Nghiên cứu xác định độ lỗ rỗng hữu hiệu và độ phân tán tầng chứa nước Pleistocen khu vực Mộ Lao, Quận Hà Đông, Thành phố Hà Nội

Header Page of 116 Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 Nghiên cứu xác định độ lỗ rỗng hữu hiệu độ phân tán tầng chứa nước Pleistocen khu vực Mộ Lao, Quận Hà Đông, Thành phố Hà Nội Nguyễn Thế Chuyên1, Vũ Ngọc Đức1, Đào Trọng Tú1, Nguyễn Văn Hoàng2,* Trung tâm Dữ liệu Quy hoạch Điều tra Tài nguyên nước-Trung tâm QH&ĐTTNN Quốc gia, 93/95 Vũ Xuân Thiều, Sài Đồng, Long Biên, Hà Nội, Việt Nam Viện Địa chất-Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, 84 phố Chùa Láng, Láng Thượng, Đống Đa, Hà Nội Nhận ngày 16 tháng 11 năm 2016 Chỉnh sửa ngày 12 tháng 02 năm 2017; Chấp nhận đăng ngày 15 tháng 03 năm 2017 Tóm tắt: Thí nghiệm trường hút nước ép dung dịch muối tiến hành nhằm xác định thông số lan truyền chất ô nhiễm nước đất khu vực Mộ Lao, quận Hà Đông, TP Hà Nội nơi tầng chứa nước Holocen Pleistocen tồn cửa sổ địa chất thuỷ văn Thí nghiệm tiến hành với lưu lượng hút nước 5l/s lưu lượng ép dung dịch muối 0,5l/s với nồng độ muối 5g/l Thời gian hút nước thí nghiệm 170h, dung dịch muối bắt đầu ép sau tiến hành hút nước 8h thời gian ép dung dịch muối 12h Phân tích xác định thông số lan truyền chất ô nhiễm số liệu thí nghiệm trường toán khó khăn phức tạp điều kiện thí nghiệm không cho lời giải giải tích Kết thí nghiệm cho thấy thời gian ép dung dịch muối kéo dài tới 12h, đường nồng độ muối lỗ khoan hút nước có dạng hình chuông đặc trưng cho ép dung dịch muối thời gian ngắn Kết xác định thông số dựa nguyên tắc tổng hiệu bình phương bé nồng độ muối quan trắc nồng độ muối tính theo mô hình cho giá trị độ lỗ rỗng hữu hiệu 0,280 độ phân tán dọc 0,64m (cho hệ số phân tán thuỷ động lực từ D22m2/ngày sát mép lỗ khoan hút nước tới D3m2/ngày sát mép lỗ khoan ép dung dịch chất thị), ứng với tổng hiệu bình phương trung bình bé 0,0047, tức sai số trung bình nồng độ muối quan trắc mô hình 0,068g/l với nồng độ tương đối lớn 1g/l Kết cho thấy theo mô hình chiều nồng độ muối mép lỗ khoan hút nước lớn gấp khoảng lần nồng độ muối lỗ khoan Từ khoá: Hút nước thí nghiệm, ép dung dịch, lan truyền chất ô nhiễm, độ lỗ rỗng hữu hiệu, độ phân tán, tổng hiệu bình phương nhỏ Mở đầu trước trở thành nguồn nước thải sinh hoạt thành phố, mà sông Nhuệ điển hình, sau sông Đáy: đoạn sông Nhuệ chảy qua Phúc La, quận Hà Đông trước tiếp nhận nước từ sông Tô Lịch bị ô nhiễm nặng theo tiêu COD BOD5 (lớn từ đến lần quy chuẩn quốc gia), sau nơi sông Nhuệ nhận nước từ sông Tô Lịch nước có hàm lượng Amoni không đạt tiêu chuẩn quốc Với phát triển kinh tế xã hội mạnh mẽ thủ đô Hà Nội gia tăng dân số học đây, nguồn nước mặt bị ô nhiễm cách đáng kể, nguồn nước thuỷ lợi _  Tác giả liên hệ ĐT: 84-912150785 Email: N_V_Hoang_VDC@yahoo.com Footer Page of 116 Header Page of 116 N.T Chuyên nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 gia loại B theo QCVN 08 [1] Trong tầng chứa nước khu vực Hà Nội khai thác phục vụ nhu cầu kinh tế xã hội tồn cửa sổ địa chất thuỷ văn (ĐCTV) [2] tạo nên mối quan hệ thuỷ lực nước mặt nước đất (NDĐ), khu vực lòng Hồ Tây, lòng sông Hồng, sông Đuống, sông Nhuệ nên NDĐ có nguy bị nhiễm bẩn nguồn nước mặt ô nhiễm Để tiến hành đánh giá dự báo trình ô nhiễm NDĐ xâm nhập chất ô nhiễm từ nguồn nước mặt bị ô nhiễm, lan truyền chất ô nhiễm tầng chứa nước, thông số lan truyền chất hoà tan NDĐ tầng chứa nước độ lỗ rỗng hữu hiệu độ phân tán cần phải xác định Hai thông số xác định thí nghiệm phòng thí nghiệm thực địa Thí nghiệm phòng tiến hành tương đối thuận lợi phân tính tính toán thông số lan truyền không phức tạp điều kiện thuỷ lực dòng chảy hoàn toàn ổn định theo không gian thời gian điều kiện biên nồng độ chất hoà tan không thay đổi xác lập xác Tuy nhiên, đất đá thí nghiệm bị phá huỷ hoàn toàn so với thực tế đất đá tầng chứa nước loại trầm tích bở rời nên giá trị thông số không giá trị thực chúng Thí nghiệm thực địa tiến hành công phu tốn kém, điều kiện động lực dòng chảy (vận tốc dòng chảy) thay đổi theo không gian, điều kiện biên chất hoà tan xác định khó khăn khó xác lập không thay đổi theo thời gian nên việc phân tính số liệu thí nghiệm xác định thông số lan truyền phức tạp Một đặc tính ưu việt trội thí nghiệm trường giá trị thông số phản ánh điều kiện thực tế tầng chứa nước Vì vậy, khuôn khổ Dự án "Bảo vệ nước đất đô thị lớn (Phạm vi: Đô thị Hà Nội)" [3] tiến hành thí nghiệm xác định thông số lan truyền chất hoà tan NDĐ trường Bài viết trình bày phương pháp xác định thông số lan truyền chất ô nhiễm phù hợp với điều kiện số liệu thí nghiệm trường Khu vực nghiên cứu sơ đồ thí nghiệm Tại quận Hà Đông, khu vực phía bờ phải sông Nhuệ, nhiều nơi tầng chứa nước Holocen tầng chứa nước qp có quan hệ thuỷ lực chặt chẽ mặt lớp thấm nước yếu cách nước chúng (hình 2) Nhiều nơi đáy sông Nhuệ nằm trực tiếp tầng chứa nước Holocen Vì nguy ô nhiễm NDĐ tầng Holocen tầng qp từ nước sông Nhuệ loại trừ Hình Bản đồ tuyến mặt cắt ĐCTV vị trí thí nghiệm Footer Page of 116 Header Page of 116 N.T Chuyên nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 Hình Các mặt cắt ĐCTV Nhằm xác định thông số lan truyền chất ô nhiễm tầng chứa nước qp, thiết kế lựa chọn khu vực thí nghiệm hút nước ép dung dịch muối trường tiến hành Khoảng cách lỗ khoan (LK) thí nghiệm, nồng độ chất thị (trong trường hợp muối ăn), lưu lượng hút nước từ LK trung tâm lưu lượng ép dung dịch muối xác định sở thời gian thí nghiệm phê duyệt nồng độ muối nước LK hút Footer Page of 116 nước đạt giá trị lớn nồng độ muối nước tự nhiên khoảng 15% nhằm có độ xác tính toán Do điều kiện hạ tầng sở có khu vực không cho phép lấy vị trí để thí nghiệm nên vị trí thí nghiệm lựa chọn nằm cuối đường Thanh Bình, bên bờ trái sông Nhuệ sát cầu Mỗ Lao, quận Hà Đông, TP Hà Nội (hình 3a) Mặt cắt ĐCTV qua LK theo tuyến vuông góc với sông Nhuệ thể hình 3b Header Page of 116 N.T Chuyên nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 (a) Sơ đồ phân bố LK chùm thí nghiệm (b) mặt cắt qua cụm lỗ khoan thí nghiệm Hình Sơ đồ bố trí LK mặt cắt qua cụm lỗ khoan thí nghiệm LK trung tâm TT1qp LK hút nước có đường kính 127mm LK QSqp1 LK ép dung dịch chất thị có đường kính 90mm Thời gian hút nước thí nghiệm 170h thời gian ép dung dịch muối 12h Lưu lượng hút nước 527m3/ngày (6,1l/s) lưu lượng ép dung dịch chất thị 43m3/ngày (0,5l/s) Dung dịch muối bắt đầu ép sau tiến hành hút nước 8h, Footer Page of 116 thời gian mà chế độ dòng chảy đạt ổn định lâu theo điều kiện (Fetter, 2001) [4]: u S *r S *r  0,05  t  4Tt 0,05  4T (1) Trong đó: S* hệ số nhả nước đàn hồi tầng; T hệ số dẫn nước (m2/ngày) r khoảng cách từ LK hút nước tới điểm xem xét (m) Header Page of 116 N.T Chuyên nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 Đối với tầng chứa nước Pleistocen, lấy giá trị S* lớn, 0.01 T nhỏ, 200m2/ngày, thời gian mực nước đạt ổn định vị trí LK QSqp1 0,564 Nồng độ muối xác định qua công thức biểu diễn mối tương quan nồng độ muối ăn độ dẫn điện qui đổi điều kiện nhiệt độ 25 độ C Độ tổng khoáng hoá NDĐ tự nhiên 0,195g/l nồng độ muối ăn hoà vào NDĐ 5g/l Nồng độ tổng cộng tạo nên từ dung dịch muối thí nghiệm chất khoáng hoá NDĐ tự nhiên sử dụng từ sau gọi nồng độ muối Nước LK ép dung dịch muối xáo trộn ống ép dung dịch thường xuyên nâng lên hạ xuống toàn chiều dày cột nước LK Đầu đo độ dẫn điện tự động đặt vị trí tầng chứa nước Độ dẫn điện nước LK hút nước đo quan trắc thông số tầng chứa nước không thay đổi, điều kiện biên chất hoà tan không thay đổi Trong thực tế luôn chí điều kiện không thoả mãn, nên xác định phương pháp mô hình số Trong trường hợp dòng chảy chiều, nồng độ chất hoà tan phía biên thượng lưu giữ không thay đổi nồng độ chất hoà tan điểm phía hạ lưu dòng chảy nằm cách khoảng cách L có giá trị 0,5 giá trị nồng độ biên thượng lưu vào thời điểm (t) tính từ xuất t=L/V (hình 4) Như vậy, số liệu sử dụng để xác định thông số lan truyền chất thị đường phân bố nồng độ chất thị theo không gian vào thời điểm định đường phân bố nồng độ chất theo thời gian vị trí xác định Các đường phân bố nồng độ xác định thí nghiệm Phương pháp xác định độ lỗ rỗng hữu hiệu độ phân tán dọc Đường cong nồng độ muối nước LK ép dung dịch muối thể hình LK hút nước thể hình Độ dẫn điện nước LK ép nước đo quan trắc từ bắt đầu ép dung dịch đến hết thứ 12 tính từ bắt đầu ép dung dịch muối Từ bắt đầu ép dung dịch vào LK, nồng đồ chất thị nước LK tăng dần cách gần tuyến tính (hình 5) tới khoảng 4h (gọi giai đoạn I), sau nồng độ chất thị đạt giá trị ổn định dao động xung quanh giá trị khoảng 1,14g/l tới kết thúc ép dung dịch muối (gọi giai đoạn II) có xáo trộn liên tục lưu lượng nước ép vào LK NDĐ tự nhiên thấm vào LK Từ suy sau dừng ép dung dịch muối, có NDĐ tự nhiên thấm vào LK pha trộn với nước có dung dịch muối LK trình tương tự giai đoạn I, ngược lại pha loãng dung dịch muối (gọi giai đoạn III) Nồng độ dung dịch muối giai đoạn III nội suy theo số liệu giai đoạn I (hình 5) 3.1 Cơ sở phương pháp Vai trò giá trị độ lỗ rỗng hữu hiệu phân tán thuỷ động lực lan truyền chất hoà tan NDĐ minh hoạ hình (4) [5] Vận tốc thực V dòng chảy NDĐ phụ thuộc vào độ lỗ rỗng hữu hiệu Khi chất hoà tan xuất tầng chứa nước khoảng thời gian ngắn nồng độ chất hoà tan điểm phía hạ lưu dòng chảy nằm cách khoảng cách L có giá trị lớn vào thời điểm (t) tính từ xuất t=L/V (hình 4) Do chế phân tán thuỷ động lực nên nồng độ chất hoà tan phân tán theo hướng tạo nên đường đẳng nồng độ có dạng hình elip diện tích (hình 4) Hệ số phân tán thuỷ động lực xác định phương pháp giải tích số trường hợp dòng chảy chiều hai chiều có điều kiện định vận tốc dòng NDĐ không thay đổi, dòng chảy hai chiều, Footer Page of 116 3.2 Đường cong phân bố nồng độ muối thí nghiệm Mộ Lao Header Page of 116 N.T Chuyên nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 Hình Vai trò độ lỗ rỗng hữu hiệu hệ số phân tán thuỷ động lực lan truyền chất hoà tan NDĐ: diện tích [5] Nồng độ dung dịch muối NDĐ LK hút nước xác định qua độ dẫn điện đo tự động thiết bị tự ghi đặt LK hút nước Số liệu cho thấy nồng độ dung dịch muối NDĐ LK hút nước bắt đầu tăng thứ 61,5h có dạng đường parabol đạt cực đại thứ 125h, có xu đạt cực tiểu thứ 185h (hình 6) Như với thực tế ép dung dịch muối thời gian 12h tương đối dài (nhưng suốt thời gian thí nghiệm) nên nồng độ muối NDĐ LK hút nước Footer Page of 116 phải thị tương ứng với điều kiện trung gian trường hợp (a) (b) hình 4, tức đường cong phân bố nồng độ muối NDĐ LK hút nước phải có dạng hai đường cong hình 4(a) 4(b) Tuy nhiên hình thể phân bố nồng độ muối lại có dạng theo đường cong trường hợp (b) hình Đây có lẽ tượng cần phải lưu ý xem xét thí nghiệm ép chất thị LK ảnh hưởng lớn đến phân tích tính toán thông số lan truyền chất hoà tan tầng chứa nước Header Page of 116 N.T Chuyên nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 1,20 Nồng độ muối (g/l) 1,10 1,00 Giai đoạn II 0,90 Q ép>0: Nồng độ đạt giá trị ổn định cân xáo trộn dung dịch ép NDĐ tự nhiên thấm vào LK 0,80 0,70 0,60 0,50 Giai đoạn I 0,40 Q ép>0: 0,30 Tăng nồng độ ~ tuyến 0,20 tính theo 0,10 thời gian Giai đoạn III Q ép=0: Giảm nồng độ ~ tuyến tính theo thời gian Q ép=0: Nồng độ đạt giá trị ~ NDĐ tự nhiên 0,00 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 180 22 Thời gian tính từ bắt đầu ép dung dịch muối (h) Hình Nồng độ muối NDĐ LK ép dung dịch muối 0,230 Nồng độ muối (g/l) 0,225 0,220 0,215 0,210 0,205 0,200 0,195 0,190 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 Thời gian tính từ bắt đầu ép dung dịch muối (h) Hình Nồng độ muối NDĐ LK hút nước 3.3 Xác định độ lỗ rỗng hữu hiệu hệ số phân tán thuỷ động lực theo thí nghiệm hút nước ép chất thị Phương trình lan truyền vật chất mô tả chế dịch chuyển (đối lưu) phân tán thủy Footer Page of 116 động lực NDĐ có hướng dòng chảy theo phương x không gian chiều (x, y) viết sau (Bear Verruijt, 1987)[5]: Dx  2C C C U x R x x t (2) Header Page of 116 N.T Chuyên nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 Trong đó: Dx,: hệ số phân tán thủy động lực học theo hướng x (L2/T), C: nồng độ chất hoà tan nước (M/L3), Ux (U=V/nhh) vận tốc thực dòng nước tương ứng theo hướng x y (M/T), V: vận tốc Đắc-xi; nhh: độ lỗ rỗng hữu hiệu; R: hệ số chậm trễ; t: thời gian (T); Hệ số phân tán thuỷ động lực xác định theo công thức sau [5]: Dx=D’x +D*d ; D’x=aLU (3) Trong đó: D’x : hệ số phân tán học tương ứng theo hướng x y (L2/T); D*d: hệ số khuếch tán phân tử môi trường rỗng (L2/T); aL: độ phân tán dọc Khuếch tán phân tử tạo trình truyền vật chất từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp tạo nên dòng lan truyền vật chất khuếch tán phân tử (Ghislain de Marsily, 1987) [6]:  Dd D c  -D *d  c  Dd*  d nFR nFR (4) Trong đó: + Dd hệ số khuếch tán phân tử chất hoà tan môi trường lỏng (L2T-1), hệ số đẳng hướng: R T Dd  LT N 6r (5) + RLT số khí lý tưởng, N- số Avogadro 6,0231023, T- nhiệt độ tuyệt đối (=oC+273,15), - độ nhớt chất lỏng, rbán kính trung bình phân tử chất hoà tan Hệ số khuếch tán Dd dao động khoảng 105 cm2/s210-5cm2/s môi trường dung dịch nhiệt độ 20oC cho đại đa số ion, thí dụ cho muối ăn 1,310-5cm2/s + FR: Hệ số trầm tích nhà địa vật lý cho tỷ số điện trở suất trầm tích điện trở suất chất lỏng chứa môi trường trầm tích FR thay đổi từ 0,1 (đối với sét) đến 0,7 (đối với cát) (Ghislain de Marsily, 1987) [6], bé (Bear, 1972) [7] + n: độ lỗ rỗng tổng cộng (do khuếch tán phân tử diễn kể lỗ rỗng chết) Footer Page of 116 Như tầng chứa nước qp lấy Fr=0,7, độ lỗ rỗng tổng cộng 0,40 (độ lỗ rỗng tổng cộng cát cuội sỏi có độ đồng cao dao động khoảng 0,30-0,50 (Fetter, 2001)[4]), dung dịch thí nghiệm muối lấy Dd=1,310-5cm2/s=0,112103 m /ngày ta có hệ số khuếch tán phân tử muối tầng chứa nước D*d=0,0004m2/ngày Phương trình (2) có lời giải có đầy đủ điều kiện ban đầu điều kiện biên mô tả sau: Điều kiện ban đầu phân bố nồng độ chất hoà tan xem xét vào thời điểm ban đầu tùy ý t=t0 vị trí miền tính toán: C  Co ( x , y) (6) Các điều kiện biên đồng thời dạng sau: - Biên có nồng độ biết: C=Cc c (7) - Biên có gradient nồng độ pháp tuyến với đường biên biết (biên Neumann): C  q qc n (8) - Biên có dòng chất hoà tan khuếch tánlôi pháp tuyến với biên biết (biên Cauchi): Vn C  Dn C V0Cv  biên qc n n (9) đây: V0, Cv tương ứng vận tốc dòng chảy nồng độ chất hoà tan nước qua biên 3.4 Phương pháp phần từ hữu hạn Chia miền mô hình phần tử, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) có hàm dáng tuyến tính phương trình (2) với sơ đồ sai phân trung tâm thời gian (bước thời gian tn thay đổi) ta có hệ phương trình tuyến tính sau (Nguyễn Văn Hoàng) [8]: 1 1  B   B  1   A  C n1     A  C    Fn    Fn1  t n  t n  n 2 2 2 (10) Header Page of 116 N.T Chuyên nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 Trong [A] [B] ma trận hình vuông kích thước MM, {C}; {Fn} {Fn+1} ma trận cột kích thước M Nồng độ bước thời gian n+1 là{Cn+1} xác định qua nồng độ bước thời gian n trước {Cn} Để đảm bảo độ xác kết mô hình, bước thời gian t bước lưới x phải thoả mãn yêu cầu số Peclet số Courant sau (Huyakorn and Pinder, 1983) [9]: Peclet: Pe  Vx,i xi Dx,i  ; Courant: Cr  Vx,i t xi  (11) Chương trình mô hình phần tử hữu hạn lan truyền chất hoà tan NDĐ sử dụng từ kết Đề tài nghiên cứu định hướng ứng dụng tác giả Nguyễn Văn Hoàng [10] Chương trình liên kết với thuật toán tổng hiệu bình phương bé để xác định thông số 3.5 Phương pháp mô hình hoá xác định thông số lan truyền Đối với trường hợp hút nước từ LK trung tâm ép dung dịch vào LK gần miền lan truyền có chế lan truyền theo Zlotnik David (1996) [11] thể hình Chiều rộng W đới thu nước từ phía thượng lưu dòng chảy vào LK ép nước đới cấp nước từ LK ép nước cho đới hạ lưu dòng chảy theo Drost nnk, 1968 [12] có giá trị Hình Hai đới chế lan truyền thí nghiệm hút-ép [11] Footer Page of 116 Hình Hai đới chế lan truyền thí nghiệm hút-ép [11] W4rI hệ số thấm phần ống lọc LK nhỏ hệ số thấm tầng chứa nước Điều phù hợp với phương pháp khoan xây dựng kết cấu LK quan trắc nước ta Như thí nghiệm Mộ Lao chiều rộng lớn đới lan truyền W = × rI = × 0,045m = 0,18m, nhỏ nhiều khoảng cách LK hút nước ép dung dịch muối Vì sử dụng mô hình chiều có chiều dài miền mô hình khoảng cách hai mép LK hút nước ép dung dịch chất thị để tiến hành xác định thông số lan truyền Thí nghiệm cho nồng độ chất thị NDĐ LK hút nước, mô hình chiều theo tuyến qua LK hút nước ép nước lại cho kết nồng độ chất thị rìa LK hút nước Vì sử dụng nồng độ tương đối có dạng thể hình 9(b) nồng độ chất thị quan trắc LK hút nước nồng độ chất thị xác định theo mô hình chiều Như hai đường cong phân bố nồng độ chất thị tương đối nước LK hút nước nước mép LK hút nước mô hình chiều mặt lý thuyết trùng Nếu ký hiệu nồng độ chất thị nước LK hút nước CLK với giá trị cực đại CLKmax cực tiểu CLKmin (hình 9(a)) nồng độ xác định theo mô hình chiều mép LK hút nước Header Page 10 of 116 10 N.T Chuyên nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 Nồng độ tuyệt đối CLKmax  CLKmin Thời gian (a) Nồng độ tương đối C1Dmax C=1 C=0 Thời gian (b) Hình Nồng độ tuyệt đối tương đối chất thị NDĐ LK hút nước, mép LK hút nước C1D với giá trị cực đại C1Dmax cực tiểu C1Dmin ta có nồng độ tương đối nước LK hút nước mép LK hút nước mô hình chiều sau: C CLK  C LK ; CLKmax  CLK C C1D  C1D C1D max  C1D (12) 3.6 Kết xác định thông số Do tầng chứa nước qp có thành phần thạch học cát cuội sỏi chất lỏng thấm dung dịch muối ăn nên khả hấp phụ muối ăn vô nhỏ, không đáng kể nên hệ số chậm chễ R phương trình (1) lấy Từ đồ thị hình xác định thời gian nước chuyển động từ LK ép chất thị tới LK hút nước Độ lỗ rỗng hữu hiệu xác định theo công thức sau (Nguyễn Văn Hoàng, 2016) [8]: mnhh t r2 0, 3179Q r  nhh  rlk 0, 3179Qt mr r (13) rlk Thay số liệu vào ta có nhh=0,526 lớn so với thực tế độ lỗ rỗng tổng cộng cát cuội sỏi có độ đồng cao dao động Footer Page 10 of 116 khoảng 0,30-0,50 (Fetter, 2001)[4] Theo kết phân tích tính toán thông số thuỷ văn tầng chứa nước qp cụm thí nghiệm khoảng thời gian từ 10 phút đến 660 phút (11h) hệ số dẫn nước tính 1699m2/ngày (ứng với hệ số thấm 92,14m/ngày), thời gian 10 phút đầu 823m2/ngày (ứng với hệ số thấm 45,7m/ngày) (Nguyễn Văn Chuyên, 2016) [13] Giá trị hệ số thấm 92,14m/ngày lớn so với số liệu hệ số thấm tầng chứa nước qp khu vực, giá trị hệ số thấm 45,7m/ngày phù hợp Như tầng Neogen bên tầng chứa nước qp tầng chứa nước trình hút nước từ tầng qp có cung cấp từ tầng Neogen Như mặt thuỷ lực tầng chứa nước qp tầng chứa nước Neogen tạo nên "tầng chứa nước" có hệ số dẫn nước 1699m2/ngày với chiều dày lớn nhiều chiều dày tầng qp 18m Rất đáng tiếc chiều dày tầng chứa nước Neogen không xác định Vì độ lỗ rỗng hữu hiệu nhỏ nhiều làm xác hoá trình xác định độ phân tán dọc đây: Header Page 11 of 116 N.T Chuyên nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 - Bộ Khoa học Công nghệ tài trợ (Nguyễn Văn Hoàng, 2014-2017) [10] 1,7 1,6 s = 0,0253lnt + 1,5176 R² = 0,9836 1,5 Độ phân tán dọc (m) Độ hạ thấp mực nước s (m) 1,8 11 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 1,4 Loga số tự nhiên thời gian - lnt (t - phút) Hình 10 Đồ thị hạ thấp mực nước theo thời gian Hai thông số độ lỗ rỗng hữu hiệu độ phân tán dọc xác định phương pháp thử loại cho tổng hiệu bình phương nồng độ tương đối quan trắc nồng độ tương đối xác định theo mô hình nhỏ Phần mềm xác định hỗ trợ từ đề tài nghiên cứu định hướng ứng dụng Quỹ NAFOSTED Hình 11 Tổng hiệu bình phương trung bình theo giá trị độ lỗ rỗng hữu hiệu độ phân tán Bảng Tổng hiệu bình phương trung bình (THBP) theo giá trị độ lỗ rỗng hữu hiệu độ phân tán nhh 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 Footer Page 11 of 116 al (m) 0,40 0,42 0,44 0,46 0,48 0,50 0,52 0,54 0,56 0,58 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 0,74 0,76 THBP 0,0088 0,0075 0,0067 0,0061 0,0057 0,0057 0,0058 0,0062 0,0067 0,0075 0,0085 0,0097 0,0111 0,0128 0,0146 0,0168 0,0192 0,0219 0,0249 nhh 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 al (m) 0,74 0,76 0,78 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,40 0,42 0,44 0,46 0,48 0,50 0,52 0,54 0,56 0,58 0,60 THBP 0,0099 0,0113 0,0130 0,0149 0,0171 0,0196 0,0223 0,0254 0,0191 0,0164 0,0140 0,0120 0,0102 0,0088 0,0076 0,0067 0,0059 0,0054 0,0050 nhh 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,295 0,295 0,295 al (m) 0,58 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,40 0,42 0,44 THBP 0,0093 0,0082 0,0073 0,0066 0,0060 0,0055 0,0052 0,0051 0,0050 0,0051 0,0053 0,0057 0,0062 0,0069 0,0077 0,0087 0,0375 0,0332 0,0294 Header Page 12 of 116 12 N.T Chuyên nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 nhh al (m) THBP nhh al (m) THBP nhh al (m) THBP 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,270 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 0,78 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,40 0,42 0,44 0,46 0,48 0,50 0,52 0,54 0,56 0,58 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,40 0,42 0,44 0,46 0,48 0,50 0,52 0,54 0,56 0,0283 0,0320 0,0362 0,0408 0,0459 0,0516 0,0111 0,0093 0,0079 0,0069 0,0061 0,0055 0,0052 0,0051 0,0051 0,0054 0,0059 0,0066 0,0074 0,0084 0,0097 0,0111 0,0128 0,0147 0,0168 0,0193 0,0220 0,0250 0,0284 0,0322 0,0364 0,0146 0,0123 0,0104 0,0089 0,0076 0,0066 0,0059 0,0053 0,0050 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,280 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,290 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,40 0,42 0,44 0,46 0,48 0,50 0,52 0,54 0,56 0,58 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,40 0,0048 0,0047 0,0049 0,0051 0,0055 0,0061 0,0069 0,0078 0,0089 0,0102 0,0117 0,0134 0,0153 0,0175 0,0246 0,0213 0,0184 0,0159 0,0138 0,0119 0,0103 0,0090 0,0079 0,0069 0,0062 0,0056 0,0052 0,0049 0,0048 0,0049 0,0050 0,0054 0,0058 0,0065 0,0072 0,0082 0,0093 0,0106 0,0121 0,0307 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,295 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,46 0,48 0,50 0,52 0,54 0,56 0,58 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,40 0,42 0,44 0,46 0,48 0,50 0,52 0,54 0,56 0,58 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 0,74 0,0260 0,0229 0,0203 0,0179 0,0158 0,0140 0,0124 0,0110 0,0097 0,0087 0,0078 0,0070 0,0064 0,0059 0,0056 0,0054 0,0053 0,0053 0,0054 0,0057 0,0061 0,0066 0,0448 0,0400 0,0357 0,0318 0,0284 0,0253 0,0226 0,0201 0,0179 0,0160 0,0143 0,0127 0,0114 0,0102 0,0092 0,0083 0,0076 0,0069 Footer Page 12 of 116 Header Page 13 of 116 N.T Chuyên nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 nhh al (m) THBP nhh al (m) THBP nhh al (m) THBP 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 0,58 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 0,0048 0,0048 0,0050 0,0054 0,0059 0,0066 0,0075 0,0086 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,290 0,42 0,44 0,46 0,48 0,50 0,52 0,54 0,56 0,0269 0,0236 0,0206 0,0180 0,0158 0,0138 0,0121 0,0106 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,76 0,78 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,0064 0,0060 0,0057 0,0056 0,0055 0,0056 0,0058 theo công thức (3) D=D’ +D*d với hệ số phân tán học D’=aLU hệ số khuếch tán phân tử tầng chứa nước D*d=0,0004m2/ngày Với vận tốc thực dòng chảy NDĐ sát LK hút nước 34m/ngày có hệ số phân tán thuỷ động lực D22m2/ngày mép LK ép dung dịch chất thị 4m/ngày có hệ số phân tán thuỷ động lực D3m2/ngày, vai trò phân tán phân tử môi trường rỗng thí nghiệm hút ép dung dịch muối Nồng độ tuyệt đối (g/l) nước LK hút nước 0,40 Nồng độ tuyệt đối quan trắc Nồng độ tuyệt đối theo mô hình 0,35 0,30 0,25 0,20 180 170 160 150 140 130 120 110 90 100 80 70 60 50 40 30 20 0,15 10 13 Thời gian tính từ bắt đầu hút nước (h) Hình 12 Nồng độ tuyệt đối quan trắc LK hút nước mép LK theo mô hình có độ tổng bình phương nhỏ 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Nồng độ tương đối quan trắc Nồng độ tương đối theo mô hình 180 170 160 150 140 130 120 110 90 100 80 70 60 50 40 30 20 0,0 10 Nồng độ tương đối nước LK hút nước Kết luận kiến nghị Thời gian tính từ bắt đầu hút nước (h) Hình 13 Nồng độ tương đối quan trắc LK hút nước mép LK theo mô hình có độ tổng bình phương nhỏ Như giá trị độ lỗ rỗng hữu hiệu nhh=0,280 độ phân tán dọc aL=0,64m xác định cho tổng hiệu bình phương trung bình có giá trị nhỏ 0,0047 (bằng tổng hiệu bình phương chia cho tổng số cặp 520) Giá trị hệ số phân tán thuỷ động học xác định Footer Page 13 of 116 Qua phân tích số liệu thí nghiệm phân tích tính toán thông số lan truyền chất ô nhiễm tầng chứa nước qp khu vực thí nghiệm có ý đến khả thấm xuyên vào tầng chứa nước thí nghiệm, rút số kết luận sau: - Với việc quan trắc nồng độ chất thị LK hút nước, tiến hành so sánh nồng độ tương đối chất thị LK hút nước nồng độ tương đối theo mô hình rìa LK hút nước; - Chỉ áp dụng mô hình số xác định nồng độ rìa LK hút nước xác định độ lỗ rỗng hữu hiệu độ phân tán dọc tầng chứa nước; - Phương pháp mô hình số lan truyền chất hoà tan NDĐ xác định thông số theo phương pháp tổng hiệu bình phương hiệu toán này; Header Page 14 of 116 14 N.T Chuyên nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 - Độ lỗ rỗng hữu hiệu tầng chứa nước qp 0,280 độ phân tán 0,64m, tương ứng hệ số phân tán thuỷ động lực thay đổi lớn từ D22m2/ngày sát LK hút nước xuống D3m2/ ngày mép LK ép dung dịch chất thị Ngoài kết luận, từ phân tích đánh giá tập thể tác giả đề xuất điều cần quan tâm thí nghiệm ép dung dịch chất thị sau đây: - Tiến hành ép dung dịch chất thị suốt trình thí nghiệm nhằm có giá trị biên suốt trình, mà nội suy có sai số định; - Dọc theo tuyến LK hút nước LK ép dung dịch chất thị nên bố trí LK quan trắc nồng độ chất thị; - Cần xác định xác chiều dày tầng chứa nước diện lớn nhiều diện tích thí nghiệm chiều dày hữu hiệu định kết tính toán độ lỗ rỗng hữu hiệu, đồng thời phải phân tích đánh giá thấm xuyên tầng chứa nước thí nghiệm không khẳng định tầng chứa nước thấm xuyên; - Tuyệt đối đảm bảo lưu lượng hút nước không thay đổi suốt thời gian thí nghiệm phải đo xác định lưu lượng thường xuyên giá trị lưu lượng định giá trị độ lỗ rỗng hữu hiệu công thức tính toán [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Lời cảm ơn Bài báo hoàn thành khuôn khổ thực Đề tài cấp nhà nước: "Nghiên cứu xây dựng phần mềm mô hình phần tử hữu hạn mô chuyển động lan truyền chất ô nhiễm nhiễm mặn môi trường nước đất-ứng dụng cho khu vực ven biển miền Trung" mã số ĐT.NCCB-ĐHƯD.2012-G/04 Quỹ nghiên cứu Cơ NAFOSTED-Bộ Khoa học công nghệ tài trợ Dự án "Bảo vệ nước đất đô thị lớn (Phạm vi: Đô thị Hà Nội)" Tài liệu tham khảo [1] Bộ Kế hoạch Đầu tư Việt Nam-Bộ Ngoại Giao Đanh Mạch, 2011 Cơ chế phối hợp Footer Page 14 of 116 [11] [12] [13] đầu tư cho lĩnh vực môi trường nhằm đạt hiệu liên vùng liên ngành Đáy Báo cáo Hợp tác phát triển lĩnh vực môi trường (DCE) 2005 - 2010 Lê Văn Hiển, Bùi Học, Đặng Hữu Ơn nnk, 2000 Nước đất Đồng Bắc Bộ Cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam Triệu Đức Huy (chủ nhiệm Dự án), 2015 Dự án "Bảo vệ nước đất đô thị lớn (Phạm vi: Đô thị Hà Nội)" Liên đoàn tâm Điều tra Quy hoạch Tài nguyên Nước Miền Bắc - Trung tâm Điều tra Quy hoạch Tài nguyên Nước - Bộ Tài nguyên Môi trường Fetter C.W., 2001 Applied Hydrogeology Prentice Hall Inc New Jersey 07458 Bear J and Verruijt A., 1987 Modeling groundwater flow and pollution, D Reidel Publishing Company, Dordrecht, Holand 414pp Ghislain de Marsily, 1987 Quantitative hydrogeology - groundwater hydrology for engineers Academic Press 440pp Bear J., 1972 Dynamics of Fluids in Porous Media Courier Corporation 764pp Nguyễn Văn Hoàng, 2016 Giáo trình "Mô hình lan truyền chất ô nhiễm môi trường nước" Nhà xuất Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam 202 trang Huyakorn, P.S., and G F Pinder: 1983, Computational Methods in Subsurface Flow Academic Press, New York, 473 pp Nguyễn Văn Hoàng (chủ nhiệm đề tài) (20142016) "Nghiên cứu xây dựng phần mềm mô hình phần tử hữu hạn mô chuyển động lan truyền chất ô nhiễm nhiễm mặn môi trường nước đất-ứng dụng cho khu vực ven biển miền Trung" mã số ĐT.NCCBĐHƯD.2012-G/04 Vitaly A Zlotnik and John David Logan, 1996 Boundary Conditions for Convergent Radial Tracer Tests and Effect of Well Bore Mixing Volume Papers in the Earth and Atmospheric Sciences Paper 159 Drost, W., D Klotz, A Koch, H Moser, F Neumaier, and W Rauert, 1968 Point dilution methods of investigating ground water flow by means of radioisotopes Water Resour Res., 4(1) 125-146 Nguyễn Văn Chuyên, 2016 Báo cáo chuyên: phân tích tính toán thông số địa chất thuỷ văn theo số liệu thí nghiệm hút nước thí nghiệm chùm Mỗ Lao-Hà Đông-Hà Nội Dự án "Bảo vệ nước đất đô thị lớn (Phạm vi: Đô thị Hà Nội)" Trung tâm Điều tra Quy hoạch Tài nguyên Nước - Bộ Tài nguyên Môi trường Header Page 15 of 116 N.T Chuyên nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 1-15 15 Study on Determintation of Effective Porosity and Dispersivity of Pleistocene Aquifer in Mo Lao, Ha Dong District, Hanoi, Vietnam Nguyen The Chuyen1, Vu Ngoc Duc1, Dao Trong Tu1, Nguyen Van Hoang2 Center for Water Resources Database and Information-National Center for Water Resources , Planning and Investigation, 93/95 Vu Xuan Thieu, Sai Dong, Long Bien, Hanoi, Vietnam Institute of Geological Sciences-Vietnam Academy of Science and Technology, 84 Chua Lang, Lang Thuong, Dong Da, Hanoi, Vietnam Abstract: Field pumping and tracer injection testing had been carried out for determination of groundwater solute transport parameter in Mo Lao, Ha Dong district, Hanoi city, where hydrogeological windows exist between Pleistocene and Holocene aquifers The testing was done under pumping rate of 5l/sec and injection rate of 0,5l/sec with the injected water having salt concentration of 5g/l The pumping time was 170 hours, tracer injection started hours after the pumping begining and the injection time was 12 hours The determination of the transport parameters by the filed pumping and injection testing is complicated and rather difficult since the testing conditions not allow to have analytical solution The testing data have shown that although the injection was hold for 12 hours, the salt concentration of the pumped water still have parabolic shape which is characteristic for a snap-shot injection The parameter determination had been carried out by the method of least squares between the observed and modelled salt concentration determined by the finite element method The aquifer has effective porosity of 0.28 and longitudinal dispersivity of 0.64m (which is corresponding to hydrodynamic dispersion from D22m2/day outside the pumping well screen to D3m2/day outside the injection well screen) with the minimal average sum of squares of 0.0047, i.e the absolute difference between the observed and modelled concentration is 0.068g/l for the relative concentration range 0÷1g/l The modelling results have also shown that the onedimensional model concentration at the outside of the pumping well screen is four time greater than the salt concentration of the pumped out water Keywords: Groundwater, pumping test, tracer injection test, solute transport, effective porosity, dispersivity, method of least squares Footer Page 15 of 116  ... định đường phân bố nồng độ chất theo thời gian vị trí xác định Các đường phân bố nồng độ xác định thí nghiệm Phương pháp xác định độ lỗ rỗng hữu hiệu độ phân tán dọc Đường cong nồng độ muối nước. .. hút nước; - Chỉ áp dụng mô hình số xác định nồng độ rìa LK hút nước xác định độ lỗ rỗng hữu hiệu độ phân tán dọc tầng chứa nước; - Phương pháp mô hình số lan truyền chất hoà tan NDĐ xác định. .. + n: độ lỗ rỗng tổng cộng (do khu ch tán phân tử diễn kể lỗ rỗng chết) Footer Page of 116 Như tầng chứa nước qp lấy Fr=0,7, độ lỗ rỗng tổng cộng 0,40 (độ lỗ rỗng tổng cộng cát cuội sỏi có độ đồng