Đánh giá hiệu quả áp dụng phương pháp bổ sung nhân tạo nước dưới đất vùng đồi cát ven biển bình thuận và đề xuất giải pháp khai thác hợp lý tài nguyên nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT VŨ ĐÌNH HẢI ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP BỔ SUNG NHÂN TẠO NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG ĐỒI CÁT VEN BIỂN BÌNH THUẬN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHAI THÁC HỢP LÝ TÀI NGUÊN NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT VŨ ĐÌNH HẢI ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP BỔ SUNG NHÂN TẠO NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG ĐỒI CÁT VEN BIỂN BÌNH THUẬN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHAI THÁC HỢP LÝ TÀI NGUÊN NƯỚC Chuyên ngành : Địa chất thủy văn Mã số : 60.44.63 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS PHAN THỊ KIM VĂN PGS.TS NGUYỄN VĂN LÂM Hà Nội – 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Vũ Đình Hải DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASR Aquifer storage and recovery ASTR Aquifer storage transfer and recovery BSNTNDĐ Bổ sung nhân tạo nước đất BSNT Bổ sung nhân tạo BTNMT Bộ tài nguyên môi trường ĐB –TN Đơng Bắc – Tây Nam ĐCCT Địa chất cơng trình ĐCTV Địa chất thủy văn NDĐ Nước đất QCVN Quy chuẩn Việt Nam SAT Soil aquifer treatment TB Trung bình MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận văn Đối tượng phạm vi nghiên cứu .1 Mục đích luận văn Cơ sở khoa học tài liệu 4.1 Cơ sở khoa học 4.2 Cơ sở tài liệu sử dụng luận văn Nội dung luận văn phương pháp tổ chức thực 5.1 Nội dung vấn đề cần giải 5.2 Phương pháp tổ chức thực Những điểm luận văn Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn .4 7.1 Ý nghĩa khoa học 7.2 Ý nghĩa thực tiễn Cấu trúc luận văn Lời cảm ơn CHƯƠNG 1: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN – KINH TẾ XÃ HỘI VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT – ĐỊA CHẤT THỦY VĂN KHU VỰC NGHIÊN CỨU .6 1.1 Vị trí địa lý .6 1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo 1.3 Đặc điểm khí hậu, khí tượng - thủy văn .7 1.3.1 Khí hậu, khí tượng 1.3.2 Mạng lưới thủy văn 1.4 Đặc điểm dân sinh – kinh tế xã hội 10 1.5 Khái quát đặc điểm Địa chất, Địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu 10 1.5.1 Khái quát đặc điểm địa chất 10 1.5.2 Khái quát đặc điểm địa chất thủy văn .12 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỔ SUNG NHÂN TẠO NƯỚC DƯỚI ĐẤT .15 2.1 Định nghĩa, mục tiêu, dạng cơng trình bổ sung nhân tạo nước đất, tình hình áp dụng Thế giới Việt Nam .15 2.1.1 Định nghĩa 15 2.1.2 Mục tiêu chung bổ sung nhân tạo 15 2.1.3 Một số dạng cơng trình bổ sung nhân tạo nước đất 15 2.1.4 Tình hình bổ sung nhân tạo nước đất giới Việt Nam .17 2.2 Phân loại công nghệ bổ sung nhân tạo nước đất 21 2.2.1 Theo nhóm phương pháp 22 2.2.2 Theo hình thức ngấm 23 2.2.3 Theo mục đích sử dụng 24 2.2.4 Theo mục tiêu bổ sung nhân tạo nước đất .24 2.3 Điều kiện áp dụng cho cơng trình bổ sung nhân tạo nước đất 26 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỔ SUNG NHÂN TẠO NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHU VỰC BÀU NỔI 29 3.1 Cở sở đánh giá 29 3.1.1 Cơ sở khoa học 29 3.1.2 Cơ sở thực tiễn 30 3.1.3 Cơ sở tài liệu .30 3.2 Phương pháp đánh giá .31 3.2.1 Cách tiếp cận phương pháp đánh giá .31 3.2.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp đánh giá hiệu chất lượng 34 3.2.3 Cơ sở lý thuyết phương pháp đánh giá hiệu trữ lượng 38 3.3 Kết đánh giá hiệu áp dụng công nghệ thấm qua bờ khu vực Bàu Nổi 39 3.3.1 Đánh giá thời điểm năm 2005 39 3.3.1.1 Kết nghiên cứu năm 2004 đến năm 2005 khu vực Bàu Nổi 39 3.3.1.2 Đánh giá hiệu trữ lượng thời điểm năm 2005 mực nước hồ Bàu Nổi 29,25 m 44 3.3.1.3 Đánh giá hiệu chất lượng nước phương pháp di chuyển vật chất thời điểm năm 2005 49 3.3.2 Đánh giá thời điểm năm 2011 58 3.3.2.1 Kết nghiên cứu năm 2011 58 3.3.2.2 Đánh giá hiệu trữ lượng thời điểm năm 2011 mực nước hồ Bàu Nổi dâng cao đạt 30,37 m 61 3.3.2.3 Đánh giá hiệu chất lượng nước phương pháp di chuyển vật chất thời điểm năm 2011 66 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ KHAI THÁC NƯỚC TRONG KHU VỰC BÀU NỔI 75 4.1 Đặt vấn đề 75 4.2 Đề xuất kỹ 77 4.3 Đề xuất quản lý 79 4.4 Thiết kế tính tốn hành lang khai thác nước Bàu Nổi .80 KẾT LUẬN .88 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH VẼ Tên hình biểu đồ hình vẽ STT Trang Hình 1.1 Vị trí khu vực nghiên cứu Hình 1.2 Biểu đồ khí tượng trạm Bàu Nổi (năm 2005 đến 2010) Hình 2.1 Sơ đồ bổ sung trực tiếp 22 Hình 2.2 Bổ sung nhân tạo từ nước sơng thấm qua trầm tích đáy 23 Hình 2.3 Chứa nước đất dùng giếng khoan hai mục đích 25 Hình 2.4 Bổ cập cục cho khai thác thường xun 26 Hình 3.1.Mơ vận động từ hồ chảy vào giếng chênh lệch mực nước mặt cắt bình diện Hình 3.2 Sự suy giảm nồng độ di chuyển từ hồ tới cơng trình khai thác 32 33 Hình 3.3 Nước hồ bổ sung cho cơng trình khai thác 33 10 Hình 3.4 Ảnh chụp vệ tinh hồ Bàu Nổi năm 2005 40 11 Hình 3.5 Sơ đồ bố trí bơm hút thí nghiệm chùm 45 12 Hình 3.6 Mặt cắt thể cốt cao giếng tia vng góc với hồ chùm thí nghiệm mực nước trạng thái tự nhiên 45 13 Hình 3.7 Mặt cắt thể hạ thấp mực nước hút nước KS-BN 47 14 Hình 3.8 Mơ khoảng cách tính tốn di chuyển 55 15 Hình 3.9 Chiếu ảnh giếng khoan qua biên cấp 55 16 17 Hình 3.10 Đồ thị suy giảm E.Coli di chuyển Hình 3.11 Ảnh chụp từ vệ tinh hồ Bàu Nổi năm 2010 57 18 Hình 3.12 Sơ đồ hóa miền thấm với hai giếng hút 63 19 Hình 3.13 Mặt cắt thể cốt cao giếng khoan mực nước hồ năm 2011 59 63 20 21 Hình 3.14 Mặt căt thể hạ thấp mực nước hai giếng làm việc đồng thời 64 Hình 3.15 Mơ khoảng cách tính tốn di chuyển 71 71 24 Hình 3.16 Chiếu ảnh giếng khoan hành lang khai thác qua biên cấp Hình 3.17 Đồ thị quan hệ khoảng cách lượng nước bổ sung từ hồ Bàu Nổi cho cơng trình khai thác với lưu lượng 440 m3/ngày Hình 4.1 Sơ đồ miền thấm với giếng khoan hút nước 25 Hình 4.2 Mặt cắt qua giếng khoan đề xuất 81 22 23 Bản Đồ Địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu tỷ lệ: 1: 50.000 74 80 DANH MỤC BẢNG BIỂU STT Tên bảng biểu Bảng 1.1 Đặc trưng yếu tố khí tượng trạm Bàu Nổi (năm 2005 đến 2010) Bảng 1.2 Thông số thủy văn hồ Bàu Trắng Trang 10 Bảng 1.3 Kết bơm thí nghiệm lỗ khoan tầng chứa nước Pleistocen Bảng 3.1 Thông số thủy văn Bầu Nổi năm 2004 Bảng 3.2 Kết phân tích số thành phần nước Bàu Nổi năm 2004 Bảng 3.3 Thông số thủy văn Bàu Nổi năm 2005 13 40 40 42 17 Bảng 3.4 Kết phân tích số thành phần nước Bàu Nổi năm 2005 Bảng 3.5 Các thông số giếng khoan thực Bảng 3.6 Kết phân tích mẫu nước số giếng khoan Bắc Bình năm 2005 Bảng 3.7 Kết tính tốn biến đổi nồng độ chất ô nhiễm nước hồ di chuyển vào trình khai thác nước thời điểm 2005 Bảng 3.8 Kết phân tích chất lượng nước hồ Bàu Nổi năm 2011 Bảng 3.9 Kết phân tích mẫu nước số giếng khoan Bắc Bình năm 2011 Bảng 3.10 Kết đo mực nước tĩnh số giếng khoan Bảng 3.11 Bảng lưu lượng giếng tham gia tính tốn Bảng 3.12 Bảng khoảng cách giếng điểm M tới giếng Bảng 3.13 Kết tính tốn biến đổi nồng độ chất ô nhiễm nước hồ di chuyển vào trình khai thác nước thời điểm 2011 Bảng 3.14 Bảng lưu lượng giếng miền tính tốn 18 Bảng 3.15 Bảng khoảng cách giếng hành lang cách hồ 50m 72 19 Bảng 4.1 Bảng lưu lượng giếng khoan tính tốn 82 10 11 12 13 14 15 16 42 43 44 54 59 60 61 63 64 69 72 77 Chất lượng: - Tuy nước hồ Bàu Nổi năm 2011 có chất lượng tốt so với năm 2005, song số chất nguy hại NH4+, E.coli, Coliform cịn có hàm lượng tương đối cao nên di chuyển trình giếng KS-BN QT-BN hút nước cách hồ 25 m, hiệu tự làm quãng đường di chuyển 25 m mức cao giá trị quy định QCVN: 09/2008/ BTNMT; theo tính tốn chương khoảng cách an tồn cho khai thác nước khơng bị nhiễm vi khuẩn từ hồ Bàu Nổi di chuyển vào cơng trình khai thác hút nước với Q =440m3/ngày 100 m; * Thất tài ngun nước - Có nhiều nguồn lộ nước xuất với lưu lượng từ 0,01÷ 0,25 l/s cá biệt đến 0,5 l/s, việc thất thoát tài nguyên nước từ nguồn lộ lãng phí; Vậy để tồn dân huyện tính đến năm 2020 sử dụng nước lượng nước cung cấp thiếu: Lượng nước khai thác sử dụng địa bàn huyện Với 77% số dân có nguồn nước để khai thác, tạm đủ sinh hoạt: Q = 77% x11357=8745 m3/ngày; Nhà máy nước Hoà Phú khai thác khoảng 500m3/ngày; Nếu khơng tính lượng nước cấp từ cơng trình Bàu Nổi tổng lượng nước khai thác khu vực là: 8745+ 500 =9.245 m3/ngày; Nếu tính nước khai thác, trước cấp tới người sử dụng thường phải qua hệ thống xử lý Để tính tốn cho cung cấp nước đảm bảo lượng nước, luận văn giả sử lượng nước thất thoát trình xử lý chiếm 15% lượng nước khai thác; Vậy lượng nước cần để cung cấp đủ huyện thiếu là: Q =11.357-9.245 =2112 m3/ngày +15% x2112m3/ngày ≈ 2400 m3/ngày 4.2 Đề xuất kỹ thuật Từ sở nêu trên, luận văn đề xuất số giải pháp khai thác nước cho khu vực Bàu Nổi với tầm nhìn đến năm 2020 với mục tiêu “toàn dân sử dụng nước” sau: 78 1- Nâng cơng suất cơng trình khai thác Bàu Nổi Cơng trình khai thác nước giếng khoan, khai thác với tổng lưu lượng 900 m3/ngày; với chiều dày trung bình tầng chứa nước nơi dự định đặt giếng khoan khai thác 32,85 m, số lượng giếng khoan dự tính giếng khoan cách 50 m, giếng hút với Q = 300 m3/ngày; chiều sâu giếng 40 m, đường kính ống chống 168 mm, đường kính ống lọc 114 m, chiều dài ống lọc giếng tính phù hợp với lưu lượng hút đường kính ống lọc, phù hợp với thành phần đất đá tầng chứa nước, chiều dài ống lọc tính sau: l   Q d (4.2) Trong đó: l – Chiều dài ống lọc, m; d – Đường kính ống lọc, 114 mm; Q –Lưu lượng giếng khoan thiết kế, Q = 300 m3/ngày = 12,5 m3/h; α – Hệ số kinh nghiệm (ở lấy 60) Thay số vào (4.2) ta l  60  12,5  7m 114 Ta chọn chiều dài ống lọc 8m, luận văn dự định đặt ống lọc độ sâu từ 24 m đến 32 m; khoảng cách giếng 50 m, bố trí theo hành lang khai thác dạng đường thẳng song song cách hồ Bàu Nổi 50 m; 2- Đề xuất cơng trình khai thác nước khu Bàu Trắng Trên sở khảo sát thấy rằng, khu hồ Bàu Trắng gồm hai hồ Bàu Bà Bàu Ơng có thơng số thủy văn trình bày bảng 1.2 (chương 1) Tại khai thác nước từ hai giải pháp như: + Giải pháp 1: áp dụng BSNT NDĐ công nghệ thấm qua bờ khu Bàu Trắng tiến hành khai thác nước từ tầng chứa nước để phục vụ nhu cầu sinh hoạt cho cư dân đây; + Giải pháp 2: khai thác nước cách bơm trực tiếp nước từ hồ đưa tới hệ thống xử lý nước từ cung cấp nước để phục vụ nhu cầu sinh hoạt tưới cư dân; 79 Đề xuất giải pháp gom nước từ nguồn lộ Qua kết nghiên cứu khảo sát thực tế Trung tâm nghiên cứu vấn đề nước thực năm 2011cho thấy dọc ven biển khu Bàu Nổi Bàu Trắng thuộc huyện Bắc Bình xuất nhiều nguồn lộ với lưu lượng 0,01÷ 0,25 l/s cá biệt 0,5 l/s đến lớn hơn, chảy phía địa hình thấp đổ biển; Qua đó, luận văn đề xuất giải pháp thu gom nước từ nguồn lộ Với nguồn lộ phân bố gần thu tập chung đưa trạm xử lý, từ lượng nước dùng việc cấp nước cho cư dân với quy mô lớn đạt được; với nguồn lộ nằm rải rác nguồn lộ thu gom cấp cho cư dân gần với quy mơ nhỏ lẻ cho mục đích khác sinh hoạt, tưới ….Tùy vị trí lưu lượng nguồn lộ mà xây dựng dạng cơng trình thu gom khác như: thùng chứa, ống dẫn nước nhựa, tre ván gỗ hay rãnh đào, giếng thu nước…; Xây hồ nhân tạo - Đào tạo hồ, hào, dạng cơng trình nằm ngang hở khu vực địa hình trũng có hướng chạy dài hướng song song với đường bờ biển có chiều sâu, sâu mực nước tĩnh nước đất từ – m, khu vực địa hình trũng nhằm thu gom nước mưa, nước chảy từ đụn cát nơi khu địa hình cao có hướng chảy phía biển Nước hồ đào nhân tạo có ý nghĩa cho việc cung cấp nước cho hộ dân cư lân cận phục vụ cho tưới rau màu; 4.3 Đề xuất quản lý - Cần phổ biến, tuyên truyền rộng rãi tới dân cư tầm quan trọng lợi ích hồ Bàu Nổi hồ Bàu Trắng vấn đề cung cấp nước cho sinh hoạt; - Thành lập Ban quản lý hồ khu vực ven biển huyện Bắc Bình; - Đưa văn bản, quy định chế tài rõ ràng, không chồng chéo phục vụ cho mục đích bảo vệ hồ nước đất khu vực ven biển huyện Bắc Bình, bình Thuận; - Có biện pháp mạnh với hay tổ chức có hành động gây nhiễm phá hoại hồ; 80 - Thường xuyên kiểm tra, quan trắc định kỳ mực nước, chất lượng nước hồ, nước đất giám sát chặt chẽ trữ lượng, chất lượng nguồn nước Nếu nước hồ bị ô nhiễm mức mà gần khai thác nước với cơng nghệ thấm qua bờ cần dừng khai thác xử lý ô nhiễm; - Thường xuyên quan trắc yếu tố khí tượng thủy văn khu vực; - Không tùy ý nâng công suất công trình khai thác cơng trình Bàu Nổi Việc nâng cơng suất cơng trình khai thác phải quan chuyên môn đánh giá trước quan quan lý nhà nước cấp phép; - Theo thời gian yếu tố gây tắc nghẽn làm cản trở lượng nước thấm từ hồ vào cơng trình khai thác hay nói cách khác yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động công nghệ thấm qua bờ, cần tiến hành nạo vét để giảm yếu tố gây tắc nghẽn - Khi thu hút nhà đầu tư vào huyện cần phải xác định rõ nhu cầu dùng nước nhà đầu tư, nhằm đảm bảo nước cho sản xuất nhà đầu tư vệc đảm bảo khai thác nước bền vững khu vực; 4.4 Thiết kế tính tốn hành lang khai thác nước Bàu Nổi * Sơ đồ hóa miền tính tốn thấm Dãy giếng khoan nằm tầng chứa nước bán vô hạn vơi biên loại ranh giới với hồ Bàu Nổi với sức cản trầm tích lịng hồ ∆L =9 m Vì vậy, luận văn sử dụng phương pháp chiếu cộng dịng để tính tốn sau dịch chuyển biên khoảng cách m; Sơ đồ miền tính tốn thể hình 4.1 mặt cắt hình 4.2 Hình 4.1 Sơ đồ miền thấm với giếng khoan hút nước 81 Hình 4.2 Mặt cắt qua giếng khoan đề xuất * Tính tốn dự báo hạ thấp mực nước - Xác định trị số hạ thấp mực nước cho phép: Mực nước hạ thấp cho phép lấy theo công thức kinh nghiệm Scp = 0,5 x h = 0,5 x 32,85 = 16,4 m - Xác định hạ thấp mực nước giếng khoan giếng đồng thời làm việc hút với lưu lượng Q = 300 m3/ ngày; Áp dụng công thức (3.28) chương 3; S tt  Qt     n   ln  i 1  i ln i  2Km  rlk ri  Ở đây: - Qtt – Trữ lượng khai thác nước đất, m3/ngày; - Stt - Trị số hạ thấp giếng nghiên cứu, m; - rlk ri – Bán kính lỗ khoan nghiên cứu khoảng cách từ lỗ khoan thật, m; - 0  Q0 Q  i  i Qt Qt - Q0, Qi - Lưu lượng giếng khoan nghiên cứu giếng khoan thứ i gây can nhiễu m3/ngày; - Qt –Tổng lưu lượng khai thác nước đất, m3/ngày; 82 -   i - Khoảng cách từ giếng khoan nghiên cứu tới giếng khoan ảo từ đến giếng khoan ảo cịn lại, m; * Với giếng khoan GK1; Theo công thức (3.28) Stt  Qt    n 0 ln i1i ln i  2Km rlk ri  Ở đây: - m = (32,85+30,44)/2 =31,65 m; - Qt = 300 x = 900 m3/ngày; -  = 300/900 = 0,33;  i = 300/900 = 0,33 -  : Khoảng cách từ GK1 tới GK1’: 118 m; - r lk - Bán kính giếng khoan: 0,057 m; - i - Khoảng cách từ GK1 tới giếng ảo khác GK2’; GK3’; hệ thống tính tốn (xem bảng 4.2) - ri – Khoảng cách từ GK1 tới giếng thật GK2, GK3; làm việc hệ thống bãi giếng (xem bảng 4.2) Bảng 4.1 Bảng lưu lượng giếng khoan tính tốn KH Giếng Q (m3/ ngày) GK1 GK2 GK3 GK1’ GK2’ GK3’ 300 300 300 -300 -300 -300 Bảng 4.2 Khoảng cách giếng tính tốn (m) GK1 GK1 GK2 GK3 GK1' GK2' GK3' 0,057 GK2 GK3 GK1' GK2' GK3' 50 100 118 128,2 154,7 0,057 50 128,2 118 128,2 0,057 154,7 128,2 118 0,057 50 100 0,057 50 0,057 83 Thay số vào công thức (3.28) ta được: Stt  Qt    900 n 0 ln i1i ln i    2Km rlk ri  2 3,14  12,67  31,65  300 118 300 128,2 300 154,7    ln  ln  ln  0,057 900 50 900 100   900 Suy Stt = 1,07 m = hạ thấp giếng GK1 < Scp =16,4 m Bằng phép tính tương tự, ta tính hạ thấp mực nước giếng GK2, GK3; kết tính tốn bảng 4.3 Bảng 4.3 Bảng trị số hạ thấp mực nước giếng khoan Ký hiệu giếng Q ( m3/ ngày) Hạ thấp Stt (m) SCP (m) GK1 300 1,07 16,4 GK2 300 1,13 16,4 GK3 300 1,07 16,4 Với sơ đồ thiết kế bãi giếng gồm giếng; lưu lượng hút giếng Q =300 m3/ ngày; tổng lưu lượng bãi giếng 900 m3/ngày; khoảng cách giếng gần 50 m; giếng bố trí theo đường thẳng cách hồ Bàu Nổi 50m hoàn toàn hợp lý (Stt