Tiềm năng nước dưới đất vùng núi cao, khan hiếm nước khu vực Bắc Bộ

Bài báo này đưa ra cách xác định tiềm năng nước dưới đất vùng núi cao, khan hiếm nước khu vực Bắc Bộ thông qua việc xác định lượng tích chứa và lượng bổ cập cho nước dưới đất.

Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ (2018) 1-9 Tiề m nước dưới đắ t vù ng nú i căo, khăn hiế m nước khu vực Bắ c Bọ Nguyễn Văn Lâm 1,*, Đào Đức Bằng 1, Vũ Thu Hiề n 1, Kiề u Thị Văn Anh 1, Nguyễ n Trọ ng Hẳ o 2, Lê Văn Tới 3, Phặ m Hò ng Kiên Khoa Khoa học Kỹ thuật Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Địa chất Cơng trình biển, Liên đồn Địa chất khoáng sản biển,Việt nam Phòng Kỹ thuật, Đoàn Quan trắc Tài nguyên nước Bắc Bộ, Liên đoàn Quy hoạch Điều tra Tài nguyên nước miền Bắc, Việt Nam Đồn THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Quá trình: Nhận 15/12/2017 Chấp nhận 25/4/2018 Đăng online 30/6/2018 Hiện nay, việc xác định tiềm nước đất có nhiều phương pháp khác có quan điểm khác nhau, vùng núi cao Bài báo đưa cách xác định tiềm nước đất vùng núi cao, khan nước khu vực Bắc Bộ thông qua việc xác định lượng tích chứa lượng bổ cập cho nước đất Lượng tích chứa các thành tạo địa chất xác định thông qua hệ số nhả nước (μ), bề dày (H) diện phân bố (F) tầng chứa nước Các giá trị tính theo thí nghiệm, hệ số kinh nghiệm, theo tài liệu đo đạc, khảo sát thực tế Lượng bổ cập cho nước đất xác định theo Modun dòng ngầm tính toán chi tiết theo thành tạo địa chất thủy văn lưu vực cụ thể Hệ số cung cấp ngấm xác định sở phân tích, đánh giá các nhân tố ảnh hưởng liên quan, thành phần thạch học, độ dốc địa hình, lớp phủ thực vật Kết quả xác định tiềm nước đất 14 tỉnh khu vực Bắc Bộ 25.548.887 m3/ngày; tổng trữ lượng khai thác 96 xã thuộc vùng núi cao, khan nước 173.557,8 m3/ngày Từ khóa: Tiềm nước đất Trữ lượng nước đất, vùng núi cao © 2018 Trường Đại học Mỏ - Địă chất Tất quyền bảo đảm Mở đầu Khu vực nghiên cứu băo gò m 14 tỉnh miề n nú i Bắ c Bọ : Lăi Chău, Điệ n Biên, Sơn Lă, Hò ă Bình, Lằ o Căi, Yên Bắ i, Phú Thọ , Tuyên Quăng, Hằ Giăng, Bắ c Cặ n, Thắ i Nguyên, Bắ c Giăng, Lặ ng Sơn, Căo Bằ ng Thêo 264/QĐ-TTg (Quyế t định só 264/QĐ-TTg củ ă Thủ tướng chính phủ , ngằ y 02/03/2015) có _ *Tác giả liên hệ E-mail: lamdctv@gmail.com 96 xẵ có thằ nh tặ o căcbonăt thuọ c vù ng nú i căo, khăn hiế m nước củ ă 14 tỉnh Khu vực nghiên cứu có diệ n tích 95.267 km2, căo đọ địă hình biế n đỏ i mặ nh từ +5 m đế n +3.143 m, cắ u trú c Địă chắ t, Địă chắ t thủ y văn (ĐCTV) khắ phức tặ p với 03 tằ ng chứă nước (TCN) lõ hỏ ng, 25 TCN khê nứt vằ 05 TCN khê nứt - kărst, đó việ c tính toắ n tiề m nước dưới đắ t rắ t phức tặ p Đế n thời điể m hiệ n tặ i, tiề m nước dưới đắ t củ ă mọ t só tỉnh khu vực nghiên cứu đẵ được tính toắ n só đề tằ i, dự ắ n, nhiên kế t quẳ chỉ dừng lặ i só liệ u chung cho mọ t tỉnh, chưă tính toắ n cụ thể cho Nguyễn Văn Lâm nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (3), 1-9 cắ c thằ nh tặ o ĐCTV mõ i lưu vực vằ chưă có kế t quẳ tỏ ng hợp cho toằ n khu vực miề n nú i Bắ c Bọ Chính vì vặ y, chú ng toi đề xuắ t mọ t cắ ch tính toắ n mới, cụ thể cho cắ c thằ nh tặ o ĐCTV mõ i lưu vực, tỏ ng hợp kế t quẳ tính tiề m nước dưới đắ t cho 14 tỉnh miề n nú i Bắ c Bọ vằ trữ lượng có thể khăi thắ c nước dưới đắ t tặ i 96 xẵ thuọ c vù ng nú i căo, khăn hiế m nước Nội dung và phương pháp nghiên cứu Lượng tích chứă lằ lượng nước tích chứă cắ c lõ hỏ ng, khê nứt củ ă đắ t đắ tằ ng chứă nước điề u kiệ n tự nhiên Cắ c tằ ng chứă nước thuọ c vù ng nghiên cứu hằ u hế t lằ tằ ng chứă nước khong ắ p, vặ y lượng tích chứă được xắ c định (2) Vt = µ*H*F (m3) (2) Trong đó : µ lằ hệ só nhẳ nước trọ ng lực, H lằ bề dằ y tằ ng chứă nước (m), F lằ diệ n tích phăn bó củ ă tằ ng chứă nước (m2) b Xác định lượng bổ cập Hình Vị trí vùng nghiên cứu 2.1 Quan điểm về tiềm nước dưới đất Thêo Đoằ n Văn Cắ nh (2015), nó i đế n tằ i nguyên nước dưới đắ t tă nó i đế n hăi nguò n: nguò n tích chứă lõ hỏ ng, khê nứt củ ă tằ ng chứă nước (lượng tích chứă) vằ nguò n bỏ cặ p tự nhiên Từ đó, tắ c giẳ đẵ đưă ră khắ i niệ m Tiề m nước dưới đắ t (có thể gọ i lằ Tằ i nguyên dự bắ o nước dưới đắ t) băo gò m phằ n tích chứă đó vằ phằ n bỏ cặ p tự nhiên, lằ lượng nước có chắ t lượng vằ giắ trị xắ c định có thể nhặ n được giới hặ n mọ t cắ u trú c địă chắ t thủ y văn, mọ t lưu vực song hăy mọ t vù ng lẵ nh thỏ có tiề m khăi thắ c sử dụ ng său nằ y Trong bằ i viế t nằ y chú ng toi sử dụ ng những thuặ t ngữ về tiề m nước dưới đắ t 2.2 Xác định tiềm nước dưới đất Tiề m nước dưới đắ t được xắ c định sau (Đoằ n Văn Cắ nh, 2015): Qtn = Vt/10.000 + Qđ (1) Trong đó : Qtn: Tiề m nước dưới đắ t (tằ i nguyên nước dưới đắ t dự bắ o) (m3/ngằ y); Vt: Lượng tích chứă (m3); Qđ: Lượng bỏ cặ p cho nước dưới đắ t (m3/ngằ y) a Xác định lượng tích chứa Hiệ n tặ i, có nhó m đắ nh giắ lượng bỏ cặ p, đó lằ : xắ c định lưu lượng dò ng ngằ m vằ xắ c định lượng cung cắ p ngắ m; mõ i nhó m lặ i có nhiề u phương phắ p khắ c nhău (Đặ ng Đình Phú c, 2013) Căn cứ vằ o những tằ i liệ u thu thặ p củ ă cắ c đề tằ i, dự ắ n đẵ có vù ng, kế t quẳ điề u tră, khẳ o sắ t thực địă, đó i với vù ng nghiên cứu, chú ng toi đề nghị hăi cắ ch tính toắ n lượng bỏ cặ p, đó lằ : tính toắ n dựă thêo Modun dò ng ngằ m vằ tính toắ n thêo lượng mưă (đó i với những khoẳ nh khong có tằ i liệ u về Modun dò ng ngằ m) Chi tiế t cắ ch xắ c định său: *Tính lượng bổ cập theo Modun dòng ngầm Như mọ i người vẵ n biế t vằ o mù ă kho, lượng mưă rắ t ít, có thắ ng gằ n khong có mưă, lượng cung cắ p từ nước mưă cho nước dưới đắ t có thể coi bằ ng khong; vì thế , lưu lượng đo sông suối vằ o mù ă kiệ t chính lằ lưu lượng dòng chảy đất lưu vực thoắ t ră (đăy cũ ng chính lằ lượng bỏ cặ p thêo quăn điể m ở trên) Với giẳ thiế t lưu vực dò ng chẳ y mặ t trù ng lưu vực dò ng chẳ y ngằ m thì Modun dò ng chẳ y ngằ m chính lằ Modun dò ng chẳ y mặ t mù ă kiệ t Do vặ y, đó i với mọ t lưu vực, tỏ ng lượng bỏ cặ p củ ă tắ t cẳ cắ c thằ nh tặ o ĐCTV được tính (3) (Vũ Ngọc Kỷ nnk., 2008) QT = M F (3) Trong đó: QT - Lượng bỏ cặ p củ ă tắ t cẳ cắ c thằ nh tặ o ĐCTV lưu vực, l/s; M - Modun dòng chảy đất trung bình (bằ ng Modun dò ng chẳ y mặ t mù ă kiệ t), l/s.km2; F - Diện tích lưu vực, km2 Trong mọ t lưu vực nhắ t định sễ có nhiề u thằ nh tặ o ĐCTV cù ng tò n tặ i, vặ y cằ n xắ c định được tỷ lệ đó ng gó p lượng nước chẳ y ră củ ă mõ i thằ nh tặ o ĐCTV Trong thời kỳ hặ thắ p mực nước, lưu lượng Nguyễn Văn Lâm nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (3), 1-9 nước chẳ y ră (lưu lượng dò ng ngằ m) củ ă mõ i thằ nh tặ o lưu vực có dặ ng (4)  H Fi Qi  i (4) t Lưu vực có n thằ nh tặ o ĐCTV thì phương trình cân củă tồn lưu vực (5) n QT   tb H F  t H   i Fi i 1 t (5) Ở đây: Qi lằ lưu lượng dòng ngầm củă thằ nh tặ o thứ i,  H độ hạ thấp mực nước khoảng thời gian t ; F, Fi diện tích toằ n lưu vực vằ diệ n tích củ ă thằ nh tặ o thứ i; µtb , µi hệ số nhả nước trung bình củă tồn lưu vực vằ củ ă thằ nh tặ o thứ i Chiă vế củ ă phương trình (4) vằ (5) tă có (6) (7) i F i Qi  QT (6) n   i Fi i 1  Qi  i F i n  i 1 i QT (7) Fi Như vặ y, lượng bỏ cặ p củ ă từng thằ nh tặ o ĐCTV mọ t lưu vực sễ được xắ c định thêo cong thức (7) vằ (3) *Tính lượng bổ cập theo lượng mưa Trong vù ng nghiê n cứu có những khoẳ nh khong có tằ i liệ u về Modun dò ng ngằ m, vì thế những khoẳ nh nằ y chú ng toi tính toắ n lượng bỏ cặ p thêo lượng mưă vằ diệ n lọ củ ă tằ ng chứă nước Lượng bỏ cặ p củ ă mõ i thằ nh tặ o chứă nước được xắ c định său: Qđ   F X 365 (8) Trong đó : η lằ hệ só cung cắ p ngắ m củ ă nước mưă cho nước dưới đắ t; F lằ diệ n lọ củ ă tằ ng chứă nước (m2); X lằ tỏ ng lượng mưă năm củ ă trung bình nhiề u năm (m) Cắ c nghiên cứu trước đăy thì hệ só cung cắ p ngắ m η thường được xắ c định thêo kinh nghiệ m từ 0,2 đế n 0,3, nhiên đó i với vù ng nú i Bắ c Bọ , địă hình phăn cắ t mặ nh, mưă rơi xuó ng thì lượng cung cắ p cho nước dưới đắ t khong nhiề u Chính vì thế chú ng toi đề xuắ t tính giắ trị hệ só η thêo thằ nh phằ n thặ ch họ c củ ă TCN vằ thêo đọ dó c địă hình η = L × S (Với L lằ hệ số ảnh hưởng thành phần thạch học tầng chứă nước, S lằ hệ số ảnh hưởng củă độ dốc địa hình) Hệ só ẳ nh hưởng củ ă thằ nh phằ n thặ ch họ c theo Liên đoằ n Quy hoặ ch vằ Điề u tră Tằ i nguyên nước miề n Bắ c, (2007) có giắ trị său: (xêm Bẳ ng 1) Bảng Cách tính toán cho điểm hệ số ảnh hưởng thành phần thạch học (L) STT Thành phần thạch học Hệ số ảnh hưởng Trầm tích lục nguyên, lục nguyên xen phun 0,01 - 0,02 trào Đá cărbonăt 0,01 - 0,03 Trầm tích bở rời Đệ tứ 0,03 - 0,05 Hệ số ảnh hưởng tham khảo Bảng giá trị Slop ănd Vêgêtătion đánh giá yếu tố Concentration of fow củă phương pháp đánh giá khả tự bảo vệ tầng chứă nước Karst COP (Vias et al., 2006) său: Bảng Cách tính toán cho điểm hệ số ảnh hưởng độ dốc địa hình (S) STT Độ dó c địa hình (%) ≤8 - 31 31 - 76 > 76 Hệ số ảnh hưởng 1,00 0,95 0,85 0,75 Đọ dó c địă hình (%) được tính toắ n bằ ng cong cụ 3D Anălyst tool/Răstêr surfăcê/Slopê phằ n mề m Arcgis său xăy dựng bẳ n đò DEM từ bẳ n đò địă hình 2.3 Xác định trữ lượng có thể khai thác nước dưới đất Trữ lượng có thể khăi thắ c (hăy trữ lượng khăi thắ c ăn toằ n) lằ lượng nước có thể lắ y ră được mằ khong găy tắ c đọ ng xắ u đế n moi trường vằ được lắ y bằ ng 30% tiề m nước dưới đắ t (đó i với vù ng đò ng bằ ng Bắ c bọ vằ Năm bọ ) (Đoằ n Văn Cắ nh, 2015) Quă khẳ o sắ t thực tế tặ i cắ c xẵ khăn hiế m nước, cắ c tắ c giẳ thắ y rằ ng tặ i những khu vực nằ y địă hình căo, dó c, mực nước ngằ m nằ m său, việ c khoăn khăi thắ c nước khắ khó khăn; kế t quẳ đo đặ c cho thắ y lưu lượng mặ ch lọ khong lớn, mù ă kho giẳ m xuó ng rắ t thắ p, thặ m chí có mặ ch lọ cò n bị kho kiệ t Vì thế đó i với cắ c xẵ thuọ c vù ng nú i căo, khăn hiế m nước chú ng toi lắ y trữ lượng có thể khăi thắ c bằ ng 10% tiề m nước dưới đắ t 4 Nguyễn Văn Lâm nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (3), 1-9 Kết quả đạt được và thảo luận 3.1 Tiềm nước dưới đất Trên sở lý thuyế t vừă đưă ră kế t hợp với tằ i liệ u điề u tră thực địă, tằ i liệ u thu thặ p khu vực nghiên cứu, tặ p thể tắ c giẳ đẵ tính toắ n tiề m nước dưới đắ t cho 14 tỉnh thuọ c khu vực nghiên cứu a Số liệu đưa vào tính toán - Hệ só nhẳ nước được lắ y thêo cắ c tằ i liệ u nghiên cứu trước đăy, tặ i những khu vực nằ o chưă có kế t quẳ thí nghiệ m thì µ được xắ c định thêo phương phắ p tương tự hoặ c tră bẳ ng thêo thằ nh phằ n đắ t đắ Găvitr (1995) (xem Bảng 3) - Bề dằ y tằ ng chứă nước được xắ c định thêo cắ c tằ i liệ u lõ khoăn cắ c cong trình, dự ắ n đẵ thi cong vù ng, những vị trí nằ o chưă có lõ khoăn thì bề dằ y được xắ c định thêo phương phắ p tương tự (lắ y kế t quẳ củ ă mọ t khu vực có đặ c điể m ĐCTV tương tự) Đó i với khu vực khăn hiế m nước, bề dằ y tằ ng chứă nước được lắ y thêo kế t quẳ khẳ o sắ t thực địă tặ i cắ c khu vực nằ y: lắ y thêo chiề u său lõ khoăn hoặ c chiề u său mực xăm thực địă phương - Lưu vực vằ giắ trị Modun dòng chảy mù ă kiệ t lấy theo kết tính tốn giá trị lưu lượng trung bình tháng tối thiểu ứng với tần suất 95% trạm thủy văn Quó c giă vằ cắ c điể m đo dòng kiệt sử dụng theo tài liệu Liên đoằ n Quy hoặ ch vằ Điề u tră Tằ i nguyên nước miề n Bắ c, (2007) Cắ c lưu vực tính lượng bổ cập thêo Modun dò ng ngằ m vằ những khoẳ nh tính thêo lượng mưă được thể hiệ n Hình Bảng Giá trị hệ số nhả nước trọng lực theo thành phần đất đá Gavitr (1995) Hệ số nhả nước Hệ số nhả nước Đá cứng nứt nẻ trọng lực trọng lực Cát hạt thô, sạn sỏi lẫn cát 0,3 - 0,2 Đá vơi nứt nẻ - Karst hóa 0,15-0,1 Cát hạt trung, thô 0,2 - 0,1 Đá vôi, cát kết nứt nẻ mạnh 0,1-0,05 Cát hạt nhỏ, đă hạt, cát 0,1 - 0,05 Cát kết, phiến sét, đá vôi nứt nẻ 0,05 - 0,01 Á sét, cát 0,05-0,01 Đá phiến sét đá biến chất nứt nẻ 0,01 - 0,005 Cát sét