Ứng dụng phương pháp Disco thành lập bản đồ khả năng tự bảo vệ tầng chứa nước phun trào bazan vùng Buôn Ma Thuột - Đắk Lắk

Tầng chứa nước trong thành tạo đá phun trào bazan có tiềm năng cung cấp nước nhất cho vùng Buôn Ma Thuột - Đắk Lắk cũng như cả Tây Nguyên. Nghiên cứu cho thấy tầng chứa nước có cấu trúc khá phức tạp, có sự xen kẽ giữa vùng có mạng lưới khe nứt lớn,tính thấm tốt với những vùng có mạng lưới khe nứt nhỏ, tính thấm kém.

18 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 60, Kỳ (2019) 18 - 26 Ứng dụng phương pháp Disco thành lập đồ khả tự bảo vệ tầng chứa nước phun trào bazan vùng Buôn Ma Thuột - Đắk Lắk Dương Thị Thanh Thủy 1,*, Nguyễn Tuấn Long Khoa Khoa học Kỹ thuật địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Công ty cổ phần Đầu tư Tài ngun - Mơi trường, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 10/01/2019 Chấp nhận 20/02/2019 Đăng online 29/04/2019 Tầng chứa nước thành tạo đá phun trào bazan có tiềm cung cấp nước cho vùng Buôn Ma Thuột - Đắk Lắk Tây Nguyên Nghiên cứu cho thấy tầng chứa nước có cấu trúc phức tạp, có xen kẽ vùng có mạng lưới khe nứt lớn, tính thấm tốt với vùng có mạng lưới khe nứt nhỏ, tính thấm Những vùng có hệ thống khe nứt lớn, nước từ mặt thấm xuống cung cấp cho tầng chứa nước nhanh trình tự thấm lọc chất bẩn xảy thời gian ngắn, tầng chứa nước dễ bị nhiễm bẩn Xuất phát từ đặc điểm trên, cần thiết nghiên cứu thành lập đồ khả tự bảo vệ nước đất tầng chứa nước thành tạo phun trào bazan cho vùng Buôn Ma Thuột Bằng phương pháp DISCO (Discontinuite - Couverture Protectrice) phát triển Trung tâm Địa chất thủy văn - Trường Đại học Neuchatel - Thụy Sỹ kết hợp với phần mềm ArcGIS, áp dụng xây dựng đồ khả tự bảo vệ cho tầng chứa nước nước thành tạo đá phun trào bazan vùng Buôn Ma Thuột - Đắk Lắk Phương pháp dựa đặc điểm tầng chứa nước: tính khơng liên tục tầng - Discontinute (DIS), đặc điểm lớp phủ bảo vệ - Couverture Protectrice (CO), dòng chảy mặt (Ruiselement) Kết nghiên cứu cho thấy: tầng chứa nước thành tạo bazan nứt nẻ có mức độ tự bảo vệ cao chiếm hầu hết diện tích vùng nghiên cứu (trên 90 %) Phần lại tầng chứa nước có mức độ tự bảo vệ trung bình Từ khóa: Khả tự bảo vệ tầng chứa nước đất Bazan nứt nẻ ArcGIS © 2019 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Mở đầu Vùng Buôn Ma Thuột nằm trung tâm Tây Nguyên, cách thành phố Hồ Chí Minh 350 km _ *Tác giả liên hệ E - mail: duongthithanhthuy@humg.edu.vn Hà Nội 1410 km Diện tích vùng nghiên cứu khoảng 418 km2 Trong vùng nghiên cứu có phân vị địa tầng địa chất thủy văn Tuy nhiên, có tầng chứa nước Pliocen - Pleistocen hệ tầng Túc Trưng (βN2-Q11 tt) có tiềm cung cấp nước, đáp ứng nhu cầu sinh hoạt sản xuất vùng, nên việc đánh giá khả tự bảo vệ tầng Dương Thị Thanh Thủy, Nguyễn Tuấn Long/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (2), 18 - 26 chứa nước cần thiết Đất đá tầng chứa nước gồm thành tạo bazan olivin, bazan olivin - augit, bazan olivin - augit - plagioclas, bazan speproxen Bề dày tầng thay đổi từ 40240 m, thường gặp từ 80120 m Nước đất thuộc loại không áp Chiều sâu mực nước từ 715 m Tỷ lưu lượng thay đổi từ 0,062,41 l/sm Hệ số thấm từ 0,295,9 m/ngày Độ khống hóa nước thay đổi từ 0,10,7 g/l Nguồn cung cấp cho tầng chứa nước βN2-Q1 chủ yếu nước mưa rơi trực tiếp phần lộ nước mặt (Đặng Hồng Bàng, 1986; Lê Đình Trung, 1994; Ngơ Tuấn Tú nnk., 1999) (Hình 1) Cơ sở lý thuyết phương pháp DISCO 19 2.1 Nguyên tắc đánh giá Phương pháp DISCO sở đánh giá xây dựng đồ khả tự bảo vệ tầng chứa nước nứt nẻ dựa cấu tạo đặc biệt tầng chứa nước Phương pháp đánh giá theo tiêu sau (.Pochon, Zwahlen, 2003): - Tính khơng liên tục tầng chứa nước nứt nẻ - Discontinuites (DIS), mức độ nứt nẻ tầng chứa nước; - Lớp phủ bảo vệ - Couverture Protectrice (CO), vai trò bảo vệ thành tạo địa chất phía tầng chứa nước; - Dòng chảy mặt (Ruisselement), dòng chảy mặt trước ngấm vào tầng chứa nước (Hình 2) Nguyên tắc phương pháp đánh giá tiêu nêu Mỗi tiêu số hóa, cộng Hình Bản đồ địa chất thủy văn vùng Buôn Ma Thuột 20 Dương Thị Thanh Thủy và, Nguyễn Tuấn Long /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (2), 18 - 26 giá trị nhận tiêu cho giá trị nhân tố bảo vệ đồ khả tự bảo vệ diện tích nghiên cứu Các thao tác làm tay trợ giúp phần mềm ArcGIS Hình Sơ đồ thể tiêu tầng chứa nước nứt nẻ theo phương pháp DISCO (Pochon, Zwahlen, 2003) Dương Thị Thanh Thủy, Nguyễn Tuấn Long/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (2), 18 - 26 2.2 Đặc điểm phương pháp đánh giá tiêu phương pháp DISCO 2.2.1 Giai đoạn - Đánh giá tiêu liên quan - Tính khơng liên tục (DIS) Trên sở kết nghiên cứu thực tế (Pochon, Zwahlen, 2003) thấy rằng: Tại vùng nứt nẻ lớn, hệ số thấm vài chục mét đến lớn ngày Ngược lại, dòng chảy khối đá có mức độ nứt nẻ nhỏ, hệ số thấm vài mét ngày Hình 3, Hình thể tính khơng liên tục tầng chứa nước phân chia vùng có đặc điểm tính thấm khác 21 Các tác giả phân chia chi tiết tiêu tính khơng liên tục theo cấp từ cấp Do đến D3 (Bảng 1) (Pochon, Zwahlen, 2003) Cấp Do có giá trị 1, tương ứng với vùng dễ bị tổn thương nhất, tức khả tự bảo vệ Có trường hợp vùng có tính thấm cao khơng thấy dấu hiệu tượng địa chất địa mạo, nên chia cấp D1 D2 với giá trị Cấp D3 tương ứng với vùng có giá trị 3, cấp tương ứng với vùng có tính thấm nhỏ Bảng Đánh giá tiêu không liên tục TT Cấp Giá trị Đặc điểm đánh giá D0 Vùng có tính thấm cao khoảng > 40 m/ngày D1 Vùng có tính thấm cao khoảng 5÷40 m/ngày D2 Vùng có tính thấm trung bình khoảng 1÷5 m/ngày D3 Vùng có độ thấm yếu 1,0 P1 P1 P3 Giá trị tiêu lớp phủ bảo vệ phía tầng chứa nước P: P0 = 0; P1 = 1; P2 = 2; P3 = 22 Dương Thị Thanh Thủy và, Nguyễn Tuấn Long /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (2), 18 - 26 Bảng Đánh giá tiêu lớp phủ bảo vệ thành tạo địa chất có độ thấm thấp (đất sét, bùn cát) TT Kết hợp Kết hợp Kết hợp Kết hợp Bề dày với lớp với lớp với lớp với lớp (m) đất P0 đất P1 đất P2 đất P3 2m P3 P3 P4 P4 Giá trị tiêu lớp phủ bảo vệ phía tầng chứa nước P: Po = 0; P1 = 1; P2 = 2; P3 = 3; P4 = 2.2.2 Giai đoạn - Tính tốn nhân tố bảo vệ trung gian Fint Nhân tố bảo vệ trung gian cho phép xác định lưu vực cung cấp chất ô nhiễm thấm vào đất đá đạt đến cơng trình khai thác có giá trị lớn nhỏ Với nhân tố bảo vệ trung gian có giá trị nhỏ tương ứng với vùng khả bị tổn thương lớn (khả tự bảo vệ kém) Như vậy, chất ô nhiễm thấm vào vùng có nhân tố bảo vệ trung gian có giá trị nhỏ (khả tự bảo vệ kém) đến cơng trình khai thác nhanh mà khơng có suy giảm nồng độ, tự động lọc pha lỗng q trình di chuyển (Pochon, Zwahlen, 2003) tính tốn nhân tố trung gian Fint sau: Fint = 2.D + 1.P Hình Sơ đồ thể đặc điểm lớp phủ bảo vệ (1) Tính tốn giá trị nhân tố bảo vệ trung gian phân vùng mức độ tự bảo vệ tương ứng với nhân tố bảo vệ trung gian thể Bảng Hình Hình Sơ đồ mô đánh giá tiêu lớp phủ bảo vệ Bảng Giá trị nhân tố bảo vệ trung gian Fint TT Giá trị Fint 0, 2, 3, 5, 6, 8, 9,10 Tự bảo vệ Dễ bị tổn thương Rất Rất cao Kém cao Trung bình Trung bình Cao Kém 2.2.3 Giai đoạn - Xác định nhân tố bảo vệ cuối F Để xác định nhân tố bảo vệ cuối F, dựa vào đặc điểm dòng chảy mặt (R) vùng nghiên cứu Dòng chảy mặt nơi dẫn di chuyển chất nhiễm Ba đặc điểm xác định yếu tố dòng chảy độ dốc, tính thấm Hình Sơ đồ mơ đánh giá nhân tố bảo vệ trung gian Fint Dương Thị Thanh Thủy và, Nguyễn Tuấn Long /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (2), 18 - 26 đất, đặc điểm lòng sơng Tuy nhiên, đơn giản hóa tính tốn xây dựng đồ xem xét độ dốc mạng lưới dòng chảy bề mặt Trên sở thí nghiệm thực tế (Pochon, Zwahlen, 2003) đánh giá diện tích vùng dễ bị tổn thương theo độ dốc địa hình lưu vực thể (Bảng 5, Hình 8, 9) Bảng Xác định diện tích vùng dễ bị tổn thương sử dụng tiêu chí độ dốc dòng chảy mặt TT Diện tích lưu vực cung cấp Độ dốc thượng lưu Giới hạn khoảng 10 m thượng 2÷10% lưu xung quanh diện tích dễ bị tổn thương Giới hạn khoảng 20 m bề mặt 20÷25% thượng lưu dễ bị tổn thương Giới hạn khoảng 30 m bề mặt >25% thượng lưu dễ bị tổn thương 2.2.4 Giai đoạn - Khoanh vùng khả tự bảo vệ tầng chứa nước Hình Sơ đồ thể yếu tố dòng chảy mặt 23 Khoanh vùng bảo vệ thực dựa mối liên hệ giá trị nhân tố bảo vệ cuối F vùng bảo vệ S (Bảng 6, Hình 10) sau: Vùng (S1), vùng có nguy bị tổn thương cao, có mức độ tự bảo vệ kém; Vùng (S2), Vùng có mực độ tự bảo vệ kém, mức độ bị tổn thương cao; Vùng (S3), vùng có mức độ tự bảo vệ trung bình; Phần lại, vùng có mức độ tự bảo vệ tốt, bị tổn thương Kết xây dựng đồ khả tự bảo vệ tầng chứa nước nứt nẻ bazan Pliocen Pleistocen hệ tầng Túc Trưng (βN2-Q11 tt) 3.1 Đánh giá yếu tố “tính khơng liên tục” Đánh giá tính khơng liên tục tầng chứa nước vùng Buôn Ma Thuột, dựa theo hệ số thấm 67 lỗ khoan thăm dò Liên đoàn Quy hoạch Điều tra Tài nguyên nước miền Trung (Đặng Hồng Bằng, 1986; Lê Đình Trung, 1994; Ngô Tuấn Tú nnk., 1999) Từ kết phân vùng tiêu tính khơng liên tục tầng chứa nước Hình 10 cho thấy (Nguyễn Tuấn Long, 2012): - Vùng có k  (m/ngày), vùng có độ thấm yếu, liên hệ chậm với cơng trình khai thác, đánh giá (D = 3); - Vùng có k = 1÷5 (m/ngày), liên hệ chậm với cơng trình khai thác, đánh giá (D = 2); - Vùng có k 5 (m/ngày), liên hệ nhanh chóng với cơng trình khai thác nước (D = 1) Bảng Mối quan hệ tương đương yếu tố bảo vệ F vùng bảo vệ S TT Nguy bị tổn thương F nhỏ (0, 1) Rất cao F nhỏ (2, 3, 4) Cao F trung bình (5, Trung bình 6, 7) Nhân tố bảo vệ F F lớn (8, 9, 10) Thấp Vùng S S1 S2 S3 Phần lại lưu vực 3.2 Đánh giá yếu tố “Lớp phủ bảo vệ” Hình Sơ đồ mô đánh giá nhân tố bảo vệ cuối Đánh giá yếu tố dựa vào thành phần thạch học bề dày đất đá phân bố mặt bị phong hóa làm lớp phủ Tài liệu đánh giá dựa vào cột địa tầng 88 lỗ khoan thăm dò địa chất vùng Bn Ma Thuột Kết đánh giá yếu tố lớp 24 Dương Thị Thanh Thủy và, Nguyễn Tuấn Long /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (2), 18 - 26 phủ bảo vệ vùng Bn Ma Thuột trình bày Hình (Nguyễn Tuấn Long, 2012): + Bazan bị phong hóa triệt để thành sét bột nâu đỏ, xám đen lẫn sạn bazan bề dầy 7÷39 m Đất thấm nước yếu, đánh giá P3 = + Cát, cuội, sỏi, bột lẫn sét, bề dày 1÷10 m Thành tạo địa chất có độ thấm thấp P4 = 3.3 Nhân tố bảo vệ trung gian Fint Được tính theo hai tiêu “tính khơng liên tục” “lớp phủ bảo vệ” theo công thức Fint = 2*D + P Từ đó, khoanh vùng bảo vệ theo điểm nhân tố bảo vệ Fint (Bảng 8, Hình 12), (Nguyễn Tuấn Long, 2012) Bảng Kết đánh giá theo nhân tố bảo vệ Fint khả tự bảo vệ tầng chứa nước TT Giá trị Fint Khả tự bảo vệ Vùng S 6, Trung bình S3 8, 9, 10 Cao Phần lại (a) Hình 10 Mơ khoanh định vùng S có mức độ tự bảo vệ khác (a); Sơ đồ khoanh vùng tính khơng liên tục tầng chứa nước (b) Hình 11 Sơ đồ khoanh vùng lớp phủ bảo vệ tầng chứa nước Hình 12 Sơ đồ khoanh vùng nhân tố bảo vệ trung gian tầng chứa nước Bản đồ khả tự bảo vệ tầng chứa nước nghiên cứu xây dựng dựa đồ phân vùng nhân tố bảo vệ Fint đặc điểm mạng lưới thủy văn vùng Buôn Ma Thuột Do khu vực nghiên cứu khơng có mạng lưới sơng, có số hồ suối nhỏ khơng đáng kể Do vậy, vùng có mức độ tự bảo vệ khác khoanh theo nhân tố bảo vệ cuối F tương đương với vùng có hệ tố Fint Kết phân vùng có mức độ tự bảo vệ khác tầng chứa nước thể Bảng 8, Hình 13 (Nguyễn Tuấn Long, 2012) Với kết này, tỷ lệ diện tích tương ứng khu vực có khả tự bảo vệ cao trung bình thể Bảng 9, Hình 14 Như vậy, với kết thấy tầng chứa nước nứt nẻ bazan có tuổi Pliocen Pleistocen hệ tầng Túc Trưng (βN2-Q1 tt) có khả tự bảo vệ cao, chiếm gần toàn diện tích vùng Bn Ma Thuột Dương Thị Thanh Thủy và, Nguyễn Tuấn Long /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (2), 18 - 26 Hình 13 Bản đồ đánh giá khả tự bảo vệ tầng chứa nước nghiên cứu Bảng Tổng hợp diện tích vùng khả tự bảo vệ vùng nghiên cứu Mức độ Diện tích Kí hiệu Vùng phân bố tự bảo vệ (km2) Thuộc xã Trung S3 40,5 Hòa Lập, xã bình Hòa Thành Phần Gần toàn Cao lại 377,5 khu vực lưu vực nghiên cứu TT 25 nước nứt nẻ Việt Nam Kết nghiên cứu rút số kết luận sau: Nghiên cứu sử dụng phương pháp DISCO để định lượng yếu tố tự bảo vệ tầng chứa nước nứt nẻ bazan theo đặc trưng: Tính khơng liên tục (D); Lớp phủ bảo vệ (CO); Đặc điểm dòng chảy mặt (Ruiselement); Ứng dụng phần mềm ArcGIS kết hợp với số liệu tính tốn khả tự bảo vệ tầng chứa nước Pliocen - Pleistocen, tác giả bước đầu thành lập đồ phân vùng khả tự bảo vệ tầng chứa nước nứt nẻ bazan cho vùng nghiên cứu Theo kết từ đồ phân vùng khả tự bảo vệ tầng chứa nước nứt nẻ bazan vùng Buôn Ma Thuột, Đắk Lắk cho thấy vùng nghiên cứu có mức độ bảo vệ cao, chiếm tồn diện tích khu vực nghiên cứu 90% Phương pháp đánh giá khả tự bảo vệ tầng chứa nước nứt nẻ bazan cần có số liệu tổng hợp kết đo địa vật lý, sử dụng đất, thảm thực vật, thành phần thạch học lớp phủ, điều kiện địa chất thủy văn, mô tả kỹ đới nứt nẻ bazan Tuy nhiên, nguồn tài liệu hạn chế nên kết vùng nghiên cứu dừng lại phương pháp, gợi ý đề xuất để nghiên cứu sâu sau đưa kết đánh giá xác chi tiết Kết luận Tài liệu tham khảo Trong nghiên cứu này, tác giả mạnh dạn lựa chọn phương pháp DISCO để thử nghiệm áp dụng đánh khả tự bảo vệ tầng chứa nước nứt nẻ phun trào bazan vùng Buôn Ma Thuột - Đắk Lắc Đây kết nghiên cứu vùng cao nguyên bazan Tây Nguyên Đồng thời, kết nghiên cứu đánh giá khả tự bảo vệ tầng chứa Đặng Hồng Bằng, 1986 Tìm kiếm nước đất vùng Tây Bn Mê Thuột Liên đoàn Quy hoạch Điều tra tài nguyên nước Miền Trung Lê Đình Trung, 1994 Thăm dò sơ nước đất vùng Buôn Mê Thuột, Đăk Lắk Cục Địa chất Khống sản Việt Nam Ngơ Tuấn Tú, 1999 Nước đất khu vực Tây Nguyên Cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam Nguyễn Tuấn Long, 2012 Đánh giá khả tự bảo vệ tầng chứa nước nứt nẻ phuan trào bazan vùng Buôn Mê Thuột, Đăk Lắk Luận văn thạc sỹ khoa học Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội Hình 14 Diện tích vùng khả tự bảo vệ vùng Buôn Ma Thuột (km2) Pochon, A., Zwahlen, F., 2003 Délimitation des zones de protection des eaux souterraines en milieu fissuré Guide pratique L’environnement pratique Office fédéral des eaux et de la gesologie OFEG Berne 81 26 Dương Thị Thanh Thủy, Nguyễn Tuấn Long/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (2), 18 - 26 ABSTRACT Application of Disco method for vulnerability assessment mapping of basaltic facture aquifer in Buon Me Thuot - Dak Lak Thuy Thanh Thi Duong 1, Long Tuan Nguyen Faculty of Geosciences and Geo-engineerring of Mining and Geology, Vietnam Eviroment Investigation Joinstock Company, Vietnam Aquifer of basaltic fracture is the most productive formation for not only Buon Me Thuot-Dak Lak but also Central Highland area Previous studies show this aquifer with complex and alternating structure between the high permeability, large fissured network areas, and low permeability areas In area with large fissure network, water from surface percolate and recharge to aquifer very quickly thus water quality is very sensitive to be contaminated Therefore, vulnerability assessment and mapping for this aquifer is required and indispensable By using Disco method (Discontinuite - Couverture Protectrice) which developed by Hydrogeology Centre, Neuchatel University (Swiss) and with help of ArcGIS, a vulnerability assessment map has been done for basaltic facture aquifer in Buon Me Thuot, Dak Lak area This method is based on three basic characteristics: (1) the discontinuous factor (Discontinue-DIS); (2) characteristic of covering layers-Couverture Protectrice (CO); (3) the characteristics of surface runoff (Ruiselement) The study shows that the aquifer with a high self-protection level spread over the study area (over 90%), while the rest of the aquifer has an average protective level  ... lập đồ phân vùng khả tự bảo vệ tầng chứa nước nứt nẻ bazan cho vùng nghiên cứu Theo kết từ đồ phân vùng khả tự bảo vệ tầng chứa nước nứt nẻ bazan vùng Buôn Ma Thuột, Đắk Lắk cho thấy vùng nghiên... lựa chọn phương pháp DISCO để thử nghiệm áp dụng đánh khả tự bảo vệ tầng chứa nước nứt nẻ phun trào bazan vùng Buôn Ma Thuột - Đắk Lắc Đây kết nghiên cứu vùng cao nguyên bazan Tây Nguyên Đồng thời,... tự bảo vệ khác (a); Sơ đồ khoanh vùng tính khơng liên tục tầng chứa nước (b) Hình 11 Sơ đồ khoanh vùng lớp phủ bảo vệ tầng chứa nước Hình 12 Sơ đồ khoanh vùng nhân tố bảo vệ trung gian tầng chứa