Địa chất thuỷ văn phạm hữu sy chủ biên, nguyễn uyên

1 M CL C BI M U .4 Đ I T NG V N I DUNG NGHIấN C U C A A CH T THU V N .4 Đ S L C L CH S PHT TRI N A CH T THU V N Đ A CH T THU V N V I CễNG TC THU L I Bi t p v cõu h i CH NG 1: A CH T THU V N I C NG Đ1 TNH CH T V T Lí V THU Lí C A T .7 I TNH CH T V T Lí II TNH CH T THU Lí .10 Đ2 S HèNH THNH V T N T I C A N C D I T .12 I.S HèNH THNH N CD I T 12 II CC D NG T N T I C A N C TRONG T 12 Đ H T NG CH A N C 16 I KHI NI M V T NG CH A N C V T NG N C D I T 16 II CC THễNG S A CH T THU V N C A T NG CH A N C 17 Đ PHN LO I N CD I T 19 I PHN LO I C A XAVARENXKI F.P 1939 .19 II PHN LO I C A ễVTSINNICOV A.M V KLIMENTOV P.P 1967 20 III PHN LO I C A DAVIS V DEWIEST 1966 21 Đ NG THI C A N C D I T 22 Đ N C D I T TRONG CC VNG A M O KHC NHAU 24 Bi t p v cõu h i 30 CH NG :V N NG C A N C D I T .31 Đ1 CC Y U T THU NG L C C A DềNG TH M .31 1.p l c 31 Gradient ỏp l c .32 L u l ng 32 Đ2 CC NH LU T TH M .34 I NH LU T TH M TUY N TNH ( NH LU T DARCY) 34 II CC NH LU T TH M PHI TUY N .35 Đ3 CC PH NG TRèNH VI PHN V N NG C A N C D I T 36 I PH NG TRèNH LIấN T C .36 II.PH NG TRèNH DềNG TH M NGANG KHễNG P 38 Đ4 V N NG N NH C A N C D I T .40 I TH M PH NG 40 II DềNG TH M T I GI NG 48 Đ5 V N NG KHễNG N NH C A N C D I T .58 I PH NG TRèNH V N NG KHễNG N NH C A DềNG TH M PH NG .59 II PH NG TRèNH V N NG KHễNG N NH C A DềNG TH M N GI NG 63 Cõu h i v bi t p 70 CH NG 74 CH T L NG N C V S ễ NHI M N C D I T .74 Đ1 TNH CH T V T Lí C A N C D I T 74 Đ2 THNH PH N C A N C D I T .74 I.THNH PH N MU I - ION C A N C D I T .75 II CC KH HềA TAN TRONG N CD I T 82 Đ3 CC TIấU CHU N NH GI CH T L NG N C .84 I.TIấU CHU N CH T L NG N C CHO M C CH N U NG V SINH HO T 84 II NH GI CH T L NG N C T I 88 III NH GI CH T L NG N C CHO M C CH XY D NG .89 Đ4 S ễ NHI M N C D I T 94 I S NHI M M N 94 II CC ễ NHI M N C D I T KHC 99 Đ B O V V PH C H I CH T L NG N C D I T 104 I CC BI N PHP KH NG CH NGU N ễ NHI M 104 II CC BI N PHP X Lí D I ễ NHI M 105 III CC BI N PHP B O V CHT L NG N C 107 Cõu h i, bi t p: 109 CH NG 4: KH O ST, NGHIấN C U N CD I T .110 Đ1 CC CễNG TC TH M Dề A CH T THU V N 110 I O V A CH T TH Y V N 110 II.PH NG PHP TH M Dề A V T Lí 112 Đ2 CC GIAI O N TH M Dề A CH T THU V N 118 I.GIAI O N TèM KI M .118 II.TH M Dề S B 118 III.TH M Dề T M 119 IV.TH M Dề KHAI THC 120 Đ3 M N C D I T 120 I KHI NI M M N C .120 II PHN CHIA NHểM M N C D I T THEO I U KI N A CH T TH Y V N .121 Đ4 TR L NG N C D I T .121 I.TR L NG THIấN NHIấN .121 II.TR L NG KHAI THC 122 Đ5 Mễ HèNH HO N CD I T .127 I.KHI NI M Mễ HèNH N C D I T 127 II CC Mễ HèNH S 131 III.CC Mễ HèNH THễNG D NG HI N NAY 135 Cõu h i, bi t p 136 BI M U Đ IT NG V N I DUNG NGHIấN C U C A THU V N A CH T N c phõn b r t r ng rói trờn a c u Nú cú m t t t c cỏc quy n (khớ quy n, thu quy n, a quy n, sinh quy n) c a Trỏi t v cú vai trũ vụ cựng quan tr ng s phỏt tri n t nhiờn v i s ng trờn hnh tinh chỳng ta N c l ngu n g c c a s s ng, l nhu c u khụng th thi u sinh ho t hng ngy, l y u t quan tr ng s phỏt tri n kinh t c a m i qu c gia Vỡ v y, cựng v i s phỏt tri n c a xó h i v khoa h c k thu t ó hỡnh thnh v phỏt tri n cỏc ngnh khoa h c chuyờn nghiờn c u v n c Xột m t cỏch t ng th , ti nguyờn n c t nhiờn c chia lm lo i: n c trờn m t t (th ng g i t t l n c m t) v n c d i t Ngu n n c m t c nghiờn c u b i cỏc ngnh Thu v n, H i v n N c d i t ngnh a ch t thu v n chuyờn nghiờn c u Nh v y, a ch t thu v n l ngnh khoa h c chuyờn nghiờn c u ngu n g c thnh t o, quy lu t phõn b , tớnh ch t v t lý v thnh ph n hoỏ h c, ng l c v ng thỏi c a n c d i t l ch s phỏt tri n c a Qu t nh m s d ng h p lý ti nguyờn n c d i t i t ng nghiờn c u c a a ch t Thu v n ch l m t, ú l n c d i t nh ng n i dung nghiờn c u thỡ r t phong phỳ v a d ng Cú th k tờn m t s n i dung nghiờn c u ch y u c a ngnh nh sau: - Nghiờn c u ngu n g c v l ch s thnh t o c a n phõn b v v n ng c a chỳng cd i t, cỏc quy lu t - Nghiờn c u cỏc tớnh ch t v t lý, thnh ph n hoỏ h c, thnh ph n khớ, cỏc quy lu t bi n i c a n c i u ki n t nhiờn v nhõn t o - Nghiờn c u cỏc i u ki n thnh t o c a cỏc m n c (n c nh t, n c khoỏng, n c cụng nghi p, ), vai trũ c a n c vi c thnh t o v phỏ hu cỏc m khoỏng s n (khoỏng s n c ng, d u khớ) - Nghiờn c u cỏc ph ng phỏp tỡm ki m, th m dũ cỏc d ng khỏc c a cỏc m n c, tớnh toỏn tr l ng c a chỳng, cỏc bi n phỏp b sung tr l ng, cỏc i u ki n cõn b ng v ng thỏi - Nghiờn c u cỏc ph ng phỏp b o v ti nguyờn n ki n chụn vựi n c th i cụng nghi p v sinh ho t cd i t, cỏc i u N c l m t ngu n ti nguyờn l n nh ng khụng ph i l vụ t n T ng l ng n c t nhiờn cú kho ng 1.454.703.000 km3 nh ng l ng n c ng t m ta cú th s d ng ch chi m 3-6% Trong s n c ng t ớt i ú m t ph n ỏng k b ụ nhi m khụng s d ng c, ú nhu c u dựng n c c a xó h i ngy cng t ng lờn khụng ng ng Ngnh a ch t thu v n i nh m m c ớch nh m nghiờn c u s d ng n c d i t m t cỏch h p lý, khai thỏc nh ng m t h u ớch v kh c ph c cú hi u qu nh ng m t cú h i c a chỳng ho t ng kinh t c a ng i, ngoi cũn cú m c ớch l n lao l b o v ti nguyờn n c d i t Đ S L C L CH S PHT TRI N A CH T THU V N Chỳng ta bi t r ng khoa h c b t ngu n t cu c s ng Ki n th c, s hi u bi t v m t l nh v c no ú u c tớch lu d n theo th i gian v n m t lỳc no ú s phỏt tri n nhanh chúng tr thnh m t ngnh khoa h c Khoa h c v n t - Ngnh a ch t thu v n - c ng cú m t l ch s phỏt tri n nh v y cd i T c x a ng i ó bi t tỡm v khai thỏc n c d i t ph c v cho sinh ho t T i cỏc vựng sa m c tõy nam Chõu v B c Chõu Phi cỏch õy trờn ba nghỡn n m ng i ó bi t xõy d ng nh ng cụng trỡnh thu n c n m ngang khai thỏc n c ng m Ng i Trung Qu c cỏch õy hng nghỡn n m c ng ó bi t khoan sõu hng tr m l y n c T th c t khai thỏc s d ng ng i ti n n tỡm tũi v khỏm phỏ B t u cú nh ng gi thi t u tiờn v s hỡnh thnh c a n c d i t Thales Mille (650ữ548 TCN) cho r ng n c d i t l t n c i d ng i lờn theo cỏc khe n t d i ỏp l c b m t Platon (427 ữ 347 TCN) cho r ng n c cỏc m ch n c, v c n c sụng c ng nh h i n c, u xu t hi n liờn quan v i nỳi l a v t sõu lũng t i lờn Aristotel (384ữ322 TCN) cho r ng n t c a h i n c t khớ quy n cd i t hỡnh thnh do s ng ng Tr i su t th i gian di c a th i k Trung C s hi u bi t v n c d i t c ng ch d ng cỏc gi thuy t hỡnh thnh n th i k Ph c H ng thỡ cú s t phỏ Vo th k XVI, l n u tiờn xu t b n cụng trỡnh v ngu n g c n c d i t trờn c s quan tr c tr c ti p trờn m t t c a B.Palissy (1580) T ú, s nghiờn c u v n c d i t di n t N m 1686 A.E.Mariot ó xỏc minh n c m t ng m xu ng cung c p cho n c ng m b ng ph ng phỏp toỏn h c, t c s lý thuy t th m cho n c d i t N m 1711 M.V Lomonoxov ó ch t ng khoỏng hoỏ c a n c d i t l k t qu c a cỏc quỏ trỡnh hoỏ lý gi a n c v i t ỏ, t n n múng cho vi c nghiờn c u hoỏ n c Nghiờn c u v ng l c h c c a n c d i t c b t u mu n h n N m 1783, D.Bernoulli ó xỏc l p ph ng phỏp l p ph ng trỡnh th m N m 1856 Darcy- ng i u tiờn nghiờn c u quỏ trỡnh v n ng c a n c mụi tr ng l r ng v phỏt minh nh lu t th m n tớnh Ti p sau ú, J Dupuyit s d ng nh lu t c a Darcy tớnh toỏn l u l ng c a n c n cỏc gi ng, chớnh th c tỏch ng l c h c c a n c d i t kh i thu l c chung T ú lý thuy t th m ó c r t nhi u nh khoa h c liờn t c b sung v ngy cng hon thi n Ngy nay, ngnh a ch t Thu v n ó r t phỏt tri n, úng vai trũ ngy cng quan tr ng cỏc ngnh khoa h c v Trỏi t, úng gúp to l n cho n n kinh t c a m i qu c gia Đ A CH T THU V N V I CễNG TC THU L I a ch t thu v n chuyờn nghiờn c u n c d i t ph c v cho nhi u m c ớch, nhi u ngnh khỏc ú cú ngnh Thu l i Thu l i cú quan h m t thi t v i a ch t thu v n M t l nh v c quan tr ng c a Thu l i l t i tiờu, c i t o t gi i quy t v n cung c p n c cho t i, ngnh Thu l i chuyờn nghiờn c u thi t k xõy d ng cỏc h ch a, p dõng Tuy nhiờn, xõy d ng c h ch a ũi h i i u ki n a hỡnh, a ch t ph i thu n l i, m i u ú khụng ph i ch no c ng ỏp ng c nh ng n i khụng cú cỏc dũng n c m t l n, khụng th xõy d ng c h ch a nhi u khai thỏc n c d i t ph c v cho t i l i hi u qu h n Trong tr ng h p ú nghiờn c u a ch t thu v n tr nờn r t c n thi t Nghiờn c u a ch t thu v n ngnh Thu l i khụng ch nh m m c ớch khai thỏc n c d i t ph c v cho t i m cho c p n c núi chung xõy d ng phỏt tri n nụng thụn c n ph i gi i quy t v n cung c p n c lm t t cụng tỏc cung c p n c c n nghiờn c u a ch t thu v n M t l nh v c th hai ho t ng c a ngnh Thu l i liờn quan n n c d i t l xõy d ng cụng trỡnh M t c i m chung c a cỏc cụng trỡnh xõy d ng thu l i l liờn quan m t thi t n n c m t v n c d i t H ch a, tr m b m, p, tớnh toỏn, thi t k xõy d ng khụng th khụng tớnh n v n ng c a n c d i t Hi u bi t t t a ch t thu v n s gi i quy t t t bi toỏn th m b o m n nh lõu di cho cụng trỡnh ph c v cho cụng tỏc thu l i núi trờn, i t ng n c d i t c nghiờn c u d i cỏc gúc khỏc Mụn h c Thu v n n c d i t nghiờn c u n c d i t d i gúc thu v n - nghiờn c u ch thu v n c a n c d i t Mụn h c a ch t thu v n nghiờn c u n c d i t d i gúc a ch t - nghiờn c u n c d i t m i quan h t ng tỏc v i t ỏ c a mụi tr ng xung quanh a ch t thu v n s cung c p cỏc ki n th c i c ng v n c d i t (s hỡnh thnh, cỏc d ng t n t i c a n c d i t; s phõn b v ng thỏi c a chỳng); quỏ trỡnh v n ng c a n c d i t; thnh ph n hoỏ h c c a n c d i t; tỡm ki m th m dũ n c d i t v cu i cựng l cỏc v n v b o v ti nguyờn n c d i t (tr l ng, ụ nhi m v cỏc gi i phỏp x lý ụ nhi m) Cỏc ki n th c ny s lm c s sinh viờn h c t t cỏc mụn h c chuyờn mụn nh c p n c, k thu t khai thỏc n c ng m Ngoi ki n th c a ch t thu v n c ng h tr t t cho cỏc mụn h c liờn quan nh cụng trỡnh x lý n c th i, cụng trỡnh x lý n c c p, quy ho ch h th ng thu l i, quy ho ch phỏt tri n nụng thụn, Bi t p v cõu h i Yờu c u n m v ng m c ớch nghiờn c u c a dung nghiờn c u c a mụn h c a ch t thu v n; n i Hóy ch ng minh t m quan tr ng c a a ch t thu v n v i ngnh thu l i; ki n th c v n c d i t i v i k s thu l i CH NG 1: A CH T THU V N Đ1 TNH CH T V T Lí V THU Lí C A IC NG T I TNH CH T V T Lí T mụn h c " a ch t cụng trỡnh" chỳng ta ó bi t r ng v t li u c u t o nờn v Qu t c chia lm lo i: t v ỏ t l nh ng v t th r i (h t t) c s p x p v i theo nh ng quy lu t nh t nh Gi a cỏc h t t l l r ng ỏ l mụi tr ng liờn t c h n, nhiờn khụng ph i l t i Trong ỏ cú cỏc l r ng v khe n t cỏc m c v kớch th c khỏc N c d i t cú th ch a b n thõn h t t, hỳt v gi l i bao quanh h t t ho c n m kho ng r ng gi a cỏc h t t ho c cỏc k n t c a ỏ Nh v y, tớnh ch t v t lý c a mụi tr ng quy t nh hỡnh th c t n t i c a n c v kh n ng v n ng c a chỳng mụi tr ng ú Vỡ v y, tr c tiờn chỳng ta ph i nghiờn c u cỏc tớnh ch t v t lý c a mụi tr ng liờn quan n s th m Thnh ph n h t i v i mụi tr ng t, thnh ph n h t quy t nh l r ng v kớch th c l r ng t, giỏn ti p ph n ỏnh m c phõn tỏn c a cỏc h t t Ch tiờu "thnh ph n h t" th hi n hm l ng c a cỏc h t cú ng kớnh khỏc mụi tr ng, th ng c bi u di n b ng bi u ng cong tớch lu (hỡnh 1.1) Ng i ta th ng dựng ch tiờu thnh ph n h t phõn lo i t, g i tờn t Cú nhi u ph ng phỏp phõn lo i c ỏp d ng i v i nh ng yờu c u th c t khỏc 100 90 0,011 0,015 0,027 0,042 0,075 0,18 0,425 ##### ##### 4,75 9,5 10,9 16,2 80 20,6 23,7 26,2 31,5 36,4 44,9 57,3 69,2 85,1 94,3 98,4 P hần trăm tích luỹ 0,0016 70 60 50 40 30 20 10 0,00 0,01 0,10 1,00 19 37,5 100 100 10,00 75 100,00 Đờng kính hạt, mm Hỡnh 1.1 M t bi u thnh ph n h t c a t M t ch tiờu h tr vi c ỏnh giỏ mụi tr ng l r ng l "h s khụng ng nh t" c a h t t H s khụng ng nh t l ch tiờu th hi n m c khụng ng u c a t v c xỏc nh theo cụng th c: Cu = D60 D10 (1.1) ú: D60 - ng kớnh c h t m hm l b ng ho c nh h n nú chi m 60% tr ng l ng D10 - ng kớnh c h t m hm l h n nú chi m 10% tr ng l ng Khi Cu < t ng cỏc h t cú ng kớnh ng kớnh b ng ho c nh c coi l u h t; Cu > 5, t cú c p ph i t t Thnh ph n h t c a t nh h t ng cỏc h t cú ng r t l n n v n t c th m c a n c l r ng - n t n l r ng c a t l t s gi a th tớch ph n r ng tớch t v c tớnh theo cụng th c: n= ú: t so v i t ng th Vr 100 V (1.2) Vr - t ng th tớch c a cỏc l r ng m u t V - t ng th tớch m u t M c x p r ng c a t c ng cú th c c tr ng b i m t i l ng khỏc g i l h s r ng e H s r ng l t s gi a th tớch ph n r ng t chia cho th tớch ph n h t r n c a t e= ú: Vr Vh (1.3) Vr - t ng th tớch c a cỏc l r ng m u t Vh - t ng th tớch ph n h t c ng c a t Quan h gi a hai i l ng trờn cú th c th hi n thụng qua ph ng trỡnh sau: e= n n (1.4) i v i ỏ, ngoi khỏi ni m l r ng cũn ph i xột n n t n - c ng l m t khỏi ni m c tr ng cho tớnh r ng c a ỏ i v i ỏ macma phun tro, c bi t phun tro d i ỏy bi n thỡ cú l r ng r t cao i v i cỏc ỏ macma xõm nh p, cỏc ỏ bi n ch t thỡ l r ng h u nh khụng ỏng k nh ng ng c l i n t n l i r t cao ỏnh giỏ m c n t n c a ỏ ng i ta a m t s ch tiờu: - Mụun n t n M - l s l ng k n t trờn m t di o theo ph ng vuụng gúc v i k n t C n c vo giỏ tr M ng i ta phõn lo i m c n t n c a ỏ lm c p: +N tn r ty u M< 1,5 1,5 ữ +N tn y u + N t n trung bỡnh ữ 10 + N t n m nh 10 ữ 30 + N t n r t m nh M > 30 Mụun k n t ph n ỏnh m c n t n c a ỏ nh ng khụng ph n ỏnh c m c suy gi m tớnh ch t c a ỏ vỡ khụng th hi n kớch th c k n t M t ch tiờu khỏc cú th kh c ph c nh c i m ú, ú l h s khe n t - H s khe n t Kkn - l t ng di n tớch khe n t trờn m t n v di n tớch nghiờn c u: K kn = ú: b l i i F (1.5) bi, li chi u r ng, chi u di c a khe n t th i, m F- di n tớch nghiờn c u, m2 Theo h s khe n t Kkn Nayxtat L.I chia cỏc m c n t n khỏc c a ỏ (b ng 1.1): B ng 1.1 Phõn lo i m c n t n c a ỏ M c n tn Kkn (%) Tớnh ch t khe n t N tn y u 20 ỏ i c nỏt, ỏ karst hoỏ, ỏ , ỏ tr t T di n tớch b m t T di n tớch b m t hay cũn g i l t b m t, l t ng di n tớch b m t c a c a t t c cỏc h t c ng m t n v th tớch t v c bi u di n b ng n v di n tớch t h t cng m n, t b m t cng l n (hỡnh 1.2) T b m t l m t ch tiờu ph thu c vo thnh ph n h t c a t Cựng m t h s r ng, h t cng t b m t cng l n T b m t s nh h ng l n n kh n ng v n ng c a n c t Hỡnh 1.2 S bi u di n t di n tớch b m t c a h t t II TNH CH T THU Lí Tớnh ch t thu lý c a t ỏ l nh ng tớnh ch t th hi n t ỏ ti p xỳc v i n c Trong ch ng trỡnh ny chỳng ta nghiờn c u m t s tớnh ch t thu lý ch y u sau: Tớnh hỳt v gi n c L kh n ng c a m t s lo i t ỏ hỳt v gi l i m t l b n thõn chỳng i u ki n cú dũng ch y t ng n c nh t nh Tu thu c vo c i m th ch h c, m c g n k t, c u trỳc l r ng ng chia t ỏ lm lo i theo m c hỳt v gi n c: t ỏ gi n c t t, vớ d , than bựn, sột, sột pha, t ỏ gi n c kộm, vớ d , cỏt pha, t hong th , macn , t ỏ khụng gi n i ta c, vớ d , cỏt, s i, cỏc ỏ li n kh i t ỏ hỳt v gi n c thỡ b m, vỡ v y, c tr ng cho m c gi n c a t ỏ ng i ta a ch tiờu " m" m l t s gi a kh i l c a chớnh kh i t ỏ ú G W = Tớnh nh n ng n Gn Gd ng (1.6) c L kh n ng c a t ỏ bóo ho n l c tr ng tr ng n c ch a t ỏ Gn v i kh i l c c tr ng cho tớnh nh n c, ký hi u l : c ng = Wbh W pt ln c cho n c thoỏt d i ta dựng h s nh n i tỏc d ng c a c hay nh (1.7) 10 - Theo l ng n c m a ng m xu ng: Q =10 NF ng ng c b xung hng n m n (4.7) c m a ng m xu ng, õy: Q - tr l m /n m; - h s ng m, % l ng m a; N- l ng m a hng n m; F- vựng cung c p cho n c d i t, km2 - Theo bi n i l u l ng sụng c n c d i t cung c p: Ph ng phỏp ny ti n hnh vo khụ, ú v c b n sụng d i t cung c p q = q q1 L cn c (4.8) õy: q tr l ng ng c a n c d i t cho dũng th m d c theo b cú b r ng l n v , l/s.m; q2 l u l ng sụng c n c d i t cung c p n h l u, l/s; q1 l u l ng sụng c n c d i t cung c p n th ng l u, l/s; L- kho ng cỏch gi a hai n, m - Theo h s th m, b dy v d c gradien c a dũng th m: Q = k.J.htbB õy: k- h s th m c a t ng ch a n c, m/ng; htb- b dy trung bỡnh dũng th m, m; B- b r ng dũng th m, m; J- d c thu l c c a dũng th m II.TR L NG KHAI THC (4.9) Tr l ng khai thỏc n c d i t l kh i l ng n c d i t c khai thỏc h p lý v m t kinh t k thu t v i ch khai thỏc cho tr c xỏc nh, cú ch t l ng phự h p v i yờu c u su t th i gian tớnh toỏn s d ng n c Tr l ng khai thỏc chi m ch m t ph n c a tr l ng thiờn nhiờn Tựy thu c m c nghiờn c u v m c tin c y c a vi c xỏc nh c a ch s trờn, ng i ta chia c p tr l ng khai thỏc n c d i t: A, B, C1 v C2 (B ng 4.1) Do th m dũ t m , tr l ng khai thỏc c p A v c p B g i l c p cụng nghi p v trờn c s c a c p ny cho phộp thi t k v xõy d ng nh mỏy n c, cũn tr l ng c p C1 v C2 xỏc nh theo cụng tỏc tỡm ki m v th m dũ s b , c g i l c p tri n v ng v dựng quy ho ch tri n v ng khai thỏc n c d i t Thụng th ng yờu c u dựng n c nh h n nhi u so v i tr l ng thiờn nhiờn c a t ng ch a n c thỡ khụng c n xột n tr l ng thiờn nhiờn Tuy nhiờn, tr ng h p t ng ch a n c khụng cú ngu n cung c p thỡ tr s tr l ng thiờn nhiờn s cú ý ngh a r t l n, v b t k tr ng h p no khụng nờn c n m t ph n tr l ng t nh n m d i m c n c ng m th p nh t Trong tr ng h p th t c n thi t ph i s d ng m t ph n tr l ng ki t thỡ c n cú tớnh toỏn k h n B ng 4.1: Cỏc c p tr l C p tr M c th m dũ v nghiờn c u ng khai thỏc n cd i t C s tớnh tr l ng 122 l ng A B C1 Sỏng t hon ton v : - i u ki n th n m, c u trỳc a ch t, giỏ tr m c n c, m c ỏp l c c a t ng ch a n c, tớnh th m c a t ỏ ch a n c - i u ki n cung c p c a t ng ch a n c - kh n ng ph c h i tr l ng khai thỏc - quan h n c d i t c a t ng nghiờn c u v i n c m t, n c c a cỏc t ng ch a n c khỏc - kh n ng s d ng n c cú ch t l ng theo yờu c u su t th i gian s d ng n c Sỏng t nh ng c i m ch y u v : - i u ki n th n m, c u trỳc a ch t v i u ki n c p n c c a cỏc t ng ch a n c - quan h n c d i t vựng nghiờn c u v i n c m t v n c cỏc t ng ch a n c khỏc - xỏc nh g n ỳng ngu n tr l ng thiờn nhiờn hỡnh thnh nờn tr l ng khai thỏc - kh n ng s d ng n c cú ch t l ng theo m c ớch ó nh sỏng t nh ng c tớnh chung v : - c u trỳc a ch t, i u ki n th n m, s phõn b c a cỏc t ng ch a n c - ch t l ng n c m c m b o gi i quy t s b v n v kh n ng s d ng chỳng theo nhi m v t - ti li u cỏc l khoan, hỳt n c thớ nghi m, hỳt n c khai thỏc th ho c l u l ng c a cỏc nh mỏy n c (tr ng h p m r ng ho c nõng cụng su t nh mỏy n c ang h at ng) - phõn tớch thnh ph n húa h c n c d i t b o m t ch t l ng theo yờu c u + cỏc l khoan th m dũ hỳt n c thớ nghi m n v cỏc l khoan dựng tớnh tr l ng c p A + theo t ng l u l ng th c hỳt c a cỏc l khoan n hỳt n c thớ nghi m cỏc th i i m khỏc cú tớnh n s t ng h gi a chỳng + theo t ng l u l ng tớnh toỏn c a cỏc l khoan dựng l p lu n tr l ng c p A v i giỏ tr h th p m c n c ngo i suy l n h n th c t ( tớnh c p A) cú tớnh n s t ng h gi a chỳng + theo cụng su t tớnh toỏn c a nh mỏy n c khai thỏc b ng cỏc l khoan th m dũ v i tr s h th p m c n c l n h n tr s h th p m c n c th c t ho c a vo tớnh toỏn cỏc l khoan thi t k b sung m chỳng cú th c b trớ theo s khai thỏc ó c ch p thu n trờn di n tớch kho nh khai thỏc - i u ki n a ch t th y v n, ti li u hỳt n c th t cỏc l khoan th m dũ tỡm ki m cho cỏc m c ớch khỏc v ngu n tr l ng thiờn nhiờn (tr l ng ng) m chỳng cú th l ngu n ph c h i tr l ng khai thỏc n c d i t + theo giỏ tr l u l ng c a dũng ng m t nhiờn, cõn b ng n c v tr l ng t nh c a cỏc t ng ch a n c ang xem xột, cú tớnh n cỏc ngu n khỏc cú kh n ng ph c h i tr l ng khai thỏc m quỏ trỡnh khai thỏc s tr thnh ngu n cung c p n c d i t cho nh 123 mỏy n c + s t ng t gi a di n tớch nghiờn c u v i kho ng ó c nghiờn c u k thi t k nh mỏy ho c cỏc kho ng ó cú nh mỏy n c h at ng theo t cụng su t trờn n v di n tớch ho c t cụng su t theo chi u r ng m t c t dũng ng m + ngo i suy tớnh toỏn a ch t th y v n v i tr l ng c p cao (A, B) C2 - s li u chung nh t v a ch t - i u ki n a ch t th y v n c th , t v a ch t th y v n cỏc giỏ tr tr l ng ng v t nh c a - ch t l ng n c d i t xỏc cõn b ng n c, so sỏnh t ng t a nh theo k t qu phõn tớch m u ch t th y v n v i cỏc di n tớch ó c cỏc v trớ khỏc c a t ng nghiờn c u k h n v ngo i suy t tr ho c b ng cỏch so sỏnh t ng t l ng c p cao h n v i cỏc kho ng ó c th m dũ - s d ng ti li u hỳt n c th , thớ nghi m ho c khai thỏc c a b t c cụng c a t ng ch a n c ú trỡnh no cú vựng nghiờn c u (l khoan, m , gi ng, nh mỏy n c ) v cỏc ngu n l liờn quan t ng ch a n c c n nghiờn c u Tr l ng khai thỏc cú th c tớnh b ng cỏch so sỏnh t ng t v i cỏc gi ng lm vi c t t i u ki n a ch t v a ch t th y v n t ng t III.CC PH D I T NG PHP NH GI TR L NG KHAI THC N C ỏnh giỏ tr l ng khai thỏc n c d i t nh m thu th p nh ng ti li u, s li u ch ng minh cho kh n ng khai thỏc n c d i t v i l u l ng v ch t l ng m b o yờu c u th i gian tớnh toỏn kho ng 25 30 n m (th ng l y 27 n m = 104 ng cho d tớnh) ho c di h n D bỏo c gi m hay v trớ m c n c ng cỏc l khoan c a nh mỏy n c Cú b n ph ng phỏp ỏnh giỏ tr l ng khai thỏc n c d i t ch y u: ph ng phỏp th y ng l c, ph ng phỏp th y l c, ph ng phỏp cõn b ng v ph ng phỏp t ng t a ch t th y v n a) Ph ng phỏp th y ng l c: s d ng cỏc cụng th c t cỏc ph toỏn lý v th y ng phự h p s tớnh mụ ph ng i u ki n th c t ng trỡnh Chỳng c gi i b ng ph ng phỏp gi i tớnh, th ho c mụ hỡnh cú s d ng mỏy tớnh i n t Ph ng phỏp ny cú kh n ng d bỏo s thay i m c n c ng l khoan khai thỏc theo th i gian Xột n s cõn b ng n nhiờn v i u ki n khai thỏc c v kh n ng ph c h i tr l ng i u ki n t Nh c i m c a ph ng phỏp ny l ph i trung bỡnh húa s li u v tớnh th m, n gi n hoỏ i u ki n th c t l p s tớnh, khụng cú kh n ng xột n quỏ trỡnh thay i c a mụi tr ng, b qua nhi u y u t nh h ng n tr l ng khai thỏc nờn s li u d bỏo nhi u khụng sỏt th c t 124 b) Ph ng phỏp th y l c: s d ng v ngo i suy cỏc hm s th c nghi m thu c quỏ trỡnh thớ nghi m th m Th ng ỏp d ng h u hi u nh ng i u ki n a ch t th y v n ph c t p nh ỏ n t n v cact húa, i phỏ h y ki n t o, t ỏ b r i c u t o ph c t p v tớnh th m khụng ng nh t B ng cỏc ph ng trỡnh th c nghi m th hi n c s v n ng ph c t p c a n c d i t tỏc ng c a nhi u y u t (tớnh th m, i u ki n v n ng, cung c p v thoỏt n c, ), d bỏo s bi n i m c n c, l u l ng v nh h ng can nhi u gi a cỏc l khoan, Nh c i m c b n nh t l khụng d bỏo c m c n c thay i theo th i gian v kh n ng ph c h i tr l ng khai thỏc n c d i t Kh i l ng cụng tỏc thớ nghi m t ng i l n (ti n hnh di ngy v i nhi u t h th p m c n c ) nờn c n k t h p v i ph ng phỏp cõn b ng v ph ng phỏp th y ng l c c) Ph ng phỏp cõn b ng: d a trờn c s cõn b ng n c vựng nghiờn c u nờn cho phộp m b o ph c h i tr l ng khai thỏc n c d i t i u ki n dũng ng m cú kớch th c h n ch Tr l ng khai thỏc Qkt c xỏc nh theo cụng th c sau: Qkt = 1Qtn + V Vtn + Q nt + nt + Q bx t t (4.10) ú: Qtn v Qnt- ngu n tr l ng ng thiờn nhiờn v nhõn t o; Vtn v Vnt- tr l ng t nh t nhiờn v nhõn t o c s d ng th i gian khai thỏc t; Qbx- ngu n tr l ng b xung th i gian nh mỏy n c ho t ng; 1, 2, 3, 4- cỏc h s s d ng ngu n tr l ng thiờn nhiờn v nhõn t o t ng ng Khi Qkt Qtn , n c v n ng n cỏc l khoan nh mỏy luụn tr ng thỏi khụng n nh (do tr l ng t nh t nhiờn luụn b gi m) v nh mỏy ch ho t ng theo ch khai thỏc nh k d) Ph ng phỏp t ng t a ch t th y v n: ch ng minh v s t ng t gi a i u ki n t nhiờn v s d ng n c c a vựng ó c nghiờn c u k hay ang khai thỏc n c v i vựng ph i kh o sỏt M c t ng t cú th hon ton hay t ng ph n v : ngu n hỡnh thnh, tr l ng khai thỏc, i u ki n tng tr n c, c u trỳc a ch t, thnh ph n t ỏ ch a n c, i u ki n c p n c, Dựng cỏc h s th hi n s khỏc gi a hai vựng Ph ng phỏp ny khỏ h u hi u so sỏnh v i vựng ang c khai thỏc, s d ng n c d i t Trong cỏc i u ki n a ch t th y v n ph c t p, c n s d ng t ng h p m t vi ph ng phỏp ỏnh giỏ tr l ng, i u ny giỳp cho vi c xỏc nh cỏc cụng tỏc kh o sỏt, nghiờn c u c n ti n hnh cú c cỏc s li u y ban u cho vi c ỏnh giỏ tr l ng IV.QU N Lí N CD I T 125 Cụng tỏc qu n lý n c d i t bao g m ch khai thỏc h p lý c ng nh ỏp d ng cỏc bi n phỏp lm t ng tr l ng c a n c d i t, nõng cao n ng su t gi ng khai thỏc n c B sung nhõn t o B sung nhõn t o tr l ng n c d i t l dựng bi n phỏp k thu t chuy n m t l ng n c nh t trờn m t thnh n c d i t Vi c b sung nhõn t o r t c n thi t cỏc vựng khai thỏc n c mónh li t, tr l ng t nhiờn ang b c n d n c ng nh cỏc vựng khụng cú m n c cú tr l ng cụng nghi p Chuy n n c m t thnh n c d i t, sau ú khai thỏc cú nhi u u i m h n s d ng ti p n c m t: n c c l c h n, ph n l n vi trựng b ch t thay i mụi tr ng s ng, thnh ph n gõy b n c t ỏ h p ph b sung nhõn t o tr l ng n c d i t cú th dựng cụng trỡnh chuy n n c nh t vo t ng ch a n c, cụng trỡnh khai thỏc n c v cụng trỡnh phự tr cho vi c chuy n n c m t n v trớ b sung tr l ng, x lý n c c p Cụng trỡnh chuy n n c m t nh t vo t ng ch a n c cũn g i l cụng trỡnh th m Chỳng cú th d ng h - cỏc m ng, cỏc h v d ng kớn - l khoan, gi ng, galeri ho c l khoan n m ngang Cụng trỡnh h c xõy d ng cỏc vựng cú t ng ch a n c khụng b ph hay cú l p cỏch n c ph khỏ m ng Cú th o ho c p thnh m ng, h , ao cho cú ỏy th m n c v m c n c cao h n m c n c ng m hay m c ỏp l c N c h , m ng ch th m qua ỏy m khụng th m qua b Cỏc cụng trỡnh th m kớn l cỏc l khoan ộp n c hay h p th n c c dựng b sung n c cho cỏc t ng ch a n c cú ỏp n m sõu h n Dựng mỏy b m ộp n c hay cho n c t ch y vo cỏc l khoan Cụng trỡnh khai thỏc n c v cụng trỡnh phự tr v c b n gi ng nh cỏc cụng trỡnh th ng s d ng khai thỏc n c d i t v n c m t Vi c cho n c trn b m t b ng cỏch p cỏc p th p ch n ngang cỏc dũng t m th i thoỏt t cỏc dóy nỳi cú th lm m c n c d i t dõng cao trờn m t vựng r ng l n Bi n phỏp ny ti n hnh vựng cú l p t trờn m t cú tớnh th m n c, m c n c ng m sõu, m t t b ng ph ng v t ng ch a n c c b sung cú kh n ng chuy n n c l n chuy n n c kh i vựng lan truy n T i c ng l m t d ng b sung nhõn t o n c t i v t quỏ yờu c u c a cõy c i N c th i t cỏc b t ho i cú th ng m qua i khụng bóo hũa v b sung cho n c d i t B ng cỏch b sung nhõn t o, ta cú th c i t o t ng ch a n cỏc ng b ng chõu th n c ta thnh cỏc m n c nh t S d ng k t h p n c m t v n cd c l r t ph bi n i t Trong cỏc h sụng su i - t ng ch a n c, rừ rng khụng h p lý n u chia tỏch riờng ho t ng qu n lý n c m t v n c d i t N c cú th th m t sụng vo t ng ch a n c ho c t t ng ch a n c vo sụng nờn vi c qu n lý n c d i t v n c m t cho cỏc c quan riờng bi t s cú th lm c n ki t t ng ngu n n c s d ng quỏ m c Khi l ng c u v t quỏ l ng cung thỡ ũi h i qu n lý n c d i t v n c m t nh l cỏc thnh ph n c a m t h th ng nh t, cú quan h qua l i c c k quan tr ng Vi c b m hỳt quỏ m c cỏc t ng ch a n c g n sụng thỡ lm gi m l ng n c b sung bỡnh th ng c a h t ng ch a n c Hi u qu tớch l y c a 126 nhi u ngu n b m hỳt n c gi ng cú th lm s t gi m ngu n n c t ng Hon c nh x u thờm n u vi c hỳt n c d i t d n n gi m dũng n c m t T nh ng nh n th c trờn rừ rng ph i th ng nh t vi c qu n lý s d ng t ng h p ngu n n c núi chung Ph i cú m t mụ hỡnh qu n lý th ng nh t, t i u n c ta tr c õy vi c qu n lý ti nguyờn n c thu c B Nụng nghi p v phỏt tri n Nụng thụn T n m 2003 thnh l p B Ti nguyờn v Mụi tr ng, v n qu n lý v m t Nh n c ti nguyờn n c c chuy n sang ú vi c xõy d ng khai thỏc s d ng ti nguyờn n c m t v n l ch c n ng c a B Nụng nghi p v phỏt tri n Nụng thụn Vỡ v y, vi c th ng nh t qu n lý ti nguyờn n c, s d ng k t h p n c m t v n c d i t g p nh ng khú kh n nh t nh Qu n lý nh n c vi c khai thỏc n cd i t N c d i t l ti nguyờn qu c gia b o m phỏt tri n b n v ng ti nguyờn n c d i t c n ph i cú m t thi t ch ch t ch v m t nh n c vi c qu n lý khai thỏc n c d i t Qu n lý ch t ch khai thỏc n c d i t s h n ch vi c khai thỏc b a bói lm suy gi m tr l ng v ch t l ng n c d i t Trong chỳng ta ch a cú i u ki n kinh t , k thu t b sung nhõn t o ngu n n c d i t ho c khai thỏc v tr n c theo chu k thỡ cng ph i t ng c ng qu n lý vi c khai thỏc n c d i t Vi t Nam hi n ó th c hi n vi c ng ký v c p phộp khai thỏc n c d i t, nhiờn ch m i quy mụ l n, cho cỏc doanh nghi p khai thỏc cụng nghi p i v i vi c khai thỏc quy mụ nh , cho cỏc gi ng n l , cỏc gi ng gia ỡnh thỡ ch a th qu n lý xu ú l m t b c xỳc c n ph i c gi i quy t s m Đ5 Mễ HèNH HO N CD I.KHI NI M Mễ HèNH N I CD T I T Gi i thi u N c d i t cú th c nghiờn c u tr c ti p b ng cỏc cụng trỡnh th m dũ, b ng cỏc ph ng phỏp nghiờn c u th c nghi m hi n tr ng nh ó trỡnh by cỏc ch ng trờn Tuy nhiờn, n c d i t c ng cú th c nghiờn c u m t cỏch giỏn ti p b ng ph ng phỏp mụ hỡnh hoỏ Mụ hỡnh hoỏ l m t ph ng phỏp hi n i, gi i quy t c nhi u v n m cỏc ph ng phỏp nghiờn c u tr c ti p i t ng khụng th gi i quy t c Mụ hỡnh húa quỏ trỡnh th m gi vai trũ r t quan tr ng nghiờn c u v tớnh toỏn quỏ trỡnh th m c a n c d i t vỡ nú cho phộp xột n v a vo bi toỏn nh ng hon c nh i u ki n t nhiờn v k thu t ph c t p gi i cỏc bi toỏn th m N u nh tr c õy mụ hỡnh hoỏ ch c dựng nghiờn c u m t vi tr ng h p n gi n c a dũng th m t nhiờn ho c ki m nghi m m t vi k t qu c a ph ng phỏp tớnh toỏn th m, thỡ ngy c coi l m t nh ng ph ng phỏp tin c y nh t c ỏp d ng r ng rói h u h t cỏc l nh v c tớnh toỏn a ch t th y v n Mụ hỡnh hoỏ cú th gi i cỏc bi toỏn dũng th m i thụng khớ, dũng d ch chuy n khuy ch tỏn v t ch t hay nhi t d i t, cú th gi i cỏc bi toỏn thu n d bỏo s bi n i c a ỏp l c v l u l ng c a dũng th m, hay bi toỏn ng c xỏc nh cỏc i u ki n biờn v cỏc thụng s a ch t th y v n c a mụi tr ng th m; cú th gi i cỏc bi toỏn th m n cụng trỡnh c th no ú ho c bi toỏn th m khu v c v i s tỏc d ng t ng h p c a h th ng cụng trỡnh v cỏc nhõn t t nhiờn khỏc 127 Th c ch t c a ph ng phỏp mụ hỡnh hoỏ l mụ ph ng dũng th m b ng nh ng mụ hỡnh toỏn h c ho c mụ hỡnh v t lý d a vo s t ng t v toỏn h c ho c v m t v t lý gi a quỏ trỡnh th m v cỏc quỏ trỡnh v t lý khỏc Khi nghiờn c u m t h dũng n c d i t, ta cũn tri n khai m t mụ hỡnh nh n th c, ch ng h n cú th mụ t m t h n c d i t ang t n t i tr m tớch cỏt v s i s n, trờn m t ỏ g c b ng ph ng V i mụ hỡnh ny thỡ khụng th mụ t y c t t c cỏc chi ti t r t nh c a h th c Tuy nhiờn, cỏc mụ hỡnh nh n th c giỳp ta hi u c hnh vi c a h th m Cỏc mụ hỡnh nh n th c thỡ t nh, ch mụ t c i u ki n hi n th i c a h th m d oỏn cỏc hnh vi t ng lai, c n s d ng m t s mụ hỡnh ng h c: mụ hỡnh t l v t lý, mụ hỡnh t ng t v mụ hỡnh toỏn h c Cỏc lo i mụ hỡnh ng h c nghiờn c u n cd i t hi n cú th ỏp d ng cỏc lo i mụ hỡnh sau õy: Mụ hỡnh th c hay cũn g i l mụ hỡnh t l t c l nghiờn c u b ng chớnh i t ng ú nh ng trờn mụ hỡnh thu nh , ch ng h n cho n c th m b ch a cỏt M t nh ng v n quan tr ng nghiờn c u b ng mụ hỡnh t l l ph i xỏc nh t l mụ hỡnh h p lý t k t qu thu c mụ hỡnh cú th suy th c t m khụng lm bi n d ng b n ch t c a v n Khi nghiờn c u quỏ trỡnh th m c a n c d i t b ng mụ hỡnh t l c n ph i xỏc nh cỏc h s t l sau õy: - H s t l kớch th c KL: L KL = - H s t l v n t c K v: - H s t l th i gian Kt: Kv = M K T = nh t nh nh Lmh Vnh Vmh M mh t mh Trong cỏc cụng th c trờn Lnh, Vnh, Mnh, tnh t ng ng l kớch th c, v n t c, kh i l ng n c, th i gian c a nguyờn hỡnh ( i t ng th c); Lmh, Vmh, Mmh, tmh t ng ng l kớch th c, v n t c, kh i l ng n c, th i gian mụ hỡnh Ph i ch n cỏc h s t l núi trờn m t cỏch h p lý N u cỏc h s t l quỏ chờnh l ch cú th lm bi n d ng dũng th m, khụng ph n ỏnh ỳng quỏ trỡnh th c t s x y t nhiờn Mụ hỡnh t ng t Mụ hỡnh t ng t l dựng m t lo i v t li u khỏc thay th a vo mụ hỡnh nghiờn c u i t ng d a vo s t ng t c a cỏc quỏ trỡnh v t lý x y chỳng Tu theo lo i v t li u s d ng ng i ta chia lm hai lo i mụ hỡnh t ng t : a) Mụ hỡnh i n S v n ng c a n c d i t x y d i tỏc d ng c a chờnh l ch ỏp l c ho c c t n c c ng t ng t nh s truy n i n x y d i tỏc d ng c a hi u i n th Trong v t lý, s d n i n tuõn theo nh lu t Ohm: I = g U 128 ú I c ng dũng i n; g - d n i n (conductance), g = 1/R; R - i n tr ; U- hi u i n th Trong a ch t thu v n, s v n ng c a n cd i t tuõn theo nh lu t Darcy: V = kJ ú V v n t c; k h s th m; J - d c thu l c Rừ rng gi a tr ng i n v tr ng v n ng c a n c d i t cú s t ng t S t ng t ny l c s xõy d ng cỏc mụ hỡnh i n dựng nghiờn c u n c d i t C ng dũng i n mụ hỡnh bi u th v n t c c a dũng th m nguyờn hỡnh Hi u i n th mụ hỡnh t ng ng th th y l c, cũn d n i n t ng t h s th m c a mụi tr ng Trờn c s s t ng t c b n ny ng i ta t h p cỏc thi t b i n t o nờn cỏc mụ hỡnh mụ ph ng cỏc bi toỏn th m ph c t p t nhiờn V t li u d n i n dựng mụ hỡnh nghiờn c u cú th l dung d ch, gi y d n i n ho c cỏc h th ng t i n v i n tr C ng nh i v i mụ hỡnh th c, xõy d ng mụ hỡnh t ng t i n ph i xỏc nh cỏc h s t l h p lý mụ hỡnh ph n ỏnh ỳng quỏ trỡnh t nhiờn c n nghiờn c u Cỏc h s ú l: K1 = M ; q K2 = h Q ; K3 = E I M th tớch n c, m3 h c t n c, m Q l u l ng n c, m3/ng q - i n tớch, coulomb E - i n th , volt I c ng dũng i n, amp b) Mụ hỡnh ch t l ng nh t (mụ hỡnh Hele - Shaw) Mụ hỡnh ch t l ng nh t l mụ hỡnh t ng t m thay vỡ nghiờn c u tr c ti p v t li u n c ng i ta dựng m t ch t l ng nh t, vớ d glicerin ho c d u Ng i ta t hai t m kớnh d ng ng song song cỏch m t kho ng l b, hai u c g n thựng ng ch t l ng Mụi tr ng th m c thay b ng cỏc qu c u thu tinh ng kớnh b ng T o chờnh l ch th ch t l ng v n ng mụi tr ng ú Lo i mụ hỡnh ny ỏp d ng t t nghiờn c u s v n ng c a cỏc ch t l ng cú tr ng l ng riờng khỏc nhau, vớ d nh tr ng h p nhi m m n vựng b bi n ho c s tiờm nh p n c th i vo t ng ch a n c H s t l c n xỏc nh tr ng h p ny l h s t l v n t c Kv v h s t l chi u di KL: cỏc cụng th c trờn: KV = ú: Vnh- v n t c c a n c; V nh = Vnh L ; K L = nh Vmh Lmh n gk dh n dx Vmh v n t c c a ch t l ng nh t mụ hỡnh Vmh = b mh g dh 12 mh dx Lnh - chi u di dũng th m nguyờn hỡnh 129 Lmh - chi u di dũng th m mụ hỡnh n, mh, n, mh m t v nh t c a n c v c a ch t l ng nh t g gia t c tr ng tr ng k h s th m c a n c nguyờn hỡnh dh/dx - d c thu l c Mụ hỡnh toỏn Mụ hỡnh toỏn l s mụ t m t quỏ trỡnh th c ó c khỏi quỏt hoỏ b ng cỏc bi u th c toỏn h c Nguyờn lý chung c a cỏc mụ hỡnh toỏn n c d i t l d a vo quy lu t ch a v ch y B ng cỏc ph ng phỏp gi i tớch, ph ng phỏp sai phõn h u h n, ph n t h u h n v lý thuy t th ng kờ gi i tỡm nghi m c a cỏc ph ng trỡnh toỏn ú Mụ hỡnh toỏn gi i b ng ph ng phỏp gi i tớch c g i l luụn l mụ hỡnh gi i tớch Mụ hỡnh toỏn c gi i b ng ph ng phỏp sai phõn h u h n ho c ph n t h u h n g i l mụ hỡnh s gi i mụ hỡnh gi i tớch, ta c n bi t cỏc i u ki n ban u v i u ki n biờn c a bi toỏn th m Cỏc i u ki n ny c n n gi n cú th gi i tr c ti p ph ng trỡnh th m Cỏc mụ hỡnh gi i tớch ó c phỏt tri n mụ ph ng dũng th m t i gi ng v sụng su i, dũng nhi t v dũng v n chuy n kh i Cỏc mụ hỡnh gi i tớch cú th gi i nhanh chúng, chớnh xỏc v khụng t n kộm trờn m t mỏy tớnh tay hay mỏy vi tớnh nh cú l p trỡnh Ch c n m t s l ng t i thi u s li u vỡ t t c cỏc khu v c thu c m t thụng s u c cho cựng m t giỏ tr (m t giỏ tr h s th m trung bỡnh cho m t t ng ch a n c) Lý thuy t gi ng o c dựng bi toỏn liờn quan v i m t biờn hay tr ng h p nhi u gi ng i v i tr ng h p cỏc i u ki n biờn ph c t p ho c cỏc thụng s bi n i thỡ khụng th gi i c b ng ph ng phỏp gi i tớch Trong tr ng h p ú cú th dựng ph ng phỏp sai phõn h u h n ho c ph n t h u h n Cỏc ph ng trỡnh c s p x p l i m t s d ng i s nh cỏc x p x s v l i gi i nh n c c ng l nh ng giỏ tr g n ỳng Cỏc ph ng trỡnh ph bi n nh t d ng ma tr n v c gi i trờn m t mỏy tớnh x lý s C ng vỡ v y, cỏc ph ng phỏp ny g i l ph ng phỏp s v cỏc mụ hỡnh ny c g i l mụ hỡnh s nh ó núi trờn Cỏc mụ hỡnh s l m t nh ng phỏt tri n quan tr ng nh t c a a ch t th y v n 15 n m g n õy Vỡ v y, sau õy s c p k h n v mụ hỡnh s Mụ hỡnh th ng kờ c a dũng th m l mụ hỡnh toỏn c l p d a trờn lý thuy t th ng kờ Chỳng ó c dựng xỏc nh cỏc tr ng c t n c v v n t c c ng nh cỏc bi toỏn v v n chuy n kh i cỏc ch t ho tan Trong cỏc tr ng h p i t ng nghiờn c u khụng xỏc l p c b ng ph ng trỡnh lý thuy t thỡ b ng cỏc s li u quan tr c cú th xỏc l p b ng ph ng phỏp x lý th ng kờ Cỏc ỏp d ng c a mụ hỡnh n cd i t Cỏc mụ hỡnh n c d i t c ỏp d ng cho b n lo i bi toỏn sau õy: dũng n c d i t, dũng v n chuy n ch t hũa tan, dũng nhi t v bi n d ng t ng ch a n c Cỏc mụ hỡnh s b t u v i ph ng trỡnh c b n c a dũng n c d i t Nú c gi i tỡm s phõn b c t n c t ng ch a n c Cỏc mụ hỡnh v n chuy n ch t hũa tan cú thờm m t ph ng trỡnh v s bi n i n ng húa h c n c d i t Cỏc ph ng trỡnh v n chuy n nhi t s d ng m t ph ng trỡnh v s truy n nhi t t ng ch a n c Cỏc mụ hỡnh bi n d ng t ng ch a n c k t h p 130 ph ng trỡnh th m v i cỏc ph ng trỡnh khỏc mụ t cỏc bi n i c u trỳc v t lý c a t ng ch a n c v i cỏc thay i v c t n c c a t ng ch a n c Cú hai lo i mụ hỡnh: cỏc mụ hỡnh liờn quan v i dũng th m qua mụi tr ng l r ng (t ng cỏt, s i ) v cỏc mụ hỡnh liờn quan dũng th m qua mụi tr ng n t n (ỏ k t tinh n t n ) Cỏc mụ hỡnh cho dũng th m cú hai hay nhi u ch t l ng khụng th tr n l n v cho c dũng th m bóo hũa v khụng bóo hũa Cỏc mụ hỡnh dũng th m n c d i t c dựng nghiờn c u dũng th m n nh khu v c cỏc h t ng ch a n c, s bi n i c t n c th y l c cỏc bi n i v l u l ng ch y i v ch y n; cỏc bi n i c t n c g n m t bói gi ng, h gi ng tiờu n c, gi ng b m ộp n c hay cỏc b n th m v cỏc t ng tỏc n c m t - n c d i t Cỏc mụ hỡnh v n chuy n ch t hũa tan c dựng nh p c a n c bi n, chuy n ng r a l a t khu chụn rỏc th ch t th i khỏc, cỏc d i ụ nhi m t cỏc h th m, chuy n ng c t cỏc i m chụn ch t th i phúng x , chuy n ng c a thu c tr ng nụng nghi p v cỏc d ng ụ nhi m n c d i t khỏc nghiờn c u s xõm i v cỏc v trớ x lý a cỏc ch t phúng x d ch h i t cỏc cỏnh Cỏc mụ hỡnh v n chuy n nhi t d c dựng phõn tớch tỏc ng nhi t tr ch t th i m c phúng x cao, tr n ng l ng nhi t cỏc t ng ch a n c v tỏc ng b m nhi t t n c d i t Lỳn s t m t t b m hỳt n c d i t c nghiờn c u b ng cỏc mụ hỡnh bi n d ng II CC Mễ HèNH S Mụ hỡnh sai phõn h u h n Mụ hỡnh sai phõn h u h n cú th ỏp d ng cho r t nhi u bi toỏn khỏc a ch t thu v n õy, minh ho cho vi c gi i thớch b n ch t c a ph ng phỏp sai phõn h u h n ta ch n bi toỏn c b n l ph ng trỡnh dũng th m ngang khụng ỏp ch ng 2, 3, II ta ó xỏc l p c ph ng trỡnh t ng quỏt dũng th m ngang khụng ỏp cho tr ng h p ng thỏi khụng n nh (cụng th c 2.17): h h h k x h + k y h + W = t x x y y i v i tr ng h p dũng th m n nh ph ng trỡnh s tr thnh: h h kxh + k y h + W = x x y y (4.11) õy l ph ng trỡnh vi phõn o hm riờng hai bi n khụng th gi i c b ng ph ng phỏp gi i tớch, vỡ v y, ch ng chỳng ta ó n gi n hoỏ, a v bi toỏn m t h ng v mụi tr ng th m ng nh t (K=const) gi i t c l ta ch gi i c cho cỏc tr ng h p c bi t õy chỳng ta ỏp d ng ph ng phỏp sai phõn h u h n gi i luụn bi toỏn t ng quỏt ny 131 Hỡnh 4.5 L i sai phõn h u h n c a m t mi n th m a) l i tõm ụ l i; b) l i tõm m t l i tỡm l i gi i cho ph ng trỡnh liờn t c nờu trờn ta chia mi n th m thnh l i g i l l i sai phõn h u h n Trong m i ụ l i mụi tr ng c coi l ng nh t, ngh a l ụ ú cỏc thụng s c coi l khụng i T i m i ụ l i c vi t m t ph ng trỡnh d ng (4.11) v i cỏc n s l chi u cao m c n c h t i cỏc i m nỳt c a ụ ú i m nỳt cú th l tõm c a m i ụ ho c l i m giao c a cỏc ng l i Khi i m nỳt n m tõm ụ l i thỡ l i ú g i l l i tõm ụ l i (hỡnh 4.5a) cũn tr ng h p g i l l i tõm m t l i (hỡnh 4.5b) Vi c ch n lo i l i no ph thu c vo cỏc i u ki n biờn L i tõm ụ l i r t h u hi u l u l ng xỏc nh qua m t biờn, cũn l i tõm m t l i thớch h p nh t cho cỏc tr ng h p m c t n c c xỏc nh t i biờn V trớ cỏc nỳt l i c th hi n b ng cỏc ký hi u riờng Hỡnh 4.6a cho th y l i sai phõn h u h n, nh tõm theo (x, y) Cỏc i m k c n trờn l i t cỏch kho ng x v phớa ph i hay trỏi v kho ng y v phớa trờn hay d i; x l d ng v phớa ph i v y h ng xu ng l d ng Trong cỏc mó s mỏy tớnh, v trớ cỏc nỳt c ký hi u b ng nỳt i j, õy i bi u th c t v j bi u th hng Ký hi u cho i v phớa ph i l d ng v cho j h ng xu ng l d ng Vỡ th hng trờn hng j l j -1 v hng d i l j +1 132 Hỡnh 4.6 Ký hi u v trớ ụ l i c a l i th m a) v trớ c a ụ l i th m; b) ký hi u mỏy tớnh cho ụ l i C t bờn trỏi c t i l i -1 v bờn ph i c t i l i +1 V i n ụ l i s cú n ph ng trỡnh cú ch a n s h t i i m nỳt c a ụ Cỏc ph ng trỡnh ny c vi t d i d ng sai phõn nh sau: ( hi 1, j 2hi , j + hi +1, j ) (x ) + ( hi , j 2hi , j + hi , j +1 ) (y ) = W T (4.12) ú: x v y - kho ng cỏch gi a cỏc nỳt theo h ng x v y; W - l ng n c th m b c p n v ; T - h s d n n c c a t ng ch a n c Nh v y b ng cỏch ny chỳng ta ó thay mụi tr ng liờn t c c mụ t b ng m t ph ng trỡnh thnh t p h p n mụi tr ng v i h n ph ng trỡnh khỏc nhau, i u ú cú ngh a r ng chỳng ta ó r i r c hoỏ mụi tr ng th m Ph ng trỡnh vi phõn ó c thay b ng ph ng trỡnh i s Vi c gi i nú khụng cũn khú kh n ngo i tr kh i l ng l n vỡ s ph ng trỡnh r t l n Ph ng trỡnh sai phõn h u h n c gi i b ng ph ng phỏp l p D a trờn c s cỏc giỏ tr c t n c ó bi t biờn c ng v i cỏc d oỏn ban u, ph ng trỡnh (4.12) c gi i cho m i nỳt trờn c s cỏc giỏ tr t i b n nỳt bao quanh M t ch ng trỡnh mỏy tớnh s ch y tỡm l i gi i theo cỏc b c sai phõn h u h n, cho i v i m i nỳt, khụng k nỳt th nh t v nỳt cu i cựng, s cú m t s nỳt k giỏ tr c t n c c d a trờn gi thi t ban u cỏc nỳt k cũn l i, giỏ tr c t n c ó c tớnh l i b ng ph ng trỡnh (4.12) M t c t n c t i m i nỳt ó c tớnh l i, ta xỏc nh hi u s gi a cỏc c t n c gi thi t ban u v tớnh l i Quỏ trỡnh l p ti p di n cho n hi u s l n nh t cỏc giỏ tr c t n c m i phộp l p so v i phộp l p ti p sau nh h n m t s giỏ tr nh tr c c xem l tiờu chu n h i t Khi l i gi i ó h i t thỡ ph ng trỡnh ó c gi i L i gi i l g n ỳng vỡ tiờu chu n h i t l m t giỏ tr h u h n no ú Giỏ tr ny cng nh thỡ s phộp l p cng l n v vỡ th th i gian c n t l i gi i cng lõu C n cõn nh c m t hon c nh th c t gi a chớnh xỏc c a l i gi i v kho ng th i gian mỏy tớnh tiờu phớ t nú Mụ hỡnh ph n t h u h n Mụ hỡnh ph n t h u h n l m t cỏch ti p c n khỏc c a mụ hỡnh s c a dũng n c d i t T ng ch a n c c chia thnh cỏc ụ a giỏc, cú th l tam giỏc Hỡnh 4.7 cho th y cỏc ph n t h u h n c a m t t ng ch a n c ó c mụ hỡnh húa Cỏc tam giỏc giao t i cỏc nỳt, ú l cỏc i m m cỏc giỏ tr ch a bi t nh c t n c s c tớnh toỏn Giỏ tr c t n c bờn m i ph n t c xỏc nh b ng cỏch n i suy cỏc i m nỳt 133 Hỡnh 4.7 L i ph n t h u h n cho m t t ng ch a n c C s toỏn h c cho ph ng phỏp ph n t h u h n ph c t p h n nhi u so v i ph ng phỏp sai phõn h u h n H u h t cỏc l i gi i ph n t h u h n d a trờn ph ng phỏp c a Galekin N u nh ph ng phỏp sai phõn h u h n b ng th thu t toỏn thay ph ng trỡnh vi phõn o hm riờng b i h cỏc ph ng trỡnh sai phõn gi i thỡ ph ng phỏp ph n t h u h n thay vỡ ph i gi i ph ng trỡnh vi phõn s gi i tỡm cỏc tớch phõn Cỏc mụ hỡnh ph n t h u h n t cú m t s u vi c h n so v i mụ hỡnh sai phõn h u h n cỏc bi toỏn cú m t biờn di chuy n, ch ng h n nh m c n c ng m dao ng, di chuy n ch t th i Mụ hỡnh ph n t h u h n cũn cú u i m l linh ho t h n mụ ph ng d ng hỡnh h c c a h t ng ch a n c so v i ph ng phỏp sai phõn h u h n v yờu c u s nỳt ớt h n 3.Hi u ch nh v ki m tra mụ hỡnh Khi xõy d ng mụ hỡnh s , m t nh ng b c quan tr ng l ki m tra v hi u ch nh mụ hỡnh ỏnh giỏ mụ hỡnh a cú phự h p th c t hay khụng tr c ỏp d ng gi i cỏc bi toỏn th c t a) Hi u ch nh mụ hỡnh Hi u ch nh mụ hỡnh th c ch t l gi i bi toỏn ng c M t mụ hỡnh c hi u ch nh b c u b ng cỏch l y cỏc giỏ tr ban u c a cỏc thụng s mụ hỡnh v gi i theo mụ hỡnh xem nú tỏi hi n m t s i u ki n ó bi t c a t ng ch a n c ỳng n m c no H u h t cỏc mụ hỡnh ban u c hi u ch nh i v i c t n c d i t tr ng thỏi n nh C n cú m t b n m c n c ng m hay m t th y ng ỏp cho lo i hi u ch nh ny Vỡ s li u ny bi t chớnh xỏc h n s phõn b cỏc thụng s c a t ng ch a n c ho c l ng b sung n c, nờn cỏc giỏ tr v thụng s t ng ch a n c v s b sung n c c thay i cho t i mụ hỡnh tỏi hi n g n ỳng cỏc i u ki n m c n c ng m hay m t th y ng ỏp ó bi t b) Ki m tra mụ hỡnh M t mụ hỡnh ó l p xong, c n ki m tra mụ hỡnh vỡ th ng t c cựng m t k t qu thay i ng th i thụng s Vi c ki m tra ti n hnh b ng cỏch so sỏnh v i cỏc tr ng h p ó bi t Vớ d hỳt n c t gi ng, n u ó bi t m c n c theo th i gian cựng v trớ v l u l ng b m c a cỏc gi ng thỡ ki m tra mụ hỡnh xem nú cú tỏi hi n nh ng bi n i m c n c ó bi t hay khụng b ng cỏch a vo cỏc di n bi n l y n c ó bi t N u i u ó bi t khụng tỏi hi n v i chớnh xỏc mong mu n thỡ ph i thay i cỏc thụng s mụ hỡnh hi u ch nh l i mụ hỡnh b ng nhúm cỏc thụng s mụ hỡnh m i, r i ti n hnh ki m tra l i, th t l p l i cho t i t yờu c u 134 Quỏ trỡnh hi u ch nh v ki m tra mụ hỡnh ũi h i nhi u thay i s li u cỏc thụng s l p mụ hỡnh Cỏc mụ hỡnh s cú th tớnh l i d dng v i cỏc s li u m i ú l lý ch y u n cỏc mụ hỡnh s h u nh ang thay th ton b cỏc d ng mụ hỡnh khỏc S t ng nhanh c a cụng su t mỏy tớnh v s gi m giỏ thnh cỏc mỏy vi tớnh ó t kh n ng gi i cỏc mụ hỡnh s m t cỏch ớt t n kộm v d dng III.CC Mễ HèNH THễNG D NG HI N NAY Ph n l n cỏc mụ hỡnh mỏy tớnh c phỏt tri n t cỏc c quan nghiờn c u h n l t cỏc nh a ch t th y v n chuyờn nghi p Vi c s d ng cỏc mụ hỡnh ó cụng b , ó c "ch nh l i nh ng sai sút" nờn s cho cỏc k t qu chớnh xỏc i u ki n th c t phự h p, th i gian nhanh chúng v chi phớ th p Cỏc k t qu ỏp d ng s d c th a nh n mụ hỡnh ó c s d ng r ng rói, h n l dựng m t ch ng trỡnh mụ hỡnh ó c phỏt tri n nh ng hon ton m i i u ny cú th r t quan tr ng n u cỏc k t qu mụ hỡnh c dựng ch o hay gi i quy t tranh ch p D i õy trỡnh b y m t s mụ hỡnh thụng d ng hi n Mụ hỡnh Mc Donald v Harbaugh (MODFLOW) (Mc Donald & Harbaugh, 1984) l mụ hỡnh sai phõn h u h n c c k a n ng cho dũng n c d i t ú l mụ hỡnh dũng th m ba h ng v cỏc l p cú th l n c ng m, n c cú ỏp hay k t h p c hai Mụ hỡnh mụ ph ng s b sung n c, thoỏt - b c h i n c, b sung n c khu v c, dũng th m t i gi ng, dũng th m t i thi t b tiờu n c v dũng th m qua ỏy sụng Nú c l p t m t lo t cỏc mụun riờng r , c l p; ng i dựng s ch n cỏc mụun c n cho h riờng ang c nghiờn c u v cú th ch n cỏc ph ng phỏp gi i khỏc Ch ng trỡnh c vi t b ng FORTRAN nờn c n cú m t s ki n th c v ngụn ng ny dựng format cỏc d li u a vo mụ hỡnh Mụ hỡnh s d ng n gi n v cú s n cỏc a m m dựng m t mỏy tớnh IBM t ng thớch C n b nh truy nh p ng u nhiờn ớt nh t l 250K, nh ng c 640K thỡ t t h n T c gi i s t ng nhanh n u mỏy tớnh cú m t b ng x lý toỏn h c (m t chớp mỏy tớnh c c m thờm vo b ng chớnh c a mỏy tớnh) Mụ hỡnh Konikow v Bredehoeft (MOC) (Konikow & Bredehoeft, 1978) l mụ hỡnh v n chuy n ch t hũa tan c dựng r ng rói Nú d a trờn m t l i sai phõn h u h n v dựng ph ng phỏp ng c tr ng cho ch t hũa tan L mụ hỡnh hai h ng cú th tớch cỏc thay i c a n ng theo th i gian gõy tỏc d ng mang theo, khuy ch tỏn th y ng v h n h p Ch ng trỡnh MOC ó c c i ti n a vo cỏc tỏc d ng phõn h y phúng x , hỳt th m cõn b ng v trao i ion Ch ng ny c ng c ghi trờn a m m dựng trờn mỏy vi tớnh IBM t ng thớch C n cú b nh ton b l 640K ó cú m t b x lý tr c h tr cho vi c ci t ch ng trỡnh v nh t s li u Mụ hỡnh v n chuy n bóo hũa - khụng bóo hũa (SUTRA) (Voss 1984) l mụ hỡnh ph n t h u h n mụ ph ng s chuy n ng ch t l ng v s chuy n cỏc chõt hũa tan phõn h y ho c v n chuy n n ng l ng i u ki n bóo hũa ho c khụng bóo hũa Trong ki u v n chuy n ch t hũa tan, nú cú th b h p ph vo mụi tr ng r ng c ng nh b phõn h y hay s n sinh Ngoi mụ hỡnh cú th mụ ph ng dũng ch t l ng cú tr ng l ng riờng bi n i nh n c bi n hay n c r a l a Nú cú 135 th mụ ph ng ki u v n chuy n nhi t nh s d n nhi t nhi t v tr nhi t cỏc t ng ch a n c d i t, cỏc h ch a a Mụ hỡnh RNDWALK l m t mụ hỡnh khỏc v v n chuy n ch t hũa tan c s d ng r ng rói ú l mụ hỡnh l n theo d u v t h t, ú ch ng trỡnh mỏy tớnh s chuy n cỏc h t bi u th ch t ụ nhi m theo ph ng ngang, r i sau ú khuy ch tỏn chỳng theo m t phõn b chu n xột n s khuy ch tỏn Mụ hỡnh SEEP/W l s n ph m ph n m m ph n t h u h n dựng phõn tớch dũng th m c a n c d i t, s tiờu tan ỏp l c n c l r ng d v bi toỏn c k t Mụ hỡnh s d ng cho t bi toỏn th m n nh bóo hũa n gi n cho t i cỏc bi toỏn th m khụng n nh bóo hũa - khụng bóo hũa ph c t p Mụ hỡnh CTRAN/W l s n ph n ph n m m ph n t h u h n dựng mụ hỡnh húa s di chuy n ch t ụ nhi m CTRAN/W cú th dựng phõn tớch cỏc bi toỏn n gi n nh theo dừi cỏc h t di chuy n n c v n ng cho t i cỏc v n ph c t p liờn quan quỏ trỡnh khuy ch tỏn, phõn tỏn, h p ph v phõn h y phúng x Cỏc mụ hỡnh SEEP/W v CTRAN/W n m ph n m m GEO-SLOPE Cụng ty a k thu t Qu c t GEO-SLOPE International phỏt hnh 1997 nh m gi i quy t cỏc bi toỏn a k thu t v a k thu t mụi tr ng, hi n c s d ng r ng rói n c ta c ng nh nhi u n c trờn th gi i (M , Canada, Anh, ) Cõu h i, bi t p M c ớch, n i dung c a cỏc giai o n th m dũ a ch t thu v n? Th no l tr l thỏc? ng khai thỏc n cd i t? cỏc c p tr l Vỡ tr c s d ng cỏc mụ hỡnh s ph i qua b ch nh mụ hỡnh? Cỏch hi u ch nh mụ hỡnh? ng khai c ki m tra hi u x(y 136 ... xu t b n cụng trỡnh v ngu n g c n c d i t trờn c s quan tr c tr c ti p trờn m t t c a B.Palissy (1580) T ú, s nghiờn c u v n c d i t di n t N m 1686 A.E.Mariot ó xỏc minh n c m t ng m xu ng