Nghiên cứu tìm hiểu mô hình MODFLOW phục vụ quản lý nguồn nước lưu vực sông Cả

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài 1 Mục tiêu của đề tài 3 Nội dung chính của đề tài 3 Phương pháp của đề tài. 3 CHƯƠNG 1 : KHÁI QUÁT ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ 4 1.1. Vị trí địa lý 4 1.2. Đặc điểm địa hình 5 1.3. Đặc điểm địa chất thổ nhưỡng 7 1.4. Thảm phủ thực vật 8 CHƯƠNG 2 : ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN LƯU VỰC SÔNG CẢ 9 2.1. Đặc điểm khí tượng 9 2.1.1. Chế độ nhiệt 10 2.1.2. Độ ẩm 11 2.1.3. Bốc hơi 11 2.1.4. Gió, bão 11 2.1.5. Chế độ mưa 13 2.2. Thủy văn và nguồn nước 15 2.2.1. Dòng chảy năm 15 2.2.2. Phân phối dòng chảy trong năm 18 2.2.3. Mạng lưới sông suối 20 2.3. Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn 22 2.3.1. Các trạm khí hậu: 24 2.3.2. Các trạm đo mưa: 24 2.4. Tài nguyên nước dưới đất lưu vực sông cả 26 2.4.1. Đánh giá tài nguyên nước dưới đất 26 2.4.2. Tình hình sử dụng nước dưới đất 27 CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU MÔ HÌNH MODFLOW 28 3.1. Tổng quan về mô hình 28 3.1.1. Giới thiệu mô hình 28 3.1.2. Phương trình cơ bản 30 3.1.3. Điều kiện đầu vào 31 3.1.4. Điều kiện biên 31 3.2. Cấu trúc mô hình 32 3.3. Trình tự tính toán của MODFLOW2005 34 3.4. Một số ứng dụng của mô hình MODFLOW 37 3.4.1. Ứng dụng trên thế giới 37 3.4.2. Ứng dụng tại Việt Nam 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50  

Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy văn LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo khoa Khí tượng Thủy văn – Trường đại học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội truyền thụ kiến thức cho em suốt trình học tập vừa qua, đặc biệt thầy giáo Th.S Phạm Văn Tuấn, người hướng dẫn dạy em tận tình suốt thời gian hoàn thành niên luận Xin gửi lời cảm ơn tới người tân toàn thể bạn lớp chia sẻ, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để em hoàn thành nhiệm vụ học tập, thu thập số liệu cần thiết suốt trình làm niên luận Do niên luận thực thời gian có hạn, tài liệu tham khảo số liệu hạn chế, kinh nghiệm làm việc chưa cao nên nội dung niên luận nhiều thiếu sót em mong nhận đóng góp thầy cô toàn bạn sinh viên để niên luận hoàn thiện phát triển lên làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy văn MỤC LỤC SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy văn DANH MỤC HÌNH ẢNH SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy văn DANH MỤC BẢNG SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy văn MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nước tài nguyên đặc biệt quan trọng, thành phần thiết yếu sống môi trường, định phát triển dân tộc hay quốc gia Mặt khác nước gây tai họa cho người môi trường Tài nguyên nước tài nguyên thiên nhiên tái tạo cạn kiệt tùy vào tốc độ khai thác người khả tái tạo môi trường Tài nguyên nước trở thành tài nguyên chiến lược thứ hai sau tài nguyên người, điều khẳng định nhiều diễn đàn quan trọng giới Tuy nhiên trình công nghiệp hóa, đô thị hóa nhanh chóng phạm vi toàn cầu làm suy thoái nguồn nước Việc sử dụng, quản lý bảo vệ nguồn nước cách bền vững đòi hỏi cần có quan tâm thỏa đáng hành động cụ thể không quan quản lý mà người dân Ngày nay, việc sử dụng tài nguyên nước cho hoạt động trở nên phổ biến Tuy nhiên, việc khai thác sử dụng kế hoạch nguồn tài nguyên gây hậu ảnh hưởng nghiêm trọng Nguồn nước bị suy giảm nghiêm trọng hủy hoại môi trường sống đẩy người đến gần rủi ro nguy hiểm: ô nhiễm môi trường, thiếu hụt nước, mâu thuẫn xung đột từ nguồn nước gây nên bất ổn xã hội, Thực tế lượng nước giới có tới 97% nước mặn chúng hầu hết chứa đại dương, có 3% lượng nước giới nước ngọt, đó: 68,7% nằm tuyết núi băng; 30,1% nước ngầm, 0,3% lượng nước chứa hệ thống sông ngòi, hồ chứa; 0,9% lượng nước tồn dạng khác Từ thực tế đó, đòi hỏi nhà nước phải có kế hoạch chiến lược cụ thể tài nguyên nước sử dụng cho lâu dài, gắn với mục tiêu phát triển kinh tế xã hội Quốc gia bao gồm: công nghiệp, nông nghiệp, lượng, anh ninh quốc phòng… SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy văn Sông Cả sông lớn miền Trung có diện tích lưu vực lớn Lượng mưa hàng năm dồi phân bố không toàn lưu vực Vùng mưa lớn lượng mưa năm đạt từ 2.400 ÷ 2.800mm, vùng mưa nhỏ có năm đạt 500 ÷ 1.000mm Biến động lượng mưa năm, vụ mạnh, dẫn đến biến động dòng chảy lớn, hệ số biến sai Cv dòng chảy năm dao động từ 0,2 ÷ 0,4 Là vùng nằm sát ven biển nên chịu ảnh hưởng mạnh lượng mưa bão, có nơi lượng mưa ngày đạt gần 800mm, lượng mưa ngày đạt 1.000mm Mưa bão xảy diện rộng gây tình trạng lũ lụt nghiêm trọng năm 1978, 1988 Về mùa khô lượng mưa nhỏ, lưu lượng dòng chảy thấp Lưu lượng nhỏ dòng sông Cả Yên Thượng đo 61,4 m 3/s ngày 13/VIII/1980 Trên sông nhánh Ngàn Phố Sơn Diệm 6,43 m 3/s ngày 12/VIII/1977 sông Ngàn Sâu Hoà Duyệt 8,82 m 3/s ngày 12/VII/1976 nên gây tình trạng thiếu nước mùa cạn làm trở ngại cho việc cấp nước cho công - nông nghiệp Là vùng nằm sát ven biển nên bị ảnh hưởng thuỷ triều mặn Về mùa lũ thượng nguồn lớn gặp lúc triều cường nên việc tiêu thoát nước chậm gây ngập lụt lớn kéo dài nhiều ngày Về mùa khô nguồn nước nhỏ, thuỷ triều mặn xâm nhập sâu vào nội địa gây trở ngại cho việc lấy nước cống lấy nước Do việc lập quy hoạch thuỷ lợi cần có biện pháp hữu hiệu đề phòng tránh lũ lụt đưa biện pháp nâng cao nguồn nước mùa cạn phục vụ tốt cho việc trình nông nghiệp Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên, em chọn đề tài: “Nghiên cứu tìm hiểu mô hình MODFLOW phục vụ quản lý nguồn nước lưu vực sông Cả” với mục tiêu quản lý nguồn nước cách hợp lý, từ góp phần vào công quản lý sử dụng nguồn tài nguyên nước sông Cả nói riêng Việt Nam nói chung SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy văn Mục tiêu đề tài Nghiên cứu tìm hiểu mô hình MODFLOW nhằm phục vụ quản lý nguồn nước lưu vực sông Cả Nội dung đề tài  Tìm hiểu đặc điểm địa lý tự nhiên kinh tế xã hội lưu vực sông Cả  Tìm hiểu đặc điểm nước ngầm lưu vực sông Cả  Nghiên cứu tìm hiểu mô hình MODFLOW khả ứng dụng mô hình Phương pháp đề tài  Phương pháp thu thập số liệu  Phương pháp tổng hợp phân tích tài liệu  Phương pháp kế thừa nghiên cứu  Phương pháp mô hình toán SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy văn NỘI DUNG CHƯƠNG : KHÁI QUÁT ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ 1.1 Vị trí địa lý Lưu vực sông Cả nằm vị trí từ 18 015'05" đến 20010'30" vĩ độ Bắc 103014'10" đến 105015'20" kinh độ Đông Phía Bắc giáp lưu vực sông Chu, sông Bạng Phía Tây giáp lưu vực sông Mêkông Phía Tây Nam giáp lưu vực sông Gianh Phía Đông giáp lưu vực sông Cảm, biển Đông Diện tích toàn lưu vực 27.200km chiếm 65,2% diện tích toàn lưu vực, phần diện tích lại 9.470 km thuộc đất Xiêm Khoảng Lào chiếm 34,8% diện tích toàn lưu vực Diện tích phần đá vôi 273km chiếm 1% diện tích toàn lưu vực Vùng núi cao chiếm 19.486km2 chiếm 71,6% diện tích toàn lưu vực Vùng bán sơn địa đồi núi thấp trung du chiếm 5.604km2, vùng đồng 2.110km2 Dòng sông Cả có chiều dài 531km; đoạn sông chảy qua lãnh thổ Lào 170km, lại 361km sông chảy qua hai tỉnh Nghệ An Hà Tĩnh đổ biển Đông Cửa Hội Hình 1.1 Bản đồ lưu vực sông Cả SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy văn 1.2 Đặc điểm địa hình Lưu vực sông phát triển theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, nghiêng dần biển Đông Phía Bắc Tây Bắc lưu vực có đường phân thủy chảy qua vùng đồi núi thấp tỉnh Nghệ An với độ cao trung bình từ 400 đến 600m vùng núi cao huyện Quế Phong với độ cao 1000m vùng núi cao tỉnh Xiêm Khoảng (Lào) với đỉnh núi cao Phu Hoạt với độ cao 2000m Phía Tây án ngữ dãy Trường Sơn với độ cao đỉnh núi 2000m đỉnh Phi Xai Leng có độ cao 2711m Càng dần phía Nam, Tây Nam đường phân thủy lưu vực đồi núi thấp có độ cao đỉnh núi từ 1300 đến 1800m chạy dọc theo dãy Trường Sơn Bắc, vào địa phận tỉnh Hà Tĩnh Phần thượng nguồn thuộc lãnh thổ Lào độ dốc lòng sông lớn, tới Việt Nam độ dốc giảm nhiều Độ dốc bình quân lưu vực 1,8‰, hệ số hình dạng lưu vực 0,29, mật độ lưới sông 0,6km/km2 Độ dốc trung bình đoạn sông từ Cửa Rào 1,26‰, từ Cửa Rào tới Dừa 0,76‰, từ Dừa tới Đô Lương 0,20‰, từ Đô Lương tới Nam Đàn 0,10‰, từ Nam Đàn biển 0,09‰ Phần lớn đất đai vùng thuộc dạng đồi núi bị chia cắt mạnh Sông suối có độ dốc lớn, vùng trung du nối chuyển tiếp miền núi đồng ngắn có mưa lớn, lũ tập trung nhanh, bị điều tiết dẫn tới nước lũ tập trung đồng nhanh gặp mưa lớn hạ du triều cường thường gây lũ lụt diện rộng SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 10 Ngành : Thủy văn Bảng 1.1 Đặc trưng hình thái số lưu vực sông T T Luu vực Độ Độ Mật số Hệ số F Lsông cao dốc Bbq lưới không (km2) (km) bq bqlv km/km2 sông đối (m) (‰) km/km2 xứng Sông Cả S.Nậm 27.200 3.970 531 173 294 960 1,83 2,57 89 38,2 Mô S Giăng Sông 1.050 5.340 77 228 492 303 1,72 1,30 15,8 32,5 Hiếu Sông La 3.210 135 362 2,82 46,6 Hệ số hình dạng lưu -0,14 0,22 vực 0,29 0,27 0,71 -0,09 0,02 0,24 0,20 0,87 0,53 0,68 0,60 Có thể phân chia địa hình lưu vực sông dạng: - Vùng đồi núi cao: Vùng thuộc huyện miền núi Nghệ An Hà Tĩnh bao gồm: Kỳ Sơn, Con Cuông, Thanh Chương, Quế Phong, Quỳ Châu, Quỳ Hợp, Nghĩa Đàn, Hương Sơn, Hương Khê Đây vùng đồi núi cao gồm dãy núi chạy dài theo hướng từ Đông Bắc xuống Tây Nam, tạo nên thung lũng sông hẹp dốc nối hình thành sông nhánh lớn Nậm Mô, Huổi Nguyên, sông Hiếu, sông Giăng, sông La Xen kẽ với dãy núi lớn thường có dãy núi đá vôi thượng nguồn sông Hiếu - Vùng trung du: Bao gồm huyện Anh Sơn, Tân Kỳ, phần đất đai Hương Sơn, Hương Khê, Thanh Chương Diện tích đất đai vùng trung du thường hẹp nằm hạ lưu sông nhánh lớn cấp I sông Cả Đây vùng đồi trọc với độ cao từ 300 ÷ 400m xen kẽ đồng ven sông thung lũng hẹp có độ cao từ 15 ÷ 25m Diện tích canh tác chủ yếu tập trung thung lũng hẹp hạ du sông suối Vùng chịu ảnh hưởng lũ mạnh trận lũ lớn, đất thường bị xói mòn, rửa trôi mạnh, lớp đất sỏi cát thường bị nước lũ mang về, bồi lấp diện tích canh tác vùng ven bãi sông gây trở ngại cho sản xuất SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 42 Ngành : Thủy văn Các điểm khởi nguồn ban đầu cần có để tính toán điểm bắt đầu xuất phát điểm mô để kiểm tra ô đầu nơi mà điểm khởi nguồn ban đầu nằm ô Các điểm khởi nguồn ban đầu không ảnh hưởng đến giải pháp cố định việc xác định xem ô có phải ô đầu hay ô đa nguồn hay không Dù vậy, điểm khởi nguồn ban đầu lại quan trọng với giải pháp tạm thời, chúng thiết lập điều kiện lưu trữ ban đầu sẵn có cho khởi chạy tạm thời sau Một điểm trọng tâm cố định dùng để xác định phân bố điểm khởi nguồn ban đầu cho điểm trọng tâm tạm thời sau Các điểm khởi nguồn ban đầu tạo từ điểm trọng tâm cố định giúp giảm thiểu biến động ảo điểm bắt đầu xuất phát điểm trọng tâm tạm thời cung cấp tảng mang tính đại diện chống giữ cho định cỡ mẫu 3.4 Một số ứng dụng mô hình MODFLOW 3.4.1 Ứng dụng giới Ứng dụng MODFLOW hệ thống thông tin địa lý để mô dòng chảy ngầm đồng Bắc Trung Quốc, Trung Quốc tác giả Shiqin Wang, Jingli Shao, Xianfang Song, Yongbo Zhang, Zhibin Huo, Xiaoyuan Zhou: Đồng Bắc Trung Quốc (NCP), trung tâm trị, kinh tế văn hóa Trung Quốc, đối mặt với tình trạng thiếu nguồn nước ô nhiễm nguồn nước Nước ngầm nguồn nước cho sử dụng công nghiệp, nông nghiệp nước Sau phân tích điều kiện địa chất, địa chất thủy văn NCP, mô hình mô dòng chảy nước ngầm xây dựng với MODFLOW Trên sở GIS, hệ thống đánh giá cho nguồn nước ngầm hoàn thành Thời gian mô từ ngày /1/ 2002 đến ngày 31 /5/ 2003 Trong thời gian này, tổng số tích trữ hệ thống ngầm 49.374 × 106 m3 nước, tổng lưu lượng 56.530 × 106 m 3, tổn thất 7156 × 106 m3 Trong hệ thống tích hợp này, liệu gốc, bao gồm biểu SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 43 Ngành : Thủy văn đồ liệu thuộc tính lưu trữ sở liệu Khi trình đánh giá dự đoán lưu lượng nước ngầm bắt đầu, liệu chuyển đổi thành tập tin mà chương trình cốt lõi MODFLOW đọc Và kết mực nước tính toán hạ thấp mực nước ngầm hiển thị xem xét trực tuyến Ứng dụng MODFLOW cho mô dòng chảy ngầm tầng nước ngầm Trifilia núi đá vôi, Hy Lạp tác giả Georgios Panagopoulos: Karst tầng chứa nước có dòng chảy phức tạp Một mô hình môi trường xốp tương đương phát triển để mô tầng nước ngầm Trifilia đá vôi sử dụng MODFLOW Trạng thái ổn định hiệu chỉnh trạng thái chuyển cho kết đáng khích lệ tiếp cận môi trường xốp tương đương, mà không xem xét lưu lượng đường ống nhiễu loạn Nghiên cứu địa chất thủy văn chi tiết tiến hành khu vực giúp xác định khu vực thấm tầng ngậm nước mức độ; thông lượng đến / từ tầng nước ngầm Ứng dụng mô hình MODFLOW nghiên cứu phát triển xâm nhập mặn biện pháp kiểm soát tác giả Wang Shao, GAO Zhan-yi (Trung tâm Quốc gia hiệu kỹ thuật thủy lợi Nghiên cứu công nghệ Bắc Kinh, Trung Quốc) GUO Ting-tian (Cục Quản lý thủy lợi tỉnh Cam Túc, Lan Châu, Trung Quốc): Dựa quan sát điều tra liệu huyện tưới Qinwangchuan, mô hình nước ngầm MODFLOW sử dụng để dự đoán chế độ nước ngầm, ước tính xu hướng chất lượng nước ngầm Các mực nước ngầm tăng qua năm kể từ tưới tiêu thể Các vùng đầm lầy muối mở rộng khoảng 28 km mười năm tới tiếp tục mở rộng Khu vực có độ sâu nước ngầm từ - m đến 31,4 km - 47 km2 tương ứng vòng mười năm tới hai mươi năm, chiếm 6% - 10% tổng diện tích huyện thủy lợi tương ứng Các yếu tố biện pháp đối phó việc kiểm soát phát triển nhiễm mặn đất phân tích Biện pháp đối phó đề xuất, bao gồm việc tăng khả thoát nước hạ lưu huyện thuỷ lợi liên quan đến thoát nước mương mở, phát triển thích hợp thủy lợi liên quan đến thủy lợi kênh SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 44 Ngành : Thủy văn mương, làm nòng cốt, thúc đẩy công nghệ tiết kiệm nước cho đất nông nghiệp Ứng dụng Visual MODFLOW để đánh giá tài nguyên nước ngầm tác giả Li Hongqing: Việc đánh giá nguồn nước ngầm khu vực đô thị Trường Xuân dựa hệ thống quản lý mô số ba chiều, phần mềm Visual MODFLOW sử dụng.Công đánh giá chia cho toàn hệ thống, lớp vùng huyện Nghiên cứu cho thấy việc khai thác nước ngầm mức độ cao, thấy việc khai thác liên tục bố trí khai thác điều chỉnh để nhận phát triển bền vững nước ngầm Việc thực hành hệ thống đánh giá phát triển cho nguồn tài nguyên nước ngầm dựa Visual MODFLOW hữu ích cho việc định việc sử dụng, khai thác bảo vệ nguồn nước ngầm 3.4.2 Ứng dụng Việt Nam Áp dụng mô hình MODFLOW tính toán dự báo biến động trữ lượng nước đất miền đồng tỉnh Quảng Trị Trần Ngọc Anh, Nguyễn Trần Hoàng, Nguyễn Thanh Sơn, Nguyễn Tiền Giang Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN Lưới sai phân Từ tài liệu điều tra thăm dò địa chất, địa chất thủy văn tỉnh Quảng Trị từ trước đến nghiên cứu tiến hành phân tích mô hình hóa điều kiện địa chất thủy văn cho vùng nghiên cứu, bao gồm: Khu vực miền đồng tỉnh Quảng Trị với giới hạn rời rạc hóa thành ô lưới tính toán để tích phân hệ phương trình áp dụ ng mô hình MODFLOW nhằm mô tả trình động thái nước đất Từ điều kiện số liệu địa hình tầng chứa nước, khu vực nghiên cứu chia thành mạng lưới ô (cell) với kích thước ô 1km x 1km, cụ thể gồm 56 cột 68 hàng với 3808 ô hình (với ô không hoạt động phía Tây ứng với khu SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 45 Ngành : Thủy văn vực miền núi gò đồi, ô mực nước không thay đổi phía Đông ứng với Biển Đông) Theo mặt cắt thẳng đứng, mô hình mô tả tầng chứa cách nước Lớp tầng chứa nước Holocen bao gồm toàn trầm tích phân bố không liên tục Lớp lớp cách nước trầm tích Holocen phân bố không liên tục Lớp tầng chứa nước trầm tích Pleistocen phân bố liên tục toàn vùng nghiên cứu Lớp tầng chứa nước trầm tích Neogen phân bố không liên tục Lớp lót tầng chứa nước Neogen trầm tích O3 – S1 hệ tầng Long Đại Hình mô tả mặt cắt điển hình hệ thống gồm lớp trên, có độ sâu cực đại 200m đến tầng đá gốc Hình 3.2: Sơ đồ ranh giới vùng nghiên cứu SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 46 Ngành : Thủy văn Hình 3.3 Lưới sai phân khu vực nghiên cứu Hình 3.4 Mô tả lát cắt thẳng đứng Tây - Đông điển hình khu vực nghiên cứu Hệ số thấm hệ số nhả nước Hệ số thấm hệ số nhả nước lấy từ số liệu Báo cáo tìm kiếm nước đất vùng Hồ Xá, Đông Hà, Tây Đông Hà, Gio Linh (Liên đoàn địa chất thủy văn địa chất công trình Bắc Trung Bộ ) Lớp có chiều dày từ 2,5 đến 20m, trung bình 12 m Hệ số thấm biến đổi từ 0,47 đến 16,31 m/ng Chiều dày lớp thay đổi từ 10 – 20 m, trung bình 15 m, hệ số thấm nhỏ từ 0,0001 – 0,001 m/ng Lớp tầng chứa nước Pleistocen chiều dày từ 10 – 25 m, hệ số thấm thay đổi từ 2,04 – 30,95 m/ng, trung bình 9,2 m/ng Chiều dày lớp biến đổi từ 10 đến 60m, hệ số thấm từ 8,06 – 37,69 m/ng, trung bình 15,53 m/ng Lớp có hệ số thấm nên mô hình xem lớp cách nước 3.Điều kiện biên liệu khí tượng thủy văn Các điều kiện biên địa hình bề mặt lấy sở đồ số hóa độ cao (DEM) theo cao độ quốc gia Các điều kiện biên địa hình đáy sông lấy theo tài liệu đo đạc mặt cắt ngang kế thừa từ nghiên cứu Nguyễn Tiền Giang nnk (2006) Điều kiện biên phía Bắc, phía Nam phía Tây khu vực nghiên cứu giả SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 47 Ngành : Thủy văn thiết trao đổi dòng ngầm Biên phía Đông mô hình hóa biên H = const, lấy theo mực nước biển trung bình nhiều năm Giá trị mưa bốc bề mặt lấy theo số liệu trạm Đông Hà Mực nước sông lấy theo số liệu quan trắc trạm thủy văn Gia Vòng, Đông Hà, Thạch Hãn, Cửa Việt Hiệu chỉnh thông số mô hình Trước tính toán trữ lượng khai thác nước đất, tiến hành hiệu chỉnh mô hình cách giải toán ngược ổn định để sơ xác hóa thông số địa chất thủy văn thí nghiệm thực địa kiểm tra điều kiện biên mô hình Bài toán kết thúc sai số mực nước tính toán với mực nước thực đo đạt yêu cầu Trong khuôn khổ nghiên cứu này, số liệu thực đo 20 lỗ khoan sử dụng để làm tài liệu hiệu chỉnh Hình biểu diễn quan hệ mực nước thực đo tính toán, với sai số RMS 2.57%, đạt loại tốt Hình 3.5 So sánh cốt cao mực nước thực đo tính toán giếng Nhằm mục đích tính toán mô đun dòng ngầm trung bình năm, trung bình mùa kiệt trung bình tháng kiệt làm sở cho việc dự báo biến động SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 48 Ngành : Thủy văn trữ lượng nước đất thông số nêu trên, nghiên cứu tiến hành giải toán ngược không ổn định với chuỗi số liệu 24 năm từ tháng 1/1977 đến tháng 12/2000 Số liệu quan trắc động thái nước đất có lỗ khoan G307 vùng Hồ Xá từ ngày 1/9/1983 tới ngày 31/8/1984 sử dụng cho thấy phù hợp thực đo tính toán Điều khẳng định thêm hợp lý thông số mô hình hiệu chỉnh Qua việc hiệu chỉnh thông số mô hình kết hợp với việc giải toán ngược không ổn định có so sánh với số liệu quan trắc cho thấy, số liệu tính toán từ mô hình trường hợp chạy ổn định không ổn định phù hợp với số liệu thực đo, cho phép áp dụng mô hình vào tính toán dự báo biến động trữ lượng nước đất cho vùng nghiên cứu Nhằm minh họa cho khả áp dụng mô hình MODFLOW miền đồng tỉnh Quảng Trị, nghiên cứu sơ tính toán số thông số nước đất thường sử dụng công tác quy hoạch quản lý khai thác nước đất trữ lượng tĩnh trữ lượng động thiên nhiên Hình 3.6 So sánh chuỗi thời gian cốt cao mực nước thực đo tính toán SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 49 Ngành : Thủy văn Tính toán trữ lượng tĩnh Trữ lượng tĩnh nước đất miền đồng tỉnh Quảng Trị tính toán từ kết tính toán cốt cao mực nước theo mô hình kết hợp với cao độ đáy tầng chứa nước - Trữ lượng tĩnh trọng lực: Vtl = μ.m.F ( tầng chứa nước áp lực) Vtl = μ.h’.F ( tầng chứa nước không áp) đó: m - chiều dày tầng chứa nước áp lực; h’ - chiều dày tầng chứa nước không áp ; F - diện tích phân bố tầng chứa nước ; μ - Hệ số nhả nước trọng lực - Trữ lượng tĩnh đàn hồi: Vđh = μ*.H.F đó: H - áp lực nén, cột nước mái tầng chứa nước; μ* - hệ số nhả nước đàn hồi Nghiên cứu tính toán trữ lượng tĩnh tổng ba tầng chứa nước trầm tích lỗ hổng Holocen, Pleistocen Neogen Nhằm tạo thuận lợi cho trình quy hoạch, trữ lượng tĩnh tính toán cho phân vùng lấy từ nghiên cứu Nguyễn Thanh Sơn nkk (2008) theo tầng chứa nước trình bày bảng So với tính toán trước đây, vốn ước tính trữ lượng tĩnh tầng chứa nước Holocen, tính toán cho kết cao hơn, thể tốt tiềm nước đất vùng nghiên cứu SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 50 Ngành : Thủy văn Hình 3.7 Cốt cao mực nước tính toán Hình 3.8 Phân vùng tính toán Tính toán trữ lượng động thiên nhiên Trữ lượng động tự nhiên tính cho phân vùng nêu từ mô hình theo phương pháp cân nước cách sử dụng mô - đun Zone Budget Trữ lượng động tự nhiên hiệu số dòng dòng vào theo phương ngang theo thời đoạn tính toán: SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 51 Ngành : Thủy văn Qdtn = Qra – Qvào Và giá trị trữ lượng động tự nhiên đặc trưng cho vùng nghiên cứu lấy trung bình theo chuỗi số liệu nhiều năm tính toán Kết trình bày bảng cho thấy tương quan với số nghiên cứu trước Nguyễn Văn Lâm (2000), Đặng Đình Phúc (2008) Bảng 3.1 Kết tính trữ lượng tĩnh nước đất miền đồng tỉnh Quảng trị theo phân vùng Cốt cao mực nước (m) Cao độ đáy (m) Tên phân vùng Holoce Holoce Pleistocen Neogen Pleistocen Neogen n n I.2 12.4 15.0 17.9 0.0 -40.0 -50.0 I.3 40.0 36.5 20.0 0.0 -110.0 I.4 4.5 8.5 6.8 -20.0 -20.0 -50.0 II.1 60.0 18.2 30.0 0.0 0.0 II.2 6.8 11.8 12.7 0.0 -10.0 -50.0 II.3 6.7 9.0 7.4 -10.0 -26.6 -100.0 II.4 7.5 7.5 7.0 -20.5 -64.5 -150.0 III.1 7.6 6.9 7.4 0.0 -10.0 -15.0 III.2 8.7 13.0 7.8 0.0 -10.0 -25.0 IV.2 9.0 14.8 9.0 0.0 -10.0 -75.0 IV.3 4.6 2.5 5.0 -18.3 -60.0 -100 IV.4 5.5 3.0 3.2 -36.4 -90.4 -150 V.2 4.3 7.4 6.7 0.0 -35.2 -45.0 V.3 4.1 5.0 4.9 -11.0 -60.2 -100 V.4 6.8 6.3 5.0 -28.7 -80.3 -120 SV: Nguyễn Hải Hà Trữ lượng tĩnh tầng (m3) Holocen Pleistocen Neogen 120900000 273000000 275625000 535500000 38760000 162825000 205529936 45600000 87435000 63450000 364274079 452211842 53535000 183562443 287948536 419250000 154125000 70452000 199198868 328465680 68280000 126630000 91368000 665150000 594000000 350290411 476280000 401436000 210405000 1601145000 397800000 64974000 253878000 781710905 733397456 50880000 186528000 485040000 842700000 845856000 226592838 641763000 459756000 Trữ lượng tĩnh tự nhiên (m3) 750555000 1874145000 827550000 600474000 363090000 1143734774 1267393072 164760000 400593000 639858000 1872124079 1892067842 630418249 1301605443 1149140536 Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 52 Ngành : Thủy văn Bảng 3.2 Kết tính trữ lượng động nước đất miền đồng tỉnh Quảng Trị theo phân vùng Thứ tự 10 11 12 13 14 15 Tên phân vùng I.2 I.3 I.4 II.1 II.2 II.3 II.4 III.1 III.2 IV.2 IV.3 IV.4 V.2 V.3 V.4 Trữ lượng động (m3/ngày) 10170,80 16947,16 15301,76 13174,75 5648,79 15708,97 7506,30 4408,32 7601,31 7974,13 24364,82 15312,13 9565,23 11519,06 13005,36 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Việc áp dụng hiệu chỉnh mô hình MODFLOW cho miền đồng tỉnh Quảng Trị cho thấy phù hợp tốt kết tính toán thực đo hai trường hợp chạy ổn định không ổn định Kết tính toán sơ trữ lượng tĩnh trữ lượng động thiên nhiên cho vùng nghiên cứu phù hợp với nghiên SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 53 Ngành : Thủy văn cứu trước Mô hình MODFLOW với số liệu có địa chất thủy văn số liệu hiệu chỉnh cho phép tính toán cho không tầng chứa nước Holocen mà tầng Pleistocen Neogen vốn đóng vai trò quan trọng việc khai thác sử dụng nước đất đồng thời đối tượng ưu tiên cần bảo vệ tính khó phục hồi chúng Việc nghiên cứu ứng dụng thành công mô hình MODFLOW cho miền đồng tỉnh Quảng Trị cho thấy rằng, với số liệu hạn chế, đặc biệt tài liệu lỗ khoan thăm dò nước đất, kết tính toán mô hình thể độ tin cậy, khẳng định tính ứng dụng cao mô hình khu vực nghiên cứu khu vực tương tự Việc ứng dụng mô hình với nhiều mô đun trích xuất số liệu khác điều kiện thuận lợi để xây dựng đồ mô đun dòng ngầm ứng với thời kỳ khác Từ đó, kết mở triển vọng dự báo biến động trữ lượng nước đất thay đổi điều kiện mưa, thấm, bốc tác độ ng biến đổi khí hậu phương án khai thác sử dụng nước đất khu vực nghiên cứu khu vực tương tự Cụ thể thành công việc mô cốt cao mực nước động thái nước đất tiền đề tốt cho việc ứng dụng mô đun lại MODFLOW để tính toán dự báo nhiễm mặn, nhiễm bẩn tầng nước đất theo kịch sử dụng nước phục vụ công tác lập quy hoạch, quản lý khai thác nước đất đáp ứng mục tiêu bảo vệ tài nguyên phát triển bền vững KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau nhiều tuần làm niên luận với hướng dẫn giảng viên Th.S Phạm Văn Tuấn, đề tài “Nghiên cứu tìm hiểu mô hình MODFLOW phục vụ quản lý nguồn nước lưu vực sông Cả” hoàn thành thu kết sau: SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 54 Ngành : Thủy văn - Tìm hiểu điều kiện địa lý tự nhiên đặc điểm khí trượng thủy văn lưu vực sông Cả - Tìm hiểu đặc điểm nước ngầm lưu vực sông Cả - Nghiên cứu tìm hiểu mô hình MODFLOW khả ứng dụng mô hình nước - Đã tham khảo nhiều tài liệu, báo chuyên ngành, từ tiến hành nghiên cứu tổng quan nước ngầm phương pháp mô hình toán để mô tính toán trữ lượng, chất lượng dòng chảy ngầm giới Việt Nam Tuy nhiên thời gian làm niên luận ngắn nên kết đạt không mong muốn không tránh khỏi sai sót Em mong nhận góp ý, bảo thầy cô bạn để kết nghiên cứu tốt Niên luận vào tìm hiểu sơ lược nên thời gian tới em tiếp tục tìm hiểu nghiên cứu phát triển thành Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO - User Manual Visual Modflow V.4.2.0.125, Waterloo Hydrogeologic, 2005 - http://water.usgs.gov - McDonald M.G & Harbaugh, A.W (2003) "The History of MODFLOW" SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN - 55 Ngành : Thủy văn Nguyễn Thanh Sơn nnk, Quy hoạch tổng thể tài nguyên nước tỉnh Quảng Trị đến năm 2010, có định hướng 2020, Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Quảng Trị, 2006 - Đoàn Văn Cánh, Lê Tiến Dũng, Tài nguyên nước đất tỉnh Quảng Trị, Sở Khoa học Công nghệ tỉnh Quảng Trị, 2002 - Nguyễn Văn Lâm, Báo cáo quy hoạch tổng thể cấp nước vệ sinh môi trường nông thôn tỉnh Quảng Trị giai đoạn đến năm 2010, Trung tâm Nước sinh hoạt VSMTNT tỉnh Quảng Trị, 2000 - Nguyễn Tiền Giang nnk, Đánh giá trạng ô nhiễm nguồn nước nuôi trồng thuỷ sản, vấn đề xâm nhập mặn tỉnh Quảng Trị đề xuất giải pháp góp phần phát triển kinh tế xã hội bảo vệ môi trường, Sở TN&MT tỉnh Quảng Trị, 2007 - Nguyễn Thanh Sơn nnk, Quy hoạch quản lý, khai thác sử dụng bảo vệ tài nguyên nước đất miền đồng tỉnh Quảng Trị, Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Quảng Trị, 2008 - Đặng Đình Phúc, Tổng quan nước đất, Cục Quản lý Tài nguyên nước, Dự án tổng quan ngành nước, ADB -TA-4903-VIE, Hà Nội, 2008 - Các báo cáo tìm kiến nước đất Hồ Xá, Đông Hà, Tây Đông Hà, Gio Linh, Liên đoàn địa chất thủy văn địa chất công trình Bắc Trung Bộ - American National Standards Institute, 1992, American national standard for programming language—Fortran— Extended: X3.198-1992, 369 p Anderman, E.R., and Hill, M.C., 2000, MODFLOW-2000, the U.S Geological Survey modular ground-water model—Documentation of the Hydrogeologic-Unit Flow (HUF) Package: U.S Geological Survey Open-File Report 2000-342, 89 p - Anderman, E.R., and Hill, M.C., 2003, MODFLOW-2000, the U.S Geological Survey modular ground-water model— Three additions to the Hydrogeologic-Unit Flow (HUF) Package: Alternative storage for the uppermost active cells, flows in hydrogeologic units, and the hydraulic-conductivity depth-dependence (KDEP) capability: U.S Geological Survey Open-File Report 2003-347, 36 p - Anderman, E.R., Kipp, K.L., Hill, M.C., Valstar, J., and Neupauer, R.M., 2002, MODFLOW-2000, the U.S Geological Survey modular ground-water model— SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 56 Ngành : Thủy văn Documentation of the model-layer variable-direction horizontal anisotropy (LVDA) capability of the Hydrogeologic-Unit Flow (HUF) Package: U.S Geological Survey Open-File Report 2002-409, 61 p SV: Nguyễn Hải Hà Lớp: ĐH3T ... tài Nghiên cứu tìm hiểu mô hình MODFLOW nhằm phục vụ quản lý nguồn nước lưu vực sông Cả Nội dung đề tài  Tìm hiểu đặc điểm địa lý tự nhiên kinh tế xã hội lưu vực sông Cả  Tìm hiểu đặc điểm nước. .. cao nguồn nước mùa cạn phục vụ tốt cho việc trình nông nghiệp Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên, em chọn đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu mô hình MODFLOW phục vụ quản lý nguồn nước lưu vực sông Cả ... ngầm lưu vực sông Cả  Nghiên cứu tìm hiểu mô hình MODFLOW khả ứng dụng mô hình Phương pháp đề tài  Phương pháp thu thập số liệu  Phương pháp tổng hợp phân tích tài liệu  Phương pháp kế thừa nghiên