Nghiên cứu nguyên nhân gây suy thoái các giếng khoan khai thác nước ngầm trong vùng đá cứng nứt nẻ phục vụ cấp nước sinh hoạt địa bàn tỉnh bình phước và đề xuất các giải pháp phục hồi

Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu thân tác giả Các thơng tin, hình ảnh, tài liệu trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc Các số liệu đo chất lượng nước lưu lượng giếng khoan sử dụng luận văn tác giả tham khảo đề tài “Nghiên cứu công nghệ giải pháp kỹ thuật để xử lý giếng khoan có hiệu suất thấp mực nước động nằm sâu phục vụ cấp nước bền vững cho vùng khan nước khu vực Nam bộ” thầy hướng dẫn (PGS.TS Lương Văn Thanh) làm chủ nhiệm thầy cho phép sử dụng để xây dựng luận văn Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định TÁC GIẢ LUẬN VĂN Cao Văn Hiếu Học viên: Cao Văn Hiếu Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tác giả xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Lương Văn Thanh nhiệt tình giúp đỡ tác giả q trình thực hồn thành luận văn “Nghiên cứu nguyên nhân gây suy thoái giếng khoan khai thác nước ngầm vùng đá cứng nứt nẻ phục vụ cấp nước sinh hoạt địa bàn tỉnh Bình Phước đề xuất giải pháp phục hồi” Tác giả xin trân trọng cám ơn thầy, cô trường đại học Thủy Lợi tham gia giảng dạy chuyên ngành kỹ thuật sở hạ tầng khóa 24 truyền đạt nhiều kiến thức chuyên môn bổ ích thời gian tác giả theo học trường Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên dành cho tác giả nhiều tình cảm, thời gian, tạo điều kiện thuận lợi suốt trình tác giả tham gia hồn thành khóa học TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 TÁC GIẢ LUẬN VĂN CAO VĂN HIẾU Học viên: Cao Văn Hiếu Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƢƠNG 11 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÍ ĐIỂM HUYỆN LỘC NINH, TỈNH BÌNH PHƢỚC 11 1.1 Khái quát chung tỉnh Bình Phƣớc 11 1.1.1 Điều kiện tự nhiên 11 1.1.2 Điều kiện xã hội 15 1.2 Khái quát chung huyện Lộc Ninh 17 1.2.1 Điều kiện tự nhiên 17 1.2.2 Điều kiện xã hội 18 1.3 Thực trạng khai thác sử dụng nguồn nƣớc 19 1.2.1 Trên địa bàn tỉnh Bình Phước 19 1.3.2 Trên địa bàn huyện Lộc Ninh 22 CHƢƠNG 24 CƠ SỞ PHƢƠNG PHÁP LUẬN PHỤC HỒI, NÂNG CAO HIỆU SUẤT GIẾNG KHOAN TRONG THÀNH HỆ ĐÁ MÓNG NỨT NẺ 24 2.1 Các nguyên nhân gây suy thoái giếng khoan thành hệ đá móng nứt nẻ 24 2.1.1 Tổng quan nguyên nhân gây suy thối giếng thành hệ móng nứt nẻ 24 2.1.2 Nguyên nhân thiết kế thi công giếng không phù hợp 25 2.1.3 Nguyên nhân trình làm giếng khơng hồn tồn 27 2.1.4 Nguyên nhân thành lỗ khoan không ổn định .30 2.1.5 Nguyên nhân bơm lên cát 30 2.1.6 Nguyên nhân lớp vỏ cứng bám giếng khoan 31 2.1.7 Mảng bám hóa học (Canxi, Sắt, Mangan) 31 2.1.8 Mảng bám vi sinh vật .32 2.1.9 Sự lấp nhét lưới lọc thành tạo địa chất xung quanh 33 2.1.10 Sự ăn mòn 34 2.1.11 Nguyên nhân thân tầng chứa nước 36 2.2 Tổng quan hệ phƣơng pháp phục hồi, nâng cao hiệu suất giếng khoan phức hệ chứa nƣớc móng nứt nẻ 37 2.2.1 Hệ phương pháp thông dụng 37 2.2.2 Hệ phương pháp tiên tiến 37 CHƢƠNG 39 ĐỀ XUẤT CÁC PHƢƠNG ÁN VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT GIẾNG KHOAN TRONG VÙNG ĐÁ CỨNG NỨT NẺ 39 3.1 Đề xuất phƣơng án 39 3.1.1 Bổ sung nhân tạo nước đất .39 3.1.2 Xử lý khí hóa lỏng CO2 lạnh 43 3.1.3 Nhóm phương pháp súc rửa 45 3.1.4 Phương pháp nứt vỉa thủy lực 52 3.1.5 Phương pháp nổ mìn tạo xung lượng .55 Học viên: Cao Văn Hiếu Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ 3.1.6 Khoan mở rộng đường kính giếng 57 3.2 Lựa chọn giải pháp cho mơ hình thực tế 58 3.2.1 Lựa chọn địa điểm xây dựng mơ hình xử lý 58 3.2.2 Lựa chọn giải pháp xử lý giếng 60 3.3 Xây dựng đồ án thiết kế kỹ thuật cho mơ hình thực tế 61 3.3.1 Nhu cầu cấp nước giếng khoan 61 3.3.2 Hiện trạng hệ thống cấp nước 62 3.3.3 Kết phân tích chất lượng nước 66 3.3.4 Thiết kế công nghệ xử lý giếng khoan 67 3.3.5 Quy trình thực 67 3.4 Kết xử lý giếng 75 3.4.1 Kết bơm thử nghiệm 75 3.4.2 Chất lượng nước sau xử lý 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 83 Học viên: Cao Văn Hiếu Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC HÌNH Hình 1: Bản đồ hành tỉnh Bình Phước .11 Hình 2: Mặt cắt hồn tất giếng điển hình móng nứt nẻ .24 Hình 3:Lớp sạn sỏi lọc giếng trước sau khơi thông 29 Hình 4: Hình ảnh vi khuẩn sắt kính hiển vi 32 Hình 5: Hình ảnh mảng bám vi sinh vật kính hiển vi 33 Hình 6: Sự ăn mịn ống chống, ống lọc giếng khoan 35 Hình 7: Sự ăn mòn, phá hủy ống lọc giếng khoan 36 Hình 8: Cấu trúc nhà máy bổ sung nhân tạo cho nước đất Dösebacka, vùng Göteborg, Thụy Điển .39 Hình 9: Minh hoa trình bổ sung nhân tạo nước đất 41 Hình 10: Các phương pháp bổ sung nước đất .41 Hình 11: Hai giai đoạn bơm ép: (a) khí CO2 (b) Khí CO2 hóa lỏng lạnh 44 Hình 12: Chổi qt làm long ống chống ống lọc 45 Hình 13: Phương pháp dùng piston gây áp lực xung 46 Hình 14: Cấu tạo piston gây áp lực xung 46 Hình 15: Sơ đồ nguyên lý bơm hút nước tăng cường 48 Hình 16: Chi tiết cấu kiện bơm hút nước tăng cường 48 Hình 17: Sơ đồ tính tốn lượng chất tẩy rửa cần thiết 51 Hình 18: Sơ đồ cơng nghệ nứt vỉa thủy lực 53 Hình 19: Sơ đồ thiết bị nứt vỉa thủy lực (Walt Decker 1981) 54 Hình 20: Minh họa phương pháp dùng chất nổ tạo xung 55 Hình 21: Quy trình thực nổ mìn tạo xung .56 Hình 22: So sánh khoan thông thường khoan doa mở rộng .58 Hình 23: Kết cấu giếng khoan khai thác nước điển hình tỉnh huyện Lộc Ninh 59 Hình 24: Giếng khoan tập trung ấp Vườn Bưởi, xã Lộc Thiện .62 Hình 25: Kết cấu giếng khoan giếng ấp Vườn Bưởi 63 Hình 26: Lượng nước bơm khởi động máy bơm 64 Hình 27: Lượng nước bơm sau thời gian 10 phút 64 Hình 28: Bồn chứa nước inox ấp Vườn Bưởi .65 Hình 29: Bể chứa nước hư hỏng ấp Vườn Bưởi 66 Hình 30: Quy trình cơng nghệ xử lý giếng khoan 67 Hình 31: Thi cơng kết cấu giếng địa bàn tỉnh Bình Phước 70 Hình 32: Sơ đồ súc rửa giếng máy nén khí 73 Hình 33: Sơ đồ hướng dịng chảy nước cát hạt mịn chiều 74 Hình 34: Sơ đồ hướng dịng chảy nước cát hạt mịn chiều 74 Hình 35: Bơm thử nghiệm đánh giá hiệu giải pháp 75 Hình 36: Sử dụng đồng hồ đo lưu lượng xác định lưu lượng khai thác 76 Học viên: Cao Văn Hiếu Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Tổng hợp số lượng cơng trình sử dụng giếng khoan tỉnh Bình Phước 20 Bảng 2: Mật độ cơng trình khai thác nước theo huyện tỉnh Bình Phước 21 Bảng 3: Mật độ khai thác nước theo huyện tỉnh Bình Phước 22 Bảng 4: Thống kê số lượng công suất giếng theo xã, huyện Lộc Ninh 22 Bảng 5: Lưu lượng khai thác giếng khoan trước xử lý 64 Bảng 6: Bảng kết phân tích chất lượng nước giếng ấp Vườn Bưởi .66 Bảng 7: Kết bơm thử nghiệm giếng sau xử lý 76 Bảng 8: Chất lượng nước giếng khoan sau xử lý 77 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT NDĐ: Nước đất BSNTNDĐ: Bổ sung nhân tạo nước đất Học viên: Cao Văn Hiếu Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài - Hiện khu vực tỉnh miền Đông Nam Bộ, nguồn nước để cung cấp cho sinh hoạt sản xuất hộ gia đình bao gồm nước mưa, nước mặt: sông, suối nguồn nước ngầm Hầu gia đình có cơng trình khai thác nước ngầm (giếng đào giếng khoan) để phục vụ sinh hoạt Đặc biệt địa bàn số nơi tỉnh Bình Phước, nhu cầu nước cho phục vụ sản xuất công nghiệp hồ tiêu, cà phê lớn đặc biệt mùa khô Một số hộ dân nhu cầu khoan nhiều giếng khoan đơn vị diện tích để tưới cho trồng vào mùa khô nguồn nước ngầm bị suy kiệt Bên cạnh đó, với tâm lý cho nguồn nước ngầm vơ tận dẫn đến khơng người có thói quen sử dụng nguồn nước cách lãng phí thiếu kiểm sốt Do tạo áp lực nước sinh hoạt mùa khô Các giếng khoan bị hư hỏng, xuống cấp thường thay giếng khoan dẫn đến lãng phí nguy gây nhiễm nguồn nước ngầm không trám lấp cẩn thận - Để khắc phục tình trạng sử dụng tầng nước ngầm hiệu quả, bền vững, nhà khoa học kiến nghị tỉnh khu vực Nam Bộ cần tiến hành việc khảo sát, đánh giá có hệ thống trạng nước ngầm tồn vùng đưa sách quản lý hợp lý Phải tính tốn lượng nước bổ sung vào lượng nước khai thác để có đáp án cho tốn cân sử dụng nguồn tài nguyên nước ngầm Đồng thời, phải ngăn chặn tình khai thác mức làm sụt giảm tầng nước ngầm, lún mặt đất tình trạng gây nhiễm giếng nước ngầm Phải đưa danh sách vùng phép khai thác nước đất, khu vực hạn chế khai thác khu vực không phép khai thác nhằm hạn chế tối đa tác động xấu đến môi trường nước ngầm ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sinh hoạt người dân - Ngoài ra, cần phải công bố rộng rãi trạng khai thác nước ngầm cấp địa phương Việc làm phải thực cách đồng cụ thể Hiện nay, số liệu thông tin nước ngầm ngành trung ương quản lý địa phương thiếu thơng tin trầm trọng dẫn đến việc quản lý khai thác chưa thực hiệu Hơn cần cải thiện lực quan chức năng, quyền địa Học viên: Cao Văn Hiếu Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ phương để quản lý tài nguyên nước ngầm; nâng cao ý thức người dân sử dụng, bảo vệ tầng nước ngầm hiệu Cần tập trung nghiên cứu trạng suy thoái xác định nguyên nhân gây suy thối suất giếng khoan có nguồn gốc từ địa tầng khai thác tầng đá cứng nứt nẻ nhằm đưa giải pháp kỹ thuật giếng khoan để hồi phục chí nâng cao suất khai thác, đem lại hiệu cao mặt lưu lượng khai thác lợi ích kinh tế cho người sử dụng - Do đặc điểm cấu tạo địa chất địa chất thủy văn giếng khoan vùng đá cứng nứt nẻ nên việc suy thoái suất khai thác nước tượng phổ biến Trước hết, sụt giảm nguồn nước ngầm hay gọi suy thoái trữ lượng nước ngầm nguyên nhân phổ biến biểu việc giảm suất khai thác, hạ thấp mực nước, làm tăng chi phí khai thác sụt lún đất xung quanh giếng Xét nguyên nhân gây suy thối suất giếng khoan có nguồn gốc từ địa tầng khai thác đá cứng nứt nẻ, chia nguyên nhân nội tầng chứa nước suy giảm trữ lượng khai thác mức lượng nước bổ cập có mà lượng bổ cập khơng đủ để bù lại lượng nước hao hụt; nguyên nhân có liên quan đến suy thối kết cấu giếng khai thác bao gồm đóng cặn mảng bám, ăn mòn kết cấu bơm, mảng bám vi sinh vật - Để phục hồi nâng cao hiệu suất giếng khoan có nguồn gốc từ địa tầng khai thác đá cứng nứt nẻ, có số giải pháp thực như: bổ sung nhân tạo nước đất, xúc rửa giếng khoan, nổ mìn định hướng tạo xung lượng, sử dụng sóng siêu âm giải pháp sử dụng khí CO2 lạnh… Từng giải pháp có hiệu khác tùy thuộc vào việc lựa chọn giải pháp cho phù hợp với nguyên nhân gây suy thoái giếng khoan, điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, chất lượng máy móc trình độ kỹ thuật thi cơng xử lý - Nhìn chung có nhiều giải pháp xử lý giếng khoan có hiệu suất thấp vùng đá cứng nứt nẻ Điều quan trọng phải tìm nguyên nhân gây suy giảm cách khảo sát trạng thành giếng khoan, xác định thông số tầng địa chất địa chất thủy văn, từ đưa phương pháp xử lý cách phù Học viên: Cao Văn Hiếu Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ hợp, cho hiệu khôi phục cải thiện suất khai thác nước đất giếng khoan vùng đá cứng nứt nẻ - Từ thực trạng nêu trên, nhằm nâng cao tăng tỷ lệ người dân tiếp cận nguồn nước, đáp ứng nhu cầu phát triển tương lai… Việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu nguyên nhân gây suy thoái giếng khoan khai thác nước ngầm vùng đá cứng nứt nẻ phục vụ cấp nước sinh hoạt địa bàn tỉnh Bình Phước đề xuất giải pháp phục hồi” cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục tiêu đề tài - Xác định nguyên nhân gây suy thoái giếng khoan khai thác nước ngầm vùng đá cứng nứt nẻ đề xuất giải pháp xử lý phục hồi - Đề xuất ứng dụng cho mơ hình xử lý phục hồi lưu lượng cho giếng khoan bị suy thoái đại diện cho vùng nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Xử lý, phục hồi giếng khoan khai thác nước ngầm vùng đá cứng nứt nẻ bị suy thoái phục vụ cấp nước sinh hoạt - Phạm vi nghiên cứu: Huyện Lộc Ninh – Tỉnh Bình Phước Cách tiếp cận - Tiếp cận lý thuyết: Tổng hợp nghiên cứu phương pháp xử lý phục hồi lưu lượng cho giếng khoan vùng đá cứng nứt nẻ bị suy thoái - Tiếp cận thực tế: Khảo sát, thu thập, điều tra phịng ngồi trường số liệu Nội dung nghiên cứu - Khảo sát, tổng hợp trạng giếng khoan khai thác nước ngầm vùng đá cứng nứt nẻ khu vực Bình Phước phục vụ cho cấp nước sinh hoạt vùng nghiên cứu - Nghiên cứu xác định ngun nhân gây suy thối giếng khoan khai thác đề xuất giải pháp xử lý phục hồi Học viên: Cao Văn Hiếu Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ - Đề xuất ứng dụng cho mô hình xử lý phục hồi lưu lượng cho giếng khoan bị suy thoái đại diện cho vùng nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra, phân tích, thống kê, đánh giá, so sánh - Phương pháp thí nghiệm trường - Phương pháp nghiên cứu phịng thí nghiệm - Phương pháp chun gia Dự kiến kết đạt đƣợc - Thông qua kết khảo sát, đánh giá tình hình khai thác nguồn nước ngầm vùng đá cứng nứt nẻ khu vực Bình Phước bị suy thối khơng cung cấp đủ lượng nước theo thiết kế ban đầu gây nhiều khó khăn cho cụm cấp nước tập trung - Để xác định giải pháp phục hồi khả khai thác giếng khoan cần phải có khảo sát, nghiên cứu để tìm nguyên nhân gây suy thối làm giảm lưu lượng khai thác - Giúp nhà quản lý nhằm bước khai thác hiệu bảo vệ nguồn tài nguyên nước ngầm quý vùng có khó khăn nguồn nước để nâng cao mức sống cho người dân - Đề xuất kiến nghị Học viên: Cao Văn Hiếu 10 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ PHỤ LỤC - Hình mực nước ngầm giếng đào quanh vị trí mơ hình - Hình lượng nước bơm khởi động máy bơm Lượng nước bơm sau thời gian 10 phút Học viên: Cao Văn Hiếu 83 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ - Hình kiểm tra trạng giếng khoan trước tiến hành xử lý - Hình Cơng tác lắp đặt giàn khoan - Hình khoan doa mở rộng đường kính Học viên: Cao Văn Hiếu 84 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ - Q trình làm giếng hóa chất Chuẩn bị dụng cụ đưa axit xuống giếng Đưa dung dịch axit HCl xuống giếng Bơm loại bỏ hóa chất khỏi giếng Học viên: Cao Văn Hiếu 85 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ - Hình sử dụng đồng hồ đo lưu lượng xác định lưu lượng khai thác Học viên: Cao Văn Hiếu 86 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Học viên: Cao Văn Hiếu Luận văn Thạc sĩ 87 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Học viên: Cao Văn Hiếu Luận văn Thạc sĩ 88 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Học viên: Cao Văn Hiếu Luận văn Thạc sĩ 89 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Học viên: Cao Văn Hiếu Luận văn Thạc sĩ 90 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Học viên: Cao Văn Hiếu Luận văn Thạc sĩ 91 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Học viên: Cao Văn Hiếu Luận văn Thạc sĩ 92 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Học viên: Cao Văn Hiếu Luận văn Thạc sĩ 93 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Học viên: Cao Văn Hiếu Luận văn Thạc sĩ 94 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Học viên: Cao Văn Hiếu Luận văn Thạc sĩ 95 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Học viên: Cao Văn Hiếu Luận văn Thạc sĩ 96 Lớp: 24CTN11 - CS2 Trường Đại Học Thủy Lợi Học viên: Cao Văn Hiếu Luận văn Thạc sĩ 97 Lớp: 24CTN11 - CS2 ... thành luận văn ? ?Nghiên cứu nguyên nhân gây suy thoái giếng khoan khai thác nước ngầm vùng đá cứng nứt nẻ phục vụ cấp nước sinh hoạt địa bàn tỉnh Bình Phước đề xuất giải pháp phục hồi? ?? Tác giả xin... trạng giếng khoan khai thác nước ngầm vùng đá cứng nứt nẻ khu vực Bình Phước phục vụ cho cấp nước sinh hoạt vùng nghiên cứu - Nghiên cứu xác định nguyên nhân gây suy thoái giếng khoan khai thác đề. .. nguồn nước, đáp ứng nhu cầu phát triển tương lai… Việc nghiên cứu đề tài ? ?Nghiên cứu nguyên nhân gây suy thoái giếng khoan khai thác nước ngầm vùng đá cứng nứt nẻ phục vụ cấp nước sinh hoạt địa bàn