

m3/ngày, ở tầng Pliocen dưới là 5 với tổng lưu lượng khai thác thêm là 100.000 m3/ngày Biên mặn nhạt sau năm 2030 sẽ dịch chuyển vào phía các hành lang khai thác lần lượt 0,5 km cho tầng Pleistocen, 0,7 km cho tầng Pliocen trên và 0,5 km cho tầng Pliocen dưới

Trên cơ sở các tài liệu về hiện trạng khai thác nước nước dưới đất, hiện tượng ngập, hiện tượng trồi ống chốâng các giếng khoan, các tài liệu nghiên cứu lún mặt đất trong vùng nghiên cứu, luận án khẳng định hiện tượng trồi ống chống các giếng khai thác nước là do khai thác nước dưới đất gây ra và

37,9 cm

ASTRACT

The Southern West part of HCMC, the center of the City, has the fastest economic activities and the largest concentratively groundwater abstraction From documents of hydrogeology, state of groundwater exploitation, waterlevel monitoring, land surface deformation, submerged phenomenon show that the risk of water source exhausted, salty intrusion, land surface deformation are associated with the groundwater abstraction in the study region To bring out the relation between the groundwater abstraction, its impacts to itseft water source and surrounding environment, simultaneously to specify the firmly scientific basic for the rationally groundwater resources planning and management, the thesis “the exploitable capacity of groundwater and prediction of the land subsidence due to groundwater pumping of the Southern West region of HCMC” selected to study

Applying the three-dimensional finite difference numerical model (Modflow) to study and assess the exploitable capacity of groundwater, to specify the location of pumping well fields, to specify the distance of salt-fresh boundary movement to the pumping well fields in 2030 of the study region Results: Total exploitable capacity of studied region is 508.659

m3/day, in there, the Pleistocen aquifer is 50.888 m3/day, the upper Pliocen aquifer is 276.304 m3/day and the lower Pliocen aquifer is 181.467 m3/day with the deepest waterlevel drawndown is -20 m, -35 m and -40 m respectively Locations of pumping well fields are specified in the upper Pliocen aquifer is 4 fields with the total added pumping 73.000 m3/day, 5 fields in the lower Pliocen aquifer with the total added pumping 100.000

m3/day In 2030, the distance of salt-fresh boundary movement to the exploitation well fields in the Pleistocen aquifer is 0.5 km, in the upper Pliocen aquifer is 0.7 km and in the lower Pliocen aquifer is 0.5 km

From documents of the state of groundwater exploitation, flooded phenomenon and well casing intrusion, land subsidence in the study region,

surface subsidence of the study region ranges 8.5 cm to 37.9 cm.

MỤC LỤC

Trang Trang phụ bìa

Tóm tắt luận án tiến sĩ

Mục lục

Danh mục các hình vẽ và bảng biểu

Mở đầu

Chương 1: MỘT SỐ THÔNG TIN CƠ BẢN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU

1.1 Điều kiện tự nhiên 7

1.2.4 Hiện trạng sử dụng nước 12

1.3 Đặc điểm địa chất thủy văn 12

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TRỮ LƯỢNG

NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ NGHIÊN CỨU LÚN MẶT ĐẤT DO

KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT

17

2.1 Tổng quan về nghiên cứu trữ lượng nước dưới đất 17

2.2 Tổng quan về lún mặt đất do khai thác nước dưới đất 25

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHAI

3.1 Chọn phương pháp nghiên cứu khả năng khai thác nước

dưới đất

30

3.2 Cơ sở lý thuyết mô hình dòng chảy nước dưới đất 33

3.2.1 Mô hình toán học 33

3.2.2 Điều kiện biên 33

3.2.3 Phương pháp giải 34

3.3 Xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất 36

3.3.1 Phân chia các lớp trên mô hình 36 3.3.2 Dữ liệu đầu vào mô hình 38 3.4 Dự báo khả năng khai thác nước dưới đất 55 3.4.1 Kết quả chạy mô hình bước 1 56 3.4.2 Kết quả chạy mô hình bước 2 58 3.5 Dự báo sự dịch chuyển của biên mặn nhạt 65 Chương 4: LÚN MẶT ĐẤT VÀ DỰ BÁO LÚN MẶT ĐẤT DO

KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT 72 4.1 Hiện trạng lún mặt đất tại thành phố Hồ Chí Minh 72 4.2 Điều kiện, cơ chế lún mặt đất 83

4.2.2 Cơ chế lún mặt đất 84 4.3 Mô hình dự báo lún mặt đất 86 4.4 Kết quả dự báo lún mặt đất do khai thác nước dưới đất 91

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN

QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

100

PHỤ LỤC

CHỮ VIẾT TẮT

ĐCTV: Địa chất thủy văn

ĐCCT: Địa chất công trình

KH và CN: Khoa học và Công nghệ

KH và KT: Khoa học và Kỹ thuật

LMĐ: Lún mặt đất

M.Đ.Chi: Mạc Đỉnh Chi

NN và PTNT: Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn NQL T10: Nhà quản lý T10

NQL N31A: Nhà quản lý N31A

NDĐ: Nước dưới đất

TP.HCM: Thành phố Hồ Chí Minh

TCHC: Tổng cục Hành chính

THCN: Trung học chuyên nghiệp

TNN: Tài nguyên nước

T.S.Hòa: Tân Sơn Hòa

VPC.Ty: Văn phòng Công ty

XH và NV: Xã hội và Nhân văn

XNHM: Xí nghiệp Hóc Môn

CÁC HÌNH VẼ VÀ BIỂU BẢNG

1 Các hình vẽ: Trang

Hình 1.1 Vị trí vùng nghiên cứu 7

Hình 3.1 Ô lưới và các loại ô trong mô hình 35

Hình 3.2 Vị trí các công trình khai thác nước dưới đất 42

Hình 3.8 Hệ số thấm của lớp 2 47

Hình 3.9 Hệ số thấm của lớp 4 47

Hình 3.10 Hệ số thấm của lớp 6 48

Hình 3.11 So sánh giữa mực nước tính toán và quan trắc lớp 2 48

Hình 3.12 So sánh giữa mực nước tính toán và quan trắc lớp 4 48

Hình 3.13 So sánh giữa mực nước tính toán và quan trắc lớp 6 49

Hình 3.14 Độ nhả nước đàn hồi và trọng lực lớp 2 50

Hình 3.15 Độ nhả nước đàn hồi và trọng lực lớp 4 51

Hình 3.16 Độ nhả nước đàn hồi và trọng lực lớp 6 51

Hình 3.17 Mực nước lớp 2 tháng 4 năm 2006 52

Hình 3.18 Mực nước lớp 2 tháng 10 năm 2006 52

Hình 3.19 Mực nước lớp 4 tháng 4 năm 2006 53

Hình 3.20 Mực nước lớp 4 tháng 10 năm 2006 53

Hình 3.21 Mực nước lớp 6 tháng 4 năm 2006 54

Hình 3.22 Mực nước lớp 6 tháng 10 năm 2006 54

Hình 3.23 Mực nước lớp 2 tháng 4 năm 2030 57

Hình 3.24 Mực nước lớp 4 tháng 4 năm 2030 57

Hình 3.25 Mực nước lớp 6 tháng 4 năm 2030 58

Hình 3.26 Ví trí hành lang khai thác tầng Pliocen trên 58

Hình 3.27 Ví trí hành lang khai thác tầng Pliocen dưới 59

Hình 3.28 : Mực nước lớp 2 tháng 4 năm 2015 60

Hình 3.29: Mực nước lớp 4 tháng 4 năm 2015 61

Hình 3.30: Mực nước lớp 6 tháng 4 năm 2015 61 Hình 3.31 Mực nước lớp 2 tháng 4 năm 2025 62 Hình 3.32 Mực nước lớp 4 tháng 4 năm 2025 62 Hình 3.33 Mực nước lớp 6 tháng 4 năm 2025 63 Hình 3.34 Mực nước lớp 2 tháng 4 năm 2030 63 Hình 3.35 Mực nước lớp 4 tháng 4 năm 2030 64 Hình 3.36 Mực nước lớp 6 tháng 4 năm 2030 64 Hình 3.37 Biên mặn nhạt tầng Pleistocen sau dự báo 66 Hình 3.38 Sự di chuyển biên mặn nhạt tầng Pleistocen sau dự báo 67 Hình 3.39 Sự thay đổi độ tổng khoáng hóa trong lỗ khoan quan sát

well2,well3 tầng Pleistocen sau dự báo 67 Hình 3.40 Biên mặn nhạt tầng Pliocen trên sau dự báo 68 Hình 3.41 Sự di chuyển biên mặn nhạt tầng Pliocen trên sau dự báo 68 Hình 3.42 Sự thay đổi độ tổng khoáng hóa trong lỗ khoan quan sát

well5,well6 tầng Pliocen trên sau dự báo 69 Hình 3.43 Biên mặn nhạt tầng Pliocen dưới sau dự báo 69 Hình 3.44 Sự di chuyển biên mặn nhạt tầng Pliocen dưới sau dự

báo

70

Hình 3.45 Sự thay đổi độ tổng khoáng hóa trong lỗ khoan quan sát

well8,well9 tầng Pliocen dưới sau dự báo

70

Hình 4.1: Mực nước tầng Pleistocen 73 Hình 4.2: Mực nước tầng Pliocen trên 73 Hình 4.3: Mực nước tầng Pliocen dưới 73 Hình 4.4 Biến dạng lún mặt đất từ 12/2003 đến 05/2004 78 Hình 4.5 Trồi ống chống tại giếng khai thác số 3, khu công nghiệp

Lê Minh Xuân, Bình Chánh với độ trồi 19 cm (X:667814;

Y:1187803)

79

Hình 4.6 Trồi ống chống tại giếng khai thác số 1, khu công nghiệp

Tân Tạo, Bình Tân với độ trồi 30 cm (X:674762; Y:1186710)

79

Hình 4.7 Nền nhà bị hẫng do lún tại nhà làm việc của Ban quản lý

KCN Tân Tạo

80

Hình 4.8 Trồi ống chống tại giếng khai thác nước Phương 11, Quận

6, độ trồi 22 cm (X:678011; Y:1188078), đã ngưng khai thác

80

Hình 4.9 Trồi ống chống tại giếng khai thác nước Phương 10, Quận

6, độ trồi 18 cm (X:677815; Y:1187850), đã ngưng khai thác

81

Hình 4.10: Sơ đồ phân bố vùng trồi ống chống giếng khoan 81

Hình 4.11: Mối quan hệ của các thành phần lực tại ranh giới của lớp

cách nước vô hạn và lớp chứa nước áp lực

85

Hình 4.12: Sơ đồ áp lực của một tầng chứa nước bán áp và hệ thống

tầng chứa nước áp lực khi giảm mực áp lực của tầng chứa nước có

áp

86

Hình 4.13: Quan hệ giữa lún với thời gian (phương trình dạng mũ) 87

Hình 4.14: Quan hệ giữa lún và mực nước 87

Hình 4.15 Đẳng chiều dày lớp đất hạt mịn của mái tầng Pleistocen 92

Hình 4.16 Đẳng chiều dày lớp đất hạt mịn của mái tầng Pliocen

trên

92

Hình 4.17 Đẳng chiều dày lớp đất hạt mịn của mái tầng Pliocen

Hình 4.18 Mực nước hạ thấp tháng 4 năm 2030 của lớp 2 93

Hình 4.19 Mực nước hạ thấp tháng 4 năm 2030 của lớp 4 94

Hình 4.20 Mực nước hạ thấp tháng 4 năm 2030 của lớp 6 94

Hinh 4.21 Bản đồ đẳng lún do khai thác nước 96

2 Các bảng biểu:

Bảng 1.1: Nhiệt độ không khí (Trạm Tân Sơn Hoà)(oC) 9 Bảng 1.2: Lượng mưa (mm) 9

Bảng 1.3: Mực nước mặt quan trắc năm 2004 (m) 10

Bảng 3.1 Sai số giữa mực nước tính toán và mực nước quan trắc 49

Bảng 3.2 Sai số của lớp 2 55

Bảng 3.3 Sai số của lớp 4 55

Bảng 3.4 Sai số của lớp 6 55

Bảng 3.5 Kết quả dự báo khả năng khai thác nước dưới đất 65

Bảng 4.1: Độ trồi ống chống giếng khoan năm 2007 82

Bảng 4.2 Độ lún mặt đất do khai thác nước vào tháng 4 năm 2030 95

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN

Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những đô thị lớn nhất Việt Nam với diện tích trên 2090 km2 và dân số khoảng 7 triệu người, đồng thời là nơi có tốc độ phát triển kinh tế và đô thị hoá nhanh Để đáp ứng nhu cầu nước cho Thành phố, hai nguồn nước chính được khai thác là nước mặt (nước sông Đồng Nai, Sài Gòn) và nước dưới đất (NDĐ) tại chỗ Tổng lượng nước khai thác để cấp cho thành phố hiện nay là 1,7 triệu m3/ngày, trong đó nguồn NDĐ chiếm khoảng 40% Hiện nay, phần Tây nam của Thành phố đang là nơi tập trung nhiều KCN, KCX, cụm công nghiệp, cụm kinh tế, khu dân cư tập trung… trong khi đó mạng cấp nước nơi đây chưa phát triển, chưa đáp ứng được nhu cầu nước cho khu vực Chính vì thế việc khai thác NDĐ ở khu vực này là rất lớn với 100% nhà máy NDĐ có quy mô lớn được bố trí ở đây, chiếm khoảng 60% tổng lượng NDĐ đang khai thác của thành phố hiện nay [23,29] Do khai thác nước tập trung đã nảy sinh các vấn đề: mực nước các tầng chứa nước đang khai thác hạ thấp nhanh với tốc độ từ 1-2 m/năm có nguy cơ dẫn đến cạn kiệt nguồn nước; xuất hiện dấu hiệu xâm nhập mặn, ngập lụt, lún nứt các công trình dân dụng, trồi ống chống các giếng khoan (lún mặt đất) Đứng trước tình hình trên, việc nghiên cứu về nguồn nước trong vùng để đưa ra các giải pháp nhằm khai thác hợp lý là cấp thiết Nhận thức được ý nghĩa khoa học, thực tiễn cuả việc nghiên cứu các luận cứ khoa học làm cơ sở cho việc quản lý TNN của thành phố, đề tài "Khả năng khai thác nước dưới đất và dự báo lún mặt đất do khai thác nước vùng Tây nam Thành phố Hồ Chí Minh" đã

được chọn làm luận án tiến sĩ chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ tài nguyên môi trường

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

1 Đánh giá một cách khoa học về khả năng khai thác của nguồn NDĐ ở phần Tây nam thành phố Hồ Chí Minh, xác định sơ đồ bố trí các công trình khai thác nhằm khai thác sử dụng nguồn nước một cách hợp lý

2 Bước đầu nghiên cứu xác định nguyên nhân và dự báo lún mặt đất

do khai thác nước gây ra

III NỘI DUNG VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

III.1 Nội dung nghiên cứu của luận án

1 Khả năng khai thác của NDĐ, luận chứng lưu lượng và bố trí các giếng khai thác hợp lý cho vùng nghiên cứu

2 Nguyên nhân và dự báo lún mặt đất do khai thác NDĐ theo khả năng khai thác trong tương lai

III.2 Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án

1 Đánh giá đặc điểm ĐCTV vùng nghiên cứu

2 Nghiên cứu hiện trạng khai thác NDĐ và động thái mực nước NDĐ vùng nghiên cứu

3 Đánh giá khả năng khai thác nước các tầng chứa nước chủ yếu, xác định lưu lượng và sơ đồ bố trí các công trình khai thác NDĐ một cách hợp lý

4 Xác định nguyên nhân LMĐ và dự báo LMĐ do khai thác nước

IV PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Khu vực nghiên cứu là phần Tây nam thành phố Hồ Chí Minh gồm các quận 1,3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, Tân Bình, Tân Phú, Gò Vấp, Phú Nhuận, Bình Thạnh, Bình Tân và các huyện Hóc Môn, Bình Chánh, Nhà Bè với diện tích khoảng trên 700 km2 Đối tượng nghiên cứu là các tầng chứa nước: Pleistocen (Q1), Pliocen trên (N22) và Pliocen dưới (N21) Để tăng tính chính xác kết quả nghiên cứu chọn diện tích lập mô hình rộng ra xung quanh với diện tích là 2.250 km2

Nghiên cứu quan hệ giữa việc khai thác NDĐ với vấn đề LMĐ và dự báo LMĐ do khai thác nước Đối tượng nghiên cứu là mối quan hệ giữa các hiện tượng ngập lụt, trồi ống chống giếng khoan trong khu vực nghiên cứu với tình hình khai thác nước hiện nay Dự báo LMĐ do khai thác nước ứng với khả năng khai thác của nguồn nước

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

V.1 Phương pháp luận nghiên cứu:

Để giải quyết các mục đích, nội dung nghiên cứu của luận án, cách tiếp cận của luận án là dựa trên cơ sở lý thuyết về nghiên cứu địa chất, ĐCTV, ĐCCT, cơ lý đất đá, thống kê Cụ thể ứng dụng các lý luận nghiên cứu về cấu trúc địa chất, đặc biệt là cấu trúc địa chất vùng châu thổ, vùng ven biển; ứng dụng các lý luận nghiên cứu các thông số ĐCTV, nghiên cứu trữ lượng nước các đơn vị chứa nước, đặc biệt là lý luận về ứng dụng mô hình toán trong ĐCTV; ứng dụng các lý luận nghiên cứu về tính cố kết của đất đá và lý luận về tính nén lún của đất

V.2 Phương pháp nghiên cứu:

Các phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu gồm:

1 Phương pháp thu thập, phân tích tổng hợp tài liệu: Tiến hành thu thập các tài liệu hiện có về KTTV, địa chất, ĐCCT, ĐCTV, các tài liệu có liên quan đến đánh giá trữ lượng NDĐ, nghiên cứu LMĐ do khai thác NDĐ Từ những tài liệu thu thập phân tích, đánh giá những gì đã và đang nghiên cứu có liên quan đến nội dung nghiên cứu và những gì cần nghiên cứu sâu thêm trong luận án Tổng hợp, chỉnh lý và xây dựng thành các tập dữ liệu để phục vụ cho nghiên cứu

2 Phương pháp khảo sát thực địa: Tiến hành khảo sát bổ sung ngoài thực địa về hiện tượng ngập lụt, hiện tượng sụp đất, trồi ống chống giếng khoan, lún các công trình dân dụng

3 Phương pháp mô hình hoá: Ứng dụng mô hình để mô phỏng đặc điểm ĐCTV để xác định khả năng khai thác NDĐ vàø luận giải để bố trí các công trình khai thác hợp lý cho vùng nghiên cứu

4 Phương pháp dự báo lún mặt đất: Ứng dụng phương pháp lý thuyết để dự báo LMĐ do khai thác nước dưới đất

5 Phương pháp thống kê tổng hợp

VI CÁC LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ VÀ Ý NGHĨA

VI.1 Các luận điểm bảo vệ

1 Vùng nghiên cứu có điều kiện ĐCTV rất phức tạp, có các lớp chứa nước mặn nhạt xen kẽ nhau, là nơi phân bố các biên mặn nhạt của các tầng chứa nước chính trong khu vực và đã có nhiều công trình khai thác với quy mô lớn nhỏ khác nhau Khả năng khai thác nguồn nước dưới

đất không những phụ thuộc rất lớn vào điều kiện ĐCTV của vùng mà còn phụ thuộc vào mật độ, quy mô, vị trí của các công trình khai thác hiện nay và chính sách phát triển nguồn nước của thành phố

2 Khai thác NDĐ từ các tầng chứa nước có áp sẽ làm giảm áp lực trong chúng và giảm áp lực lỗ rỗng của các lớp thấm nước yếu (bùn, sét, sét pha, cát pha) nằm trên, dưới và xen kẹp các lớp chứa nước gây co nén đất dẫn đến sụt LMĐ Lún do co nén các lớp thấm nước kém đây là nguyên nhân chính của hiện tượng trồi ống chống giếng khoan trong vùng nghiên cứu

VI.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

1 Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu và ứng dụng mô hình hoá trong nghiên cứu ĐCTV, đặc biệt để đánh giá khả năng khai thác an toàn của nguồn NDĐ và luận chứng sơ đồ bố trí các công trình khai thác cho khu vực có điều kiện ĐCTV phức tạp như vùng nghiên cứu

Việc nghiên cứu về nguyên nhân gây LMĐ, chọn mô hình dự báo lún mặt đất do khai thác nguồn NDĐ của vùng nghiên cứu có ý nghĩa như là bước khởi đầu cho những nghiên cứu chuyên sâu về vấn đề LMĐ sau này

2 Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả của đề tài là cơ sở khoa học cho việc xây dựng các quy định, các chính sách quản lý nguồn NDĐ của thành phố một cách hợp lý, là cơ sở cho việc xây dựng các mạng quan trắc nhằm theo dõi, dự báo sự thay đổi động thái NDĐ, tác động môi trường do khai thác NDĐ; đề xuất các giải pháp hạn chế và phòng, chống rủi ro do khai thác NDĐ

VII CƠ SỞ TÀI LIỆU CUẢ LUẬN ÁN

Luận án được hoàn thành trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, điều tra, quan trắc cuả Phòng quản lý Tài nguyên nước và Khoáng sản Luận án còn sử dụng các kết quả lập bản đồ ĐCCT-ĐCTV TP.HCM tỷ lệ 1/50.000, kết quả nghiên cứu lập quy hoạch sử dụng NDĐ TP.HCM Ngoài ra, luận án còn sử dụng nhiều kết quả nghiên cứu ĐC, ĐCTV, ĐCCT, LMĐ của các công trình của nhiều tác giả khác nhau trong và ngoài nước đã được công bố

VIII CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN

Luận án được trình bày trong 4 chương, phần mở đầu và kết luận, gồm 105 trang, 10 biểu bảng, 67 hình vẽ, danh mục 59 tài liệu tham khảo và 4 phụ lục

Chương 1 MỘT SỐ THÔNG TIN CƠ BẢN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU

1.1 Điều kiện tự nhiên

thủy lực không đáng kể Vùng nghiên cứu phía Bắc tiếp giáp với huyện

Trảng Bàng tỉnh Tây Ninh, Bình Dương, Đông giáp tỉnh Đồng Nai, Tây và Nam giáp tỉnh Long An

1.1.2 Địa hình

Vùng nghiên cứu có dạng địa hình của vùng chuyển tiếp từ dạng địa hình đồi núi của miền trung du sang địa hình trũng thấp của đồng bằng sông Cửu Long Địa hình có dạng sóng chạy dài theo hướng Tây bắc xuống Đông nam với độ cao địa hình thay đổi từ trên 30,0 m đến nhỏ hơn 1,0 m

1.1.3 Khí hậu

Vùng nghiên cứu có đặc điểm khí hậu của vùng cận nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm và mưa nhiều Trong năm khí hậu được chia ra làm 2 mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng

Độ ẩm tương đối cao và cao nhất từ 94 đến 95 %, thấp nhất từ 68 đến 71 %, trung bình là 78 đến 79 % (Phụ lục 1)

Lượng bốc hơi lớn hàng năm thay đổi từ 1.075,4-1.738,4 mm Lượng bốc hơi cao nhất vào các tháng 3 và 4 thay đổi từ 140,3-161,2 mm, nhỏ nhất vào các tháng 9 và 10 thay đổi từ 55,0-60,0 mm (Phụ lục 1)

Gió: Có 3 hướng gió chính: Đông nam, Tây nam và Tây thổi xen kẽ nhau với tốc độ thay đổi từ 2,1 đến 4,0 m/s

Bảng 1.1: Nhiệt độ không khí (Trạm Tân Sơn Hoà)(oC)

Max 35,0 34,8 36,1 36,8 38,5 35,5 35,7 35,6 35,6 35,5 35,7 35,8 Min 21,0 21,0 23,4 25,5 23,8 23,8 24,0 22,9 23,7 23,6 22,4 21,1 Trung

bình 27,2 26,7 28,5 30,1 29,5 28,1 27,8 28,0 28,1 27,5 28,0 26,6

Bảng 1.2: Lượng mưa (mm)

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 mưa T.S Hoà 0,1 - - 13,0 264,0 247,0 356,0 201,0 284,0 309,0 97,0 13,0 1684,1 M.Đ Chi - - - - 356,0 232,0 388,0 140,5 282,9 216,7 23,2 20,2 1659,5 VPC Ty 2,9 - - 53,7 371,2 190,0 400,4 203,0 266,7 334,6 91,0 21,5 1935,0 XNHM - - - 40,5 355,8 140,9 206,4 161,0 308,0 258,3 51,5 - 1522,4 NQL T10 - - - 94,0 481,2 149,2 270,8 193,6 272,7 331,1 47,7 - 1840,3 NQLN31A - - 9,5 90,9 560,6 217,8 322,1 190,6 197,4 176,2 29,0 - 1794,1

(Đài KTTV Nam bộ và Công ty khai thác dịch vụ thủy lợi đo)

đến 300m Khi chưa có hồ Trị An, sông Đồng Nai có lưu lượng dòng chảy

lớn nhất là 100 m3/s và nhỏ nhất 32 m3/s Sau khi có hồ Trị An, lưu lượng xả lớn nhất 2.110 m3/s, nhỏ nhất 600 m3/s Khả năng khai thác nước nhạt từ

sông Đồng Nai từ 24,5-37,0 m3/s giai đoạn từ 2000-2010 Mực nước tại các trạm quan trắc cho thấy không có đột biến (Bảng 1.3, Phụ lục 1)

Sông Sài Gòn bắt nguồn từ vùng Hớn Quảng, chảy qua Thủ Dầu Một chảy vào thành phố đoạn từ xã Phú Mỹ Củ Chi tới Thạnh Mỹ Lợi Quận 2 gặp sông Nhà Bè Chiều rộng của sông từ 250 đến 350 m Chiều sâu sông 10 đến 20 m Lưu lượng thay đổi từ 22,5 m3/s đến 84 m3/s Mực nước sông thay đổi từ -0,34 m đến 1,18 m Sông chịu ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều với biên độ dao động từ 1,5-3,1 m Hồ Dầu Tiếng được xây dựng ở thượng nguồn của sông này với dung tích 105 triệu m3, hồ có chức năng điều tiết lưu lượng của sông vào mùa khô với lưu lượng xả là 20 m3/s Sông Nhà Bè được tính từ ngã ba sông Sài Gòn-Đồng Nai đến ngã ba sông Lòng Tàu-Soài Rạp, dài khoảng 8 km, rộng từ 1.000-2.000 m và sâu từ 10-

30 m Sông Chợ Đệm nằm phía Tây nam thành phố, nối liền với rạch Cần Giuộc, kênh Đôi và kênh Lò Gốm, dài khoảng 5 km, sâu 5-10 m và rộng từ 80-100 m

Ngoài các sông lớn đã trình bày trên, khu vực nghiên cứu còn có một hệ thống kênh rạch dày đặc Hiện nay, hệ thống kênh rạch đóng vai trò như là hệ thống giao thông, thoát nước

Bảng 1.3: Mực nước max quan trắc năm 2004 (m)

Nhà Bè 1,36 1,19 1,19 1,11 1,22 1,07 0,92 1,08 1,35 1,32 1,32 1,41 Phú An 1,41 1,26 1,24 1,18 1,28 1,12 1,04 1,11 1,40 1,38 1,33 1,41 V.Tàu 1,22 1,05 1,06 1,04 1,09 0,92 0,80 1,00 1,38 1,25 1,13 1,30 D.Tiếng 1,22 1,16 1,16 1,19 1,19 1,21 1,15 1,09 1,23 1,24 1,21 1,22

B Lức 1,25 1,12 1,11 1,00 1,01 0,92 0,83 0,87 1,28 1,36 1,18 1,18 B.Hoà 1,47 1,43 1,41 1,37 1,49 1,37 1,27 1,39 1,56 1,58 1,45 1,49 CAn Hạ 1,04 1,01 1,00 0,93 0,99 0,93 0,78 0,84 1,20 1,26 1,13 1,17

1.2 Đặc điểm kinh tế-xã hội

1.2.1 Dân cư

Tổng dân số trong khu vực nghiên cứu là khoảng 7 triệu người và chủ yếu là người Việt, một số ít người Hoa Tốc độ tăng dân số khoảng 1,73 % Đây là nơi tập trung nhiều cơ sở giáo dục đào tạo, nghiên cứu, các trung tâm văn hoá Nhìn chung người dân ở đây có trình độ giáo dục cao

1.2.2 Kinh tế

Khu vực nghiên cứu là trung tâm thương mại, du lịch lớn, là nơi tập trung nhiều KCX, KCN sản xuất nhiều mặt hàng khác nhau phục vụ cho tiêu thụ trong nước, xuất khẩu như cơ khí, may mặc, chế biến lương thực thực phẩm và sản xuất hàng tiêu dùng…Nông nghiệp phát triển dọc và ven sông Đồng Nai, sông Sài Gòn với các loại cây con như cây lúa, cây rau, gia súc, gia cầm và đặc biệt trong mấy năm gần đây cây cảnh đã trở thành một cây có thế mạnh Ngành dịch vụ cũng phát triển mạnh với hàng loạt hệ thống nhà hàng, khách sạn, hệ thống các ngân hàng và các ngành dịch vụ mới ra đời

1.2.3 Giao thông

Hệ thống giao thông gồm đường hàng không, đường bộ, đường thủy thuộc loại thuận lợi nhất khu vực phía Nam Đây cũng là đầu mối giao thông quan trọng của khu vực để đi đến tất cả các vùng, miền trong nước và các nước trong khu vực và trên thế giới

1.2.4 Hiện trạng sử dụng nước

Để đáp ứng nhu cầu nước cho khu vực, nguồn nước chính được khai thác sử dụng là nước mặt và NDĐ Nguồn nước mặt khai thác từ sông

Đồng Nai, sông Sài Gòn, nguồn NDĐ tập trung khai thác từ 3 tầng chứa nước chính là Pleistocen, Pliocen trên và Pliocen dưới Tầng Pleistocen tập trung chủ yếu là các giếng khai thác nước với quy mô hộ gia đình và 2 tầng chứa nước còn lại tập trung các giếng khai thác dạng công nghiệp của các nhà máy nước, các giếng khai thác của các cơ sở sản xuất [23,29, 42]

1.3 Đặc điểm địa chất thủy văn

Vùng nghiên cứu hiện diện 5 đơn vị chứa nước sau:[23](Phụ lục 2,3) + Tầng chứa nước Holocen (Q2)

Phân bố ở địa hình thấp có độ cao nhỏ hơn 5 m, đôi khi từ 7 m đến 8

m tại các khu vực Đức Hòa và Bến Lức-Long An; Bình Chánh, Củ Chi, Hóc Môn, Thủ Đức-TP.HCM Thành phần là bùn sét, bột sét, bột lẫn cát mịn và các thấu kính cát hạt mịn lẫn mùn thực vật xám tro, xám nâu Bề dày thay đổi từ 2 m đến 42 m Mực nước thay đổi từ 0,5 m đến 2,12 m hoặc

nhỏ hơn và đôi chỗ ngang mặt đất Lưu lượng tại các giếng từ 0,07 đến 0,15

l/s Mức độ chứa nước kém, nước chất lượng xấu, độ tổng khoáng hóa từ 0,05 g/l đến 0,1 g/l, nguồn cấp là nước mưa và nước mặt

+ Tầng chứa nước Pleistocen (Q1)

Phân bố rộng trên toàn vùng nghiên cứu và lộ ra ở khu vực trung tâm Thành phố, các quận Tâân Bình, quận 12, quận Gò Vấp, Bình Trị Đông, Vĩnh Lộc A, Hóc Môn, Củ Chi, Thủ Đức TP.HCM và thị xã Thủ Dầu Một, Bình Chuẩn, Thuận An, Dĩ An tỉnh Bình Dương, Đức Hòa tỉnh Long An và

phần còn lại bị phủ bởi các trầm tích tuổi Holocen

Phần trên là lớp cách nước yếu gồm sét bột, bột, bột cát, cát bột lẫn cát mịn xám xanh, xám vàng, nâu đỏ, nhiều nơi bị phong hóa laterit và có

chiều sâu mái từ 0,0 m (vùng lộ) đến 48,5 m, chiều sâu đáy từ 3,5 m đến

65 m Một vài nơi lớp này không tồn tại như ở An Phú Đông-quận 12, Tâân

An Hội và Phú Hòa Đông-Củ Chi, Thới Tam Thôn-Hóc Môn, quận Tâân Bình, Bình Hưng-Bình Chánh, Linh Xuân-Thủ Đức, Nhà Bè Chiều dày thay đổi từ 10,0 m đến 15,0 m gặp ở Tâân Phú Trung-Củ Chi và phổ biến từ 5,0 m đến 10,0 m Phần dưới là cát hạt mịn đến trung thô lẫn sạn sỏi xám tro, xám xanh, xám vàng trắng xen lẫn nhau và xen kẹp các lớp sét, bột, cát bột mỏng Bề dày thay đổi từ 3,2 m đến 72,0 m, dày nhất ở Bình Chánh

(45,0 đến 69,0 m), nhỏ hơn 25.0 m ở Củ Chi, Hóc Môn, và từ 25,0 m đến 35,0 m vùng nội thành

Khả năng chứa nước của tầng khá tốt với lưu lượng tại các giếng khoan từ 0,35 l/s đến 8,5 l/s và khu vực lưu lượng lớn hơn 5,0 l/s ở khu vực

Củ Chi, Hóc Môn, Thủ Đức và các quận nội thành và nhỏ hơn ở khu vực rìa Tây Củ Chi, Tây Bình Chánh, huyện Nhà Bè và Đông Quận 9 Tỷ lưu lượng từ 0,0027 đến 3,617 l/sm Hệ số dẫn nước từ 15,85 m2/ngày đến 647,5

m2/ngày Độ nhả nước trọng lực từ 1,53x10-3đến 8,46x10-3

Kết quả quan trắc giai đoạn từ 1995 đến 2006 cho thấy mực nước thay đổi từ 0,0 m đến 15,07 m và dao động theo mùa rõ rệt ở khu vực Củ Chi, phía Tây và Nam Bình Chánh, một phần Hóc Môn và Thủ Đức Mực nước thay đổi từ 0,0 m đến 6.95 m ở các quận nội thành và phía Đông bắc Bình Chánh, Tây bắc Nhà Bè Hướng dòng ngầm là Đông bắc-Tây nam và Bắc-Nam Tuy nhiên, do khai thác nước đã làm cho hướng dòng ngầm thay đổi chảy đi vào các quận trung tâm Chất lượng nước thay đổi khá phức tạp,

nước mặn đến lợ phân bố phía Nam của các quận nội thành, Nhà Bè, Đông bắc Bình Chánh, phía Nam Thủ Đức cũ và phần còn lại là nước nhạt

Nguồn cung cấp là nước mưa, nước kênh và nước các dòng mặt Quan hệ thủy lực với các tầng nằm kề ở mức độ từ trung bình đến tốt

+ Tầng chứa nước Pliocen trên (N22)

Phân bố trên toàn diện tích vùng nghiên cứu, lộ ra một vài dải hẹp ở Tân Uyên thuộc Bình Dương, bị phủ bởi tầng chứa nước Pleistocen và phủ trực tiếp lên tầng chứa nước Pliocen dưới Từ nóc đến đáy tầng chứa nước cho thấy: Phần trên là lớp cách nước yếu gồm bột, bột cát, cát bột xen lẫn cát mịn màu xám tro, xám xanh, vàng, nâu đỏ, tạo thành lớp liên tục trên toàn vùng nghiên cứu, có chiều sâu mái từ 8,0 m đến 95,0 m và chiều sâu đáy từ 20,0 m đến 113,0 m và dày từ 0,0 m đến 34,0 m Phần dưới là cát hạt mịn đến thô, nhiều nơi lẫn sạn sỏi, cuội màu xám tro, xám xanh, xám vàng, tạo thành lớp liên tục trên vùng nghiên cứu và bề dày thay đổi từ 20,0 m đến 138,0 m và tăng dần từ Đông bắc xuống Tây nam

Tầng có khả năng chứa nước khá tốt, kết quả khai thác tại các nhà máy nước lớn như Hóc Môn, Gò Vấp, Bình Trị Đông, Vĩnh Lộc A, Bình Hưng cho lưu lượng từ 8,0 l/s đến 35,0 l/s Hệ số dẫn nước từ 58,69 m2/ngày đến 1.358 m2/ngày Độ nhả nước trọng lực từ 2,54x10-4 đến 2,14x10-2

Mực nước thay đổi theo từng khu vực; Củ Chi và một phần phía Nam Bình Chánh, một phần huyện Hóc Môn có mực nước thay đổi từ 0,0 m tới 8,0 m và dao động theo mùa rõ rệt, phần phía Đông bắc Bình Chánh mực nước thay đổi từ 0,0 m đến 25,0 m và mực nước thấp nhất tại Nhà máy nước Hóc Môn Hướng chung của dòng ngầm là Đông bắc-Tây nam và Bắc-

Nam Hướng dòng ngầm cục bộ là hướng chảy vào tâm các phễu hạ thấp mực nước của các nhà máy nước

Chất lượng nước thay đổi khá phức tạp, nước mặn đến lợ gặp ở Quận

8, Quận 5, Bình Thạnh, một phần phía Tây Bình Chánh và đặc biệt xuất hiện một khu vực nhỏ tại Củ Chi, tại Đông nam huyện Nhà Bè nước hoàn toàn mặn Phần còn lại là nước nhạt phân bố khu vực nội thành, Hóc Môn, Gò Vấp và một phần Thủ Đức, Quận 2, Quận 9

Nguồn cấp là nước mưa trên miền cấp vùng Bình Phước, Bình Dương, Tây Ninh, Đồng Nai Quan hệ thủy lực với các tầng chứa nước nằm

kề có mức độ khác nhau tùy thuộc vào thành phần thạch học và chiều dày lớp cách nước yếu

+ Tầng chứa nước Pliocen dưới (N21):

Phân bố rộng trong vùng nghiên cứu và không có mặt ở khu vực Quận 2, Thủ Đức-TP.HCM Nó bị các trầm tích của tầng chứa nước Pliocen trên phủ trực tiếp và nằm trên đới chứa nước khe nứt của trầm tích Mezozoi (Mz)

Các lớp đất thuộc tầng chứa nước có thể chia thành hai phần: Phần trên có thành phần là bột, bột sét, bột cát, có mái lớp gặp ở độ sâu từ 50,0

m đến 212,0 m và nghiêng từ Đông bắc xuống Tây nam, bề dày từ 2,3 m đến 34,0 m Phần dưới là cát hạt mịn đến thô lẫn sạn sỏi, cuội xám tro, xám xanh, xám vàng, tạo thành lớp chứa nước liên tục trong vùng nghiên cứu Chiều dày thay đổi từ 7,6 m đến 142,0 m

Khả năng chứa nước của tầng khá tốt Mực nước thay đổi theo từng khu vực; khu vực Củ Chi và phía Tây, Nam huyện Bình Chánh có mực

nước thay đổi từ 0,0 m đến 3,0 m Khu vực các quận nội thành thay đổi từ 0,0 m đến 25,0 m Hướng dòng ngầm chảy từ Đông bắc đến Tây nam và hướng Bắc-Nam Khu vực nội thành hướng dòng ngầm chảy vào trung tâm các phễu hạ thấp mực nước Hệ số dẫn nước từ 544 m2/ngày đến 1.508

m2/ngày Độ nhả nước trọng lực từ 5,12x10-4 đến 4,31x10-2 Chất lượng nước thay đổi phức tạp, nước mặn đến lợ phân bố khu vực Quận 2, 5, 8 và Bình Thạnh, Đông nam Hóc Môn, Nam Nhà Bè, Tây nam Củ Chi và khu vực còn lại là nước nhạt

+ Đới chứa nước khe nứt các trầm tích Mezozoi (MZ):

Phân bố trên toàn vùng nghiên cứu, lộ ra ở Long Bình, Quận TP.HCM, Châu Thới, Bửu Hòa-Đồng Nai, phần lớn bị các trầm tích trẻ hơn phủ trực tiếp Độ sâu phân bố ở vùng phủ từ 168,0 m đến 330,0 m Thành phần chủ yếu là cát kết, bột kết, tuff, xen kẹp sét kết, bột kết, mức độ phong hóa kém Chiều dày khoảng 2.000 m Do mức độ nứt nẻ kém và khả năng chứa nước kém, nên đới chứa nước chưa được đầu tư nghiên cứu nhiều

9-Tóm lại vùng nghiên cứu có 5 đơn vị chứa nước (Q2, Q1, N22, N21, MZ), trong đó có ý nghĩa về khai thác phục vụ cung cấp nước là các tầng chứa nước Pleistocen, Pliocen trên và Pliocen dưới với khả năng chứa nước khá tốt, chất lượng nước tốt, chiều sâu phân bố nông, điều kiện khai thác thuận lợi

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TRỮ LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ

NGHIÊN CỨU LÚN MẶT ĐẤT DO KHAI THÁC

NƯỚC DƯỚI ĐẤT

2.1 Tổng quan về nghiên cứu trữ lượng nước dưới đất

Để giải quyết các vấn đề khai thác và sử dụng NDĐ của một lãnh thổ, nội dung chủ yếu trong nghiên cứu ĐCTV gồm: (i) xác định sự phân bố không gian theo diện, theo chiều sâu, đánh giá lượng và chất của NDĐ; (ii) làm rõ nguồn gốc, lịch sử hình thành, phát triển và biến đổi của NDĐ và (iii) nghiên cứu các quy luật hình thành thành phần của NDĐ Trong đó vấn đề đánh giá trữ lượng NDĐ là khó khăn và phức tạp nhất NDĐ khác với các khoáng sản có ích khác (sắt, than, dầu và khí…) khi đánh giá trữ lượng là: (1) trữ lượng NDĐ được phục hồi và không bị mất đi hoàn toàn khi khai thác Trong nhiều trường hợp trữ lượng còn được bổ sung thêm làm tăng gía trị cung cấp cho NDĐ và khai thác có thể làm thay đổi tận gốc điều kiện cung cấp và thoát của NDĐ; (2) sự vận động của NDĐ có liên quan chặt chẽ với môi trường xung quanh, thể hiện ở điều kiện biên trên bình diện và trên mặt cắt Mối liên hệ chặt chẽ giữa NDĐ và môi trường xung quanh cũng như giữa các tầng chứa nước với nhau có thể làm thay đổi chất lượng nước khi khai thác; (3) khi khai thác tại một nơi nào đó có thể làm ảnh hưởng đến mực nước và chất lượng nước ở những vùng cách xa tới hàng chục kilômét và (4) lưu lượng khai thác hợp lý không chỉ phụ thuộc vào lượng nước chứa trong tầng, chảy vào tầng trong điều kiện

tự nhiên mà cả vào tính thấm của đất đá chứa nước Do đó khi xác định khả năng khai thác nước phải chú ý đến hai khía cạnh là cân bằng nước quyết định khả năng cung cấp trong quá trình khai thác nước và thủy động lực của nước quyết định về kỹ thuật khai thác nước hợp lý bằng các công trình [34].

Việc nghiên cứu trữ lượng NDĐ liên quan chặt chẽ với việc nghiên cứu và hoàn thiện phương pháp đánh giá chúng, những hiểu biết về quy luật thấm trong điều kiện ĐCTV khác nhau Phương pháp đánh giá trữ lượng khai thác NDĐ mới được nghiên cứu trong những năm 20-30 của thế kỷ XX (ở Liên Xô cũ) Sự hiểu biết về trữ lượng NDĐ được phát triển theo hai hướng một là nghiên cứu trữ lượng tĩnh, trữ lượng động và hai là nghiên cứu trữ lượng khai thác[34]

Năm 1887-1888, V.G.Sukhov, E.K.Kiorre và K.Le.Lemke đã đi sâu nghiên cứu đánh giá trữ lượng động tự nhiên của NDĐ bằng việc nghiên cứu lượng NDĐ thoát vào mạng sông suối Năm 1930 N.X.Gokabev và D.I.Segobev đã đánh giá trữ lượng động tự nhiên qua nghiên cứu môđun và hệ số dòng ngầm Năm 1937-1938 Ph.A.Makarenko đã đánh giá trữ lượng động tự nhiên theo tài liệu dòng kiệt của những con sông Năm

1949, phương pháp cân bằng nước đã được áp dụng nghiên cứu giá trị cung cấp thấm của NDĐ Những năm sau này nhiều nhà khoa học đặc biệt là các nhà khoa học Liên Xô đã có rất nhiều đóng góp cho việc nghiên cứu phương pháp đánh giá trữ lượng động tự nhiên và nguồn cung cấp cho NDĐ [34]

Nghiên cứu về trữ lượng khai thác NDĐ được bắt đầu từ những năm

30 và được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất vào đầu những năm 50 khi công nghiệp phát triển, nhu cầu nước nhiều hơn Cơ sở khoa học để đánh giá trữ lượng khai thác là lý thuyết chuyển động ổn định Trữ lượng khai thác NDĐ được đánh giá bằng phương pháp thủy lực qua việc xác định lưu lượng của dòng thấm tự nhiên, tính toán công suất các lỗ khoan theo đường cong lưu lượng và tính toán sự tương tác lẫn nhau giữa các lỗ khoan Từ thực tiễn và tổng hợp thí nghiệm thăm dò NDĐ trong các điều kiện ĐCTV khác nhau, phân tích quá trình làm việc các công trình khai thác nước lớn đã chứng minh rằng phương pháp thủy lực và phương pháp cân bằng sử dụng để đánh giá trữ lượng dựa trên lý thuyết chuyển động ổn định trong nhiều trường hợp là không phù hợp với điều kiện tự nhiên cụ thể

Năm 1959, N.I.Plotnikov đã nghiên cứu phân loại các mỏ NDĐ đầu tiên và công trình này có ý nghĩa rất lớn đối với sự phát triển học thuyết về trữ lượng NDĐ Cũng trong thời gian này khái niệm về điều kiện biên của các lớp chứa nước đã được sử dụng Những dạng cơ bản của điều kiện biên của lớp chứa nước đã được Ph.M.Botrever nghiên cứu và được N.N.Binđeman bổ sung Từ phân tích điều kiện hình thành trữ lượng các loại mỏ NDĐ cho phép sử dụng phương pháp thủy động lực để tính toán sự hoạt động của các công trình khai thác và xây dựng phương pháp thí nghiệm thấm Trong giai đoạn này về nguyên tắc đã hình thành phương pháp mới đánh giá trữ lượng khai thác NDĐ trên cơ sở lý thuyết động thái đàn hồi và thấm không ổn định Sau này khi đánh giá trữ lượng khai thác

NDĐ người ta bắt đầu chú ý đến quá trình thấm xuyên qua các trầm tích thấm nước yếu[34]

Trước những năm 60 việc nghiên cứu trữ lượng khai thác NDĐ (cả lý thuyết cũng như thực tế) chủ yếu tiến hành cho những vùng riêng biệt với mục đích cung cấp nước cho những đối tượng cụ thể Sau năm 60 các công trình nghiên cứu, đánh giá dự báo trữ lượng NDĐ được tiến hành cho cả một khu vực lớn Các nhà khoa học Liên Xô (N.N.Binđeman, Ph.M.Botrever) đã thảo ra phương pháp đánh giá và đo vẽ lập bản đồ trữ lượng khai thác NDĐ-phương pháp cân bằng[34]

Ngoài các phương pháp nghiên cứu trữ lượng NDĐ như đã trình bày trên (phương pháp thủy lực, phương pháp thủy động lực, phương pháp cân bằng), phương pháp mô hình toán cũng đã được áp dụng rộng rãi trong thực tế nghiên cứu ĐCTV như công trình của V.M.Sextakov, I.K.Gavitr, I.E.Gienov… Lúc đầu chủ yếu sử dụng mô hình tương tự, những năm sau bắt đầu áp dụng các mô hình số hoặc kết hợp mô hình số với mô hình tương tự

Trong những năm gần đây việc nghiên cứu tiếp tục đi vào các khía cạnh có liên quan đến vấn đề bảo vệ NDĐ khỏi bị cạn kiệt và nhiễm bẩn (Ph.M.Botrever, K.X.Bogoliubxki, N.N.Lapsin…); vấn đề dự báo chất lượng nước khi khai thác và luận chứng ĐCTV đới phòng hộ vệ sinh của công trình khai thác (Ph.M.Botrever, V.M.Gonberg, E.L.Minkin…); soạn thảo phương pháp đánh giá trữ lượng khai thác NDĐ để tưới (X.S.Mirdaev 1974); đánh giá ảnh hưởng của khai thác NDĐ đến dòng mặt và môi trường xung quanh (E.L.Minkin 1973)

Ngoài các công trình nghiên cứu về trữ lượng NDĐ của các nhà khoa học Liên Xô cũ còn có các nhà khoa học Châu Âu, Châu Mỹ Năm

1935, Theis đã giải bài toán xác định lượng nước chảy đếân lỗ khoan đơn trong lớp chứa nước có áp trong môi trường thấm không ổn định Hantush và Jacob nghiên cứu quá trình chuyển động của nước tới lỗ khoan trong điều kiện thấm xuyên N.Bunton nghiên cứu quá trình thấm tỏa tia phức

tạp trong tầng chứa nước không áp Năm 1976, Konikow đã sử dụng mô

hình sai phân hữu hạn hai chiều để nghiên cứu tầng chứa nước Madison thuộc lưu vực sông Powder nằm ở vùng Tây nam của Montana Mỹ [48] Năm 1986, Cooley và đồng nghiệp đã áp dụng mô hình dòng ngầm hồi

quy phi tuyến tính để mô phỏng cho chính hệ thống NDĐ của vùng nghiên

cứu này [48] Năm 1994, Reilly và đồng nghiệp đã kết hợp sử dụng cả hai phương pháp đánh dấu môi trường và mô hình số để phân tích và đánh giá lượng cung cấp, hướng và thời gian vận động cuả dòng ngầm, nghiên cứu sự xáo trộn của hệ thống nước ngầm nông gần vùng Locust về phía Đông Maryland [49] Lines (1976) đã dùng mô hình sai phân hữu hạn hai chiều để dự báo sự thay đổi của tầng nước ngầm vùng phía Nam Wyong giai đoạn 1974-1979 Lindner và Reilly (1983), dùng mô hình phân tán phân tử hữu hạn để phân tích tài liệu thí nghiệm nước ở Long Island, New York

Le Blanc (1984), dùng mô hình hai chiều nghiên cứu sự di chuyển của lưỡi nước ô nhiễm dài 6 km ở Cape Cod, Massachusetts Garabedian (1986) đã dùng mô hình ngược tự động do Cooley viết năm 1977-1979 để nghiên cứu tầng chứa nước bazan vùng Idaho Kernodle và đồng nghiệp (1995), đã dùng mô hình dòng ngầm ba chiều để nghiên cứu lưu vực Albuqueque ở

New Mexico [48] Balley (1988) đã dùng mô hình theo mặt cắt để nghiên cứu hệ thống dòng ngầm tại thung lũng Bear Creak ở Tennessee và dùng Modflow ở điều kiện ổn định để dự báo hướng vận động cuả dòng ngầm [48] Eberts và Bair (1990) dùng mô hình không gian ba chiều để nghiên

cứu hệ thống NDĐ do tác động từ khai thác mỏ, tháo khô mỏ và khai thác

nước của thành phố tại Columbus, Ohio [48] Barlow (1994), dùng mô hình để nghiên cứu vùng cấp cho các giếng cấp nước công cộng ở Cape Cod, Massachusetts [48] Fleck và Vroblesky (1996), dùng mô hình dòng ngầm

ba chiều để nghiên cứu NDĐ vùng đồng bằng ven biển phía Đông bắc Mỹ[48] Lambert (1996), dùng mô hình ba chiều nghiên cứu ô nhiễm NDĐ

ở Utah [48] A.Gieske, M.Miranzadeh (2000), dùng Modflow ở điều kiện ổn định để nghiên cứu tầng chứa nước Lenjenent thuộc lưu vực Zayanden Rud, Iran và nghiên cứu các thành phần lưu lượng tham gia vào cân bằng

năng và phương pháp mô hình đánh giá trữ lượng khai thác cho cấp vùng

và kết quả được trình bày trong Báo cáo NDĐ đồng bằng sông Cửu Long

(Vũ Văn Nghi và Trần Hồng Phú, 1987) và đồng bằng Bắc Bộ (Lê Văn

Hiển và đồng nghiệp, 2000), Báo cáo NDĐ đồng bằng Nam Bộ (Đỗ Tiến

Hùng và đồng nghiệp, 1998) Sau này cùng với sự phát triển của tin học, phương pháp mô hình số được áp dụng để đánh giá trữ lượng khai thác

NDĐ cho một công trình cụ thể và kết quả nghiên cứu được trình bày trong

các bản luận án tiến sĩ của Đoàn Văn Cánh, Vũ Văn Nghi, Nguyễn Đức Tiến, Phạm Quý Nhân, các báo cáo của Wim Boehmer (2000) [49], Đỗ Tiến Hùng (2001, 2004)[23, 24], Vũ Văn Nghi (2003), Phan Văn Tuyến (2004)[44], Nguyễn Thị Sinh (2002)[38]

Đối với TP.HCM, công tác đánh giá trữ lượng NDĐ chỉ mới được

thực sự quan tâm sau năm 1975 Các công trình nghiên cứu đánh giá trữ lượng chung cho cả Thành phố đáng chú ý là của Đoàn Văn Tín (1989) về Báo cáo kết quả lập bản đồ ĐCTV-ĐCCT TP.HCM tỷ lệ 1/50.000 Tác giả đã dùng phương pháp cân bằng để tính trữ lượng khai thác tiềm năng của NDĐ và phương pháp thủy động lực đánh giá trữ lượng khai thác dự báo [40] Đỗ Tiến Hùng (2001) về Báo cáo quy hoạch và sử dụng nước ngầm TP.HCM Tác giả đã sử dụng phương pháp thủy động lực đánh giá trữ lượng khai thác của các tầng chứa nước, phương pháp cân bằng đánh giá trữ lượng khai thác tiềm năng và phương pháp mô hình để nghiên cứu mực nước và khả năng xâm nhập mặn các tầng chứa nước Ngoài ra còn hàng loạt các công trình nghiên cứu cho riêng các tầng chứa nước, cho từng khu vực của Thành phố, cho các nhà máy nước như của Công ty tư vấn xây

dựng tổng hợp (2001) về Báo cáo kết quả nghiên cứu NDĐ cho cụm cấp

nước khu công nghiệp Vĩnh Lộc-Bình Chánh [5] Lê Thế Hưng (1999) về Báo cáo kết quả đánh giá trữ lượng cho nhà máy nước Gò Vấp [1]

Nguyễn Quốc Dũng (1998) về Báo cáo kết quả thăm dò sơ bộ NDĐ vùng

Củ Chi-Hóc Môn [11] Lương Quang Luân (1993) về Báo cáo kết quả tìm

kiếm, đánh giá NDĐ vùng Bình Chánh [28] Vũ Văn Nghi (1988) về Báo cáo tính trữ lượng NDĐ nhà máy nước Hóc Môn [31], năm 1994 về Báo cáo tính trữ lượng NDĐ nhà máy nước Bình Chánh [32] và năm 2003 về

Báo cáo kết quả bước 1 thăm dò khai thác nước ngầm giai đọan 1 công suất 15.000 m3/ngày vùng Bình Chánh [33] Trần Văn Lã (1998) về Đề án

thăm dò NDĐ vùng xa lộ nam Sài Gòn [26 ] Lê Thế Hưng (1997) về Báo cáo kết quả thăm dò kết hợp khai thác NDĐ vùng Bình Trị Đông-Bình

Chánh Vương Đình Đước (2005) về Báo cáo kết quả nghiên cứu đánh giá

tài nguyên NDĐ để cung cấp nước sinh hoạt cho nhân dân huyện Nhà Bè

Một số luận văn thạc sĩ của Phạm Ngọc Sang (2003), Phan Chu Nam (2003), Ngô Đức Chân (2004) Một số công trình nghiên cứu dùng phương pháp cân bằng và phương pháp thủy động lực để tính trữ lượng khai thác tiềm năng và trữ lượng khai thác cho một cụm giếng thiết kế khai thác Một số công trình dùng mô hình trong đánh giá trữ lượng hoặc nghiên cứu sự thay đổi mực nước với trữ lượng khai thác đã tính ở Cụm giếng khai

thác nước dưới đất khu công nghiệp Vĩnh Lộc, nhà máy nước Bình Hưng

và các luận văn thạc sĩ khác

Từ những thành tựu nghiên cứu về ĐCTV nói chung và trữ lượng

NDĐ nói riêng trên thế giới, ở Việt Nam và ở thành phố Hồ Chí Minh có

thể rút ra một số kết luận như sau:

+ Phương pháp nghiên cứu đánh giá trữ lượng NDĐ ngày càng được

cải thiện Với thời đại công nghệ thông tin, thành quả của ngành khoa học này đã được ứng dụng để cải tiến nhằm giải bài toán rất phức tạp trong lĩnh vực ĐCTV Đáng chú ý hiện nay có nhiều phần mềm ứng dụng trong lĩnh vực ĐCTV (Modflow, GMS…), và chúng đã và đang trở thành phương pháp không thể thiếu trong nghiên cứu

+ Trên địa bàn TP.HCM, phương pháp thường dùng đánh giá trữ

lượng nước dưới đất là phương pháp cân bằng, thủy lực, phương pháp thủy

động lực Phương pháp mô hình bước đầu được áp dụng nghiên cứu trữ lượng theo kịch bản khai thác hoặc kiểm chứng kết quả tính toán trữ lượng của các phương pháp khác

+ Vấn đề hiện nay cần được tiếp tục nghiên cứu: (i) khả năng khai

thác NDĐ của cả Thành phố, của các khu vực trọng điểm (ii) Với khả năng khai thác của NDĐ luận giải bố trí các công trình khai thác để có thể

khai thác được một lượng nước tối đa nhưng ít ảnh hướng đến môi trường và đến chính nguồn nước

2.2 Tổng quan về lún mặt đất do khai thác nước dưới đất

Hiện tượng LMĐ do khai thác NDĐ là khá phổ biến trên thế giới LMĐ xảy ra ở những nơi tập trung khai thác với lưu lượng lớn, đất đá chứa nước là các trầm tích chưa cố kết hoặc bán cố kết và thường phân bố ở các đồng bằng châu thổ ven biển Nhiều thành phố lớn trên thế giới đã và

đang phải chịu ảnh hưởng của LMĐ, nó đã gây ra bao nhiêu khó khăn và tổn thất không lường Để hiểu về nó, dự báo, đề xuất các giải pháp phòng, chống và hạn chế đến mức tối đa tác động xấu, nhiều công trình nghiên cứu đã thực hiện và một số kết quả nghiên cứu đáng ghi nhận của các nhà khoa học của một số nước như sau

Pratt and Johnson (1926), Doyel (1954), Winslow and Wood (1959), Gabrysch (1969) đã nghiên cứu LMĐ vùng Houston-Galvesto thuộc Texas cho thấy hệ thống NDĐ bị nén ở độ sâu nhỏ hơn 610,0 m từ mặt đất và xảy

ra chủ yếu đối với các lớp đất hạt mịn

Năm 1956, các nhà khoa học Mỹ đã triển khai nhiều chương trình nghiên cứu LMĐ ở khu vực Santa Clara và San Joaquin thuộc California và đã xác định được nguyên nhân chính gây ra LMĐ của vùng nghiên cứu là do khai thác NDĐ và khai thác dầu khí[56]

S.A.Leake (2002) đã công bố kết quả thống kê 13 khu vực bị LMĐ

do khai thác nước vùng Tây nam của Mỹ (Arizona, Nevada, New Mexico, California, Texas) với độ lún từ nhỏ hơn 0,3 m đến 8,7 m

Ở Nhật Bản LMĐ do khai thác NDĐ đã xảy ra các khu vực đồng

bằng Nobi, Nagoya, Aomori, Fukuoda, Fukushiwa, Miyagi, Niigata, Null, Osaka (bồn Osaka), Saga và Tokyo (bồn Kwanto) Ở đồng bằng Nobi giai đoạn từ tháng 2/1961 đến 11/1972 LMĐ một vài nơi đạt 20 cm; ở Tokyo từ năm 1938 đến 1975 lún lớn nhất là 4,6 m với tốc độ lún là 27 cm/năm; ở khu vực Osaka từ năm 1935 đến 1974 có độ lún lớn nhất 2,8 m với tốc độ lún là 20 cm/năm

Ở Ý với kết quả nghiên cứu của Leonardi (1960), Fontes và Bortolami (1972) trước năm 1952, LMĐ ở Venice giai đoạn 1952 đến 1969 với tốc độ trung bình 6,5 mm/năm, giai đoạn 1969 đến 1975 do có biện pháp chống LMĐ và mặt đất đã phục hồi lại 2 cm Ở khu vực Mondena từ

1972 đến 1980 lún 0,8 m với tốc độ lún lớn nhất 4 cm/năm; ở khu vực Bologna từ 1970 đến 1983 lún từ 0,5 m đến 2,7 m và tốc độ 15 đến 16 cm/năm và một số khu vực khác như Rovigo, Siena[56]

Ở Trung Quốc, từ tài liệu của Bộ Tài nguyên đất hầu hết các trường hợp LMĐ là do khai thác NDĐ quá mức Ở Thượng Hải LMĐ bắt đầu được ghi nhận năm 1921 và xảy ra mạnh nhất vào năm 1964 với độ lún là 2,63 m Ở Thiên Tân độ lún lớn nhất là 3,6 m và tốc độ lún từ 70 đến 110 mm/năm Ở Bắc Kinh độ lún đo được là 0,85 m Ở Hà Bắc độ lún lớn nhất là 1,31 m Ở Hà Nam độ lún từ 0,113 đến 0,337 m với tốc độ lún lớn nhất là 65 mm/năm LMĐ do khai thác NDĐ còn được ghi nhận ở các khu vực

An Huy, Sơn Đông, Hắc Long Giang, Phúc Châu, Chiết Giang…Ngoài ra, LMĐ do khai thác nước còn được nghiên cứu ở nhiều nước khác như Thái Lan, Đài Loan, Vương Quốc Anh, Thổ Nhĩ Kỳ, Thụy Điển, Tây Ban Nha, Nga, Pê Ru, Na Uy, New Zealand, Hà Lan, Mêxico, Indonesia, Isael, Iran, Ấn Độ, Hungari, Cộng Hòa Séc, Colômbia, Bỉ, Úc

Ở nước ta, nghiên cứu LMĐ do khai thác NDĐ được bắt đầu vào những năm 90 của thế kỷ XX bằng việc nghiên cứu và xây dựng mạng quan trắc LMĐ với 6 trạm đo lún bán tự động ở Hà Nội[18] Theo kết quả quan trắc LMĐ từ 1999 đến 2001 cho thấy độ LMĐ từ 9,5 mm đến 174,3

mm [19] Năm 1993, Nguyễn Văn Đản và Trần Minh đã sử dụng lý thuyết

đàn hồi để dự báo LMĐ do khai thác nước ở Hà Nội và kết quả khi khai thác 1 triệu m3/ngày, LMĐ thay đổi từ 11,6 mm đến 741,2 mm và với 1,5 triệu m3/ngày LMĐ thay đổi từ 11,9 đến 780 mm[13] Năm 1995, Nguyễn Kim Cương đã nghiên cứu và đưa ra mô hình dự báo LMĐ do khai thác NDĐ đối với tầng chứa nước bán áp có thấm xuyên xảy ra[7] Năm 1996, Phạm Văn Tỵ đã nghiên cứu và đã đưa ra mô hình tổng quát để tính lượng lún cuối cùng của mặt đất do hạ thấp mực NDĐ[46]

Ở TP.HCM, nhiều tác giả dùng công thức của Lohman (1961)[58] để dự báo LMĐ như Trần Văn Lã (1998) dự báo LMĐ khi khai thác 2 tầng chứa nước Pliocen trên và dưới với lưu lượng 28.000 m3/ngày ứng với mực nước hạ thấp 68,6 m sau 104 ngày sẽ gây LMĐ 0,12 m; Dương Thị Kiều Anh (1999) dự báo lún cho Nhà máy nước Gò Vấp với lưu lượng 30.000

m3/ngày từ tầng chứa nước Pliocen trên, mực nước hạ thấp sau 104 ngày là 28,37 m sẽ gây LMĐ 0,053 m; Đỗ Tiến Hùng (2001) dự báo LMĐ do khai thác nước tầng chứa nước N22 tại Tân Chánh Hiệp, Quận 12 vào năm 2015 khi mực nước hạ thấp là 60,33 m sẽ gây lún 0,073 m [1,5,14,22,26,29]

Năm 2007, Lê Văn Trung và Hồ Tống Minh Định đã ứng dụng kỹ thuật INSAR vi phân để nghiên cứu sự biến dạng mặt đất khu vực thành phố Hồ Chí Minh, kết quả là đã khoanh được 5 khu vực có biến dạng lún khác nhau Nguyên nhân của biến dạng mặt đất là do khai thác NDĐ và xây dựng công trình trên mặt

Từ những công trình nghiên cứu LMĐ do khai thác NDĐ đã trình bày ở trên có thể rút ra một số kết luận sau: