Vùng có xu thế biến động giảm có diện phân bố rất nhỏ với tốc độ giảm mực nước không lớn phân bố ở vùng nội thành của thành phố Hà Nội, nơi tầng chứa nước qp bên dưới đang bị khai th[r]
(1)DỰ BÁO DIỄN BIẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ GIAI ĐOẠN 2017-2022
Nguyễn Văn Đản(1), Nguyễn Thị Hạ(2), Đặng Trần Trung(2), Văn Thùy Linh(3)
(1)Hội Địa chất thủy văn Việt Nam
(2)Trung tâm Dự báo Cảnh báo tài nguyên nước
(3)Trường Đại học Khoa học tự nhiên
Ngày nhận 26/2/2018; ngày chuyển phản biện 29/2/2018; ngày chấp nhận đăng 20/3/2018
Tóm tắt: Vùng Đồng Bắc Bộ có diện tích gần 17.000km2 nằm địa phận 12 tỉnh thành
phố phía Bắc vùng kinh tế trọng điểm, dân cư đơng đúc có nhu cầu nước cao nên khai thác mạnh mẽ phục vụ nhu cầu khác Đồng Bắc Bộ hình thành từ trầm tích Đệ tứ bở rời dày từ khoảng 10m vùng rìa đến 100m vùng ven biển Do tính phân nhịp, trầm tích Đệ tứ phân chia thành tầng chứa nước lỗ hổng: tầng chứa nước Holocen (qh) không áp bên tầng chứa nước Pleistocen (qp) có áp lực bên Tầng qh cung cấp nước quy mô nhỏ, phân tán cho vùng nông thôn; tầng qp cung cấp nước tập trung cho thị, khu cơng nghiệp Để kiểm sốt dự báo biến động tài nguyên nước đất, từ năm 90 kỷ trước mạng lưới quan trắc Quốc gia bắt đầu xây dựng Đến có 12 trạm, 104 điểm với 198 cơng trình quan trắc hàng loạt cơng trình quan trắc địa phương, liên tục quan trắc yếu tố động thái nước đất Dựa vào kết quan trắc, phương pháp mơ hình số mô hệ thống nước đất mô hình dịng chảy với phần mềm Visual MODFLOW Waterloo Hydrogeologic dùng để dự báo diễn biến mực nước, công cụ MT-3DMS để dự báo diễn biến độ tổng khống hóa nước đất giai đoạn 2017-2022 Về mực nước, tầng chứa nước qh, vùng mực nước có xu giảm nhỏ, chiếm khoảng 8,33% phân bố vùng nội thành thành phố Hà Nội Hải Phòng Đại phận diện tích cịn lại, mực nước có xu ổn định Đối với tầng chứa nước qp, gần ½ diện tích tầng chứa nước có xu suy giảm với tốc độ từ 0,1 đến 0,4m/năm Đó là vùng khai thác mạnh mẽ Về độ tổng khống hóa nước đất tầng chứa nước qh: có
diện tích nhỏ, khoảng 50km2 tỉnh Hưng Yên, Bắc Ninh, Thái Bình, Nam Định, Hà Nam, Quảng Ninh
là xẩy xâm nhập mặn Tầng chứa nước qp, đến năm 2022 vùng bị xâm nhập mặn có diện tích
khoảng 640km2, chiếm 5,1%, Hải Phòng tỉnh Bắc Ninh, Hải dương, Thái Bình, Nam Định, Hà Nam
Mực nước có xu giảm xâm nhập mặn tầng chứa nước qp tăng khai thác mạnh.
Từ khóa: Dự báo, diễn biến tài nguyên nước đất, mơ hình số, tầng chứa nước, tốc độ hạ thấp mực nước, xâm nhập mặn
1 Giới thiệu
Trong năm gần đây, gia tăng khai thác nguồn nước, với biến đổi khí hậu tồn cầu, nước biển dâng, tượng khí tượng thủy văn nước ta ngày biến động phức tạp: Hạn hán lũ lụt, tác động mạnh mẽ tới tài nguyên nước nói chung
nước đất nói riêng, đặc biệt khu vực đồng ven biển Vùng Đồng Bắc Bộ (ĐBBB), hai đồng lớn nước ta, có ý nghĩa đặc biệt phát triển kinh tế chịu tác động mạnh mẽ nhất: mực nước đất suy giảm, xâm nhập mặn gia tăng [3,4,5]
(2)hoàn thành xây dựng mạng lưới quan trắc tài nguyên nước đất [2, 3, 4], sau liên tục bổ sung hồn thiện, đến có 12 trạm, 104 điểm với 198 cơng trình quan trắc (Hình 1) Ngồi số tỉnh, thành phố Hà Nội, Hưng Yên, Nam Định, xây dựng mạng quan trắc địa phương Kể từ xây dựng, cơng trình liên tục quan trắc yếu tố động thái nước đất
gồm nhiệt độ, mực nước, độ tổng khống hóa thông số đánh giá chất lượng nước Từ năm 2016, Trung tâm Cảnh báo Dự báo tài nguyên nước định dự báo biến đổi mực nước xâm nhập mặn nước đất trầm tích Đệ giúp nhà quản lý đưa giải pháp quản lý phù hợp phục vụ phát triển bền vững tài nguyên nước đất [5]
Hình Mạng lưới quan trắc tài nguyên nước đất vùng Đồng Bắc Bộ Khái quát vùng nghiên cứu
Vùng ĐBBB phân bố chủ yếu trầm tích Đệ tứ bở rời, phân bố 12 tỉnh thành phố gồm: Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Quảng Ninh, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình, Nam Định, Hà Nam, Ninh Bình, thành phố Hà Nội Hải Phịng với diện tích khoảng 17.000km2, chiếm 4,5 % diện tích nước,
đồng lớn thứ hai nước ta Nơi sinh sống khoảng 32 triệu người, chiếm 32% dân số nước Vùng ĐBBB có địa hình phẳng nghiêng phía biển theo hướng Tây Bắc-Đông Nam, đôi nơi
(3)Hình Đặc trưng ẩm vùng Đồng Bắc Bộ Vùng ĐBBB có cấu trúc địa hào cấu tạo
chủ yếu trầm tích Kainozoi, trầm tích Neogen nằm sâu bị phủ trầm tích Đệ tứ bở rời Các trầm tích cổ chủ yếu nằm móng, lộ vùng rìa, đơi lộ đồng dạng núi sót Tính phân nhịp trầm tích có nguồn gốc khác nhau: sơng, sơng-biển biển trầm tích Đệ tứ tạo nên lớp thấm nước tốt xen kẽ lớp thấm nước
Các trầm tích Đệ tứ bở rời có chiều dày từ vài chục mét vùng đỉnh ven rìa đến 100 m vùng ven biển, chia làm tầng chứa nước lỗ hổng: Tầng chứa nước holocen (qh) pleistocen (qp) [1] Tầng chứa nước holocen phân bố rộng rãi, lộ mặt với diện tích khoảng 11.500km2 (Hình 3), tầng chứa nước
khơng có áp lực Tầng này, đơi nơi chia thành lớp chứa nước: Holocen (qh1) holocen (qh2) Lớp chứa nước qh2 phân bố vùng đỉnh, vùng rìa vùng ven sông, ven biển đồng bằng, vùng đỉnh rìa có lớp chứa nước, thường khơng có lớp chứa nước qh1, vùng ven biển có lớp chứa nước Lớp chứa nước qh1 quan sát thấy vùng trung tâm ven biển đồng bằng, vùng trung tâm thường khơng có lớp chứa nước qh2 Tầng chứa nước qh có độ giầu nước từ nghèo đến trung bình, khơng có ý nghĩa cung cấp nước tập trung song lại có ý nghĩa cung cấp nước nhỏ, phân tán phục vụ yêu cầu nhân dân vùng nông thôn Tầng chứa
bố liên tục đồng bằng, đại phận bị phủ trầm tích trẻ hơn, có diện tích khoảng 12.500km2 (Hình 5), chia làm lớp
chứa nước: Pleistocen (qp2) Pleisto-cen (qp1) lớp chứa nước song song tồn tại, song khơng có lớp ngăn cách khu vực nên lớp chứa nước kể có quan hệ thủy lực chặt chẽ thường có chung mực nước Tầng chứa nước qp thuộc loại giầu nước đối tượng phục vụ cung cấp nước tập trung quy mô lớn Thành phố Hà Nội nơi khai thác nước mạnh mẽ tầng này, tính tất loại hình, khai thác triệu m3 nước ngày Nhiều
đô thị, khu công nghiệp Vĩnh Yên, Quang Minh, Phố Nối,… chủ yếu sử dụng nguồn nước đất tầng cho cấp nước
3 Phương pháp dự báo biến động tài nguyên nước đất
(4)Để xây dựng mơ hình, tồn vùng ĐBBB chia thành ô lưới với 180 cột 152 hàng (1km x 1km) Trong trình nhập liệu, chỉnh lý, phân chia nhỏ tuỳ khu vực có điều kiện có yêu cầu phải đánh giá chi tiết Các tài liệu đầu vào mơ hình bao gồm: tài liệu địa hình ứng với tỷ lệ đồ 1: 200.000, tài liệu địa chất thủy văn chia lớp: Lớp 1: Lớp sét thấm nước yếu cùng, lớp 2: tầng chứa nước qh, lớp 3: Lớp sét thấm nước yếu ngăn cách, lớp 4: tầng chứa nước qp, lớp 5: đá gốc với đầy đủ thông số địa chất thủy văn chiều dày, tính thấm, tính nhả nước,… Các điều kiện biên mơ hình xác định: Biên tổng hợp sông lớn gồm: Sông Hồng, sông Đuống, sông Đáy cho hai tầng chứa nước qh, qp; biên Q=0 ranh giới đá gốc cho hai
tầng chứa nước; biên bổ cập bốc xác định sở tài liệu lượng mưa bốc trạm đo đồng Số liệu tình hình khai thác nước đất cuả tất loại hình nhập để chỉnh lý mơ hình
Để chỉnh lý mơ hình theo tốn chuyển động khơng ổn định thực dựa theo tài liệu quan trắc mực nước thực tế cơng trình quan trắc địa phương Quốc gia từ 1/1996 đến 1/2017 Mức độ tin cậy mô hình xác định qua sai số mực nước mơ hình quan trắc thực tế cho thấy tầng chứa nước Holocen, sai số lớn 4,4m cơng trình Q.64, sai số nhỏ 0,0m cơng trình Q.85, sai số trung bình 0,19m, sai số trung bình tuyệt đối 0,861 sai số trung bình quân phương (NRMS) 5,9% (Hình 3)
Hình Kết chỉnh lý tầng chứa nước
Holocen (qh) Hình Kết chỉnh lý tầng chứa nước Pleistocen (qp)
Kết chỉnh lý tầng chứa nước (qp) cơng trình quan trắc cho thấy sai số lớn 4,96m cơng trình quan trắc P.73a, sai số nhỏ 0,0m Q.164a, sai số trung bình 0,067m, sai số trung bình tuyệt đối 0,906m sai số quân phương (NRMS) 2,621% (Hình 4)
Kết kể cho thấy việc chỉnh lý mơ hình đạt u cầu, thực tốn thuận với độ tin cậy cao
Các số liệu đầu vào mơ hình dịch chuyển vật chất chất gồm có nồng độ ban đầu vật chất hịa tan (mg/l hay ug/l), hệ số khuyếch tán thấm theo chiều đứng chiều ngang, thông số độ lỗ rỗng đất đá, hệ số phân tán lớp, nồng độ nguồn nước cung cấp,… Các số liệu đầu mơ hình nồng độ vất chất tính tốn khác vào thời điểm
khác
4 Kết dự báo diễn biến mực nước thảo luận
4.1 Tầng chứa nước qh
(5)- Vùng có tốc độ hạ thấp mực nước vừa (0,2÷0,3m/năm) có diện tích 206,5km2, chiếm
1,82% diện tích tầng chứa nước, phân bố khu vực trung tâm thành phố Hà Nội minh họa cơng trình quan trắc Q60 (Hình 6b)
- Vùng có tốc độ hạ thấp mực nước yếu (0,1÷0,2m/năm) có diện tích 737,5km2, chiếm
6,51% diện tích tầng chứa nước, phân bố khu vực nội thành thành phố Hà Nội, Hải Phịng
- Vùng có mực nước có xu hướng thay đổi có diện tích 10.348km2, chiếm 91% diện tích
tầng chứa, phân bố hầu hết diện tích tầng chứa nước minh họa số cơng trình quan trắc (hình 6a, 6c, 6d, 6e, 6g)
4.2 Tầng chứa nước qp
Kết dự báo [5] cho thấy mực nước tầng qp có biến động lớn so với tầng qh Ngoài dao động theo mùa, gần nửa diện tích tầng chứa nước có xu giảm xuống liên tục với tốc độ từ 0,1 đến 0,5m/năm Đó vùng khai thác với cơng suất lớn phục vụ nhu cầu nước khác Tuy nhiên, vùng thành phố Hà Nội khai thác nhiều tốc độ giảm mực nước khơng phải lớn nhất, có chế độ khai thác hợp lý Các vùng có tốc độ giảm mực nước sau (Hình 7):
- Vùng có tốc độ hạ thấp mực nước mạnh (> 0,5m/năm) phân bố khu vực Nam Trực, Hải
Hình Sơ đồ kết dự báo diễn biến mực nước tầng qh thời kỳ 2017-2022
chiếm 3,03% diện tích tầng chứa nước, minh họa cơng trình quan trắc Q109a (Hình 8h)
- Vùng có tốc độ hạ thấp mực nước mạnh (0,3 - 0,5 m/năm) phân bố khu vực Nam Trực, Hải Hậu tỉnh Nam Định, Mỹ Hào tỉnh Hưng Yên Yên Phong tỉnh Bắc Ninh với diện tích 792,2km2, chiếm 6,41% diện tích tầng
chứa nước, minh họa cơng trình quan trắc Q127a (hình 6d), Q36 (Hình 8c)
- Vùng có tốc độ hạ thấp mực nước vừa (0,2 - 0,3 m/năm) phân bố trung tâm vùng nội thành thành phố Hà Nội, nơi có bãi giếng Mai Dịch, Ngọc Hà, Hạ Đình, Ngơ Sỹ Liên , Nam Định, số vùng tỉnh Hưng Yên Bắc Ninh với diện tích 849,2km2, chiếm 6,87%
diện tích tầng chứa nước, minh họa cơng trình quan trắc Q63a (Hình 8b)
- Vùng có tốc độ hạ thấp mực nước yếu (0,1 - 0,2m/năm) phân bố rộng rãi trung tâm đồng thuộc tỉnh Bắc Ninh, Hưng Yên, Hải Dương, Thái Bình, Nam Định, thành phố Hà Nội Hải Phịng với diện tích 3743,5km2, chiếm
30,28% diện tích tầng chứa nước, minh họa cơng trình quan trắc Q148a (Hình 8e) - Vùng có tốc độ hạ thấp mực nước nhỏ (<0,1 m/năm) phân bố rộng rãi đồng Bắc Bộ với diện tích 6.604,9km2 chiếm 53,42%
(6)a) Q.115 vùng Thuận Thành-Bắc Ninh b) Hà Nội Q.60 vùng trung tâm thành phố Hà Nội
c) Q.127 vùng Mỹ Hào-Hưng Yên d) Q.146 vùng Tứ Kỳ-Hải Dương
e) Q.2 vùng Tam Dương-Vĩnh Phúc g) Q.159 vùng Quỳnh Phụ-Thái Bình
Hình Đồ thị dự báo mực diễn biến mực nước tầng qh thời kỳ 2017-2022 ở số cơng trình quan trắc
(7)b) Q.63a vùng Mai Dịch-Hà Nội
d) Q.127a vùng Mỹ Hào-Hưng Yên
g) Q.86a vùng Duy Tiên-Hà Nam
i) Q.158a vùng Thái Thụy-Thái Bình
l) Q.141 vùng Đơng Triều-Quảng Ninh a) Q.1a vùng Sông Lô-Vĩnh Phúc
c) Q.36 vùng Yên Phong-Bắc Ninh
e) Q.148a Vùng Thanh Hà-Hải Dương
h) Q.109a vùng Nam Trực-Nam Định