Đánh giá tình trạng cân bằng tài nguyên nước và đề xuất phương án khai thác sử dụng hợp lý nguồn nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy

Mục tiêu của luận án

- Xác định được các thành phần tham gia vào cân bằng nước (bao gồm nước mặt và nước dưới đất) lưu vực sông Nhuệ - Đáy. - Đề xuất được giải pháp khai thác sử dụng hợp lý và bảo vệ nguồn nước trong các vùng cân bằng nước đã phân chia trong lưu vực nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp xác suất thống kê: Được sử dụng để đánh giá mối tương quan giữa cao độ mực nước dưới đất với cao độ địa hình và xác lập phương trình tuyến tính hồi quy bội giữa cao độ mực nước dưới đất với các yếu tố khí hậu từ đó đánh giá các mối quan hệ đó. - Phương pháp bản đồ và GIS: Được sử dụng để chồng chập các bản đồ thành phần theo cơ sở nguyên tắc phân vùng cân bằng nước để phân chia lưu vực nghiên cứu thành các vùng cân bằng nước và thành lập các bản đồ, bản vẽ khác trong luận án.

Những điểm mới của luận án

- Phương pháp trí tuệ nhân tạo: Áp dụng phương pháp mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) để huấn luyện, kiểm định, kiểm tra và dự báo cao độ mực nước dưới đất trong các tầng chứa nước khe nứt lộ trên bề mặt. - Phương pháp mô hình số: Sử dụng mô hình SWAT-MODFLOW để xây dựng mô hình cân bằng tài nguyên nước mặt và nước dưới đất xác định định lượng các thành phần tham gia vào cân bằng nước cho lưu vực sông Nhuệ - Đáy.

Luận điểm bảo vệ

- Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến của các chuyên gia, các nhà khoa học trong lĩnh vực tài nguyên nước thông qua các cuộc hội thảo, sinh hoạt chuyên đề.

Cơ sở tài liệu của luận án

- Kết quả hút nước thí nghiệm xác định các thông số địa chất thủy văn của 361 lỗ khoan nghiên cứu tầng chứa nước qp; 44 lỗ khoan trong tầng chứa nước qh và 130 lỗ khoan trong các tầng chứa nước khe nứt trong vùng nghiên cứu. - Thí nghiệm thấm bổ sung (Seepage) tại 8 vị trí ven sông Đáy phân bố đều trên chiều dài dòng chính sông Đáy từ huyện Phúc Thọ (đập Vân Cốc) đến huyện Chương Mỹ (trạm Ba Thá).

Cấu trúc của luận án

- Dữ liệu mực nước quan trắc hàng năm tại 121 công trình quan trắc tài nguyên nước quốc gia. - Kết quả khoan nghiên cứu ĐCTV tại 04 lỗ khoan tại khu vực xã Phú Nam An, huyện Chương Mỹ, TP.Hà Nội, trong đó: 02 lỗ khoan trong tầng chứa nước qh,;.

ĐẶC ĐIỂM VÙNG NGHIÊN CỨU, PHÂN VÙNG CÂN BẰNG NƯỚC VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THÀNH PHẦN THAM GIA CÂN BẰNG NƯỚC

Phân vùng cân bằng nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy

Đối với khu vực đồng bằng nằm về tả ngạn sông Đáy của lưu vực sông Nhuệ - Đáy NCS rà soát, tổng hợp từ 06 vùng tưới, tiêu phân lập bằng các hệ thống đê kè hiện hữu gồm Đan Hoài, Sông Nhuệ, Bắc Nam Hà, Nam Ninh, Xuân Thủy, Hải Hậu kết hợp với các nội dung tương ứng với các lớp bản đồ chuyên đề xác lập được 03 vùng cân bằng nước từ 06 vùng tương ứng là 06 hệ thống thủy lợi kể trên, cụ thể là (1) Vùng sông Nhuệ - Đan Hoài được tổng hợp từ 02 vùng tưới – hệ thống thủy lợi sông Nhuệ và Đan Hoài (gọi tắt là vùng cân bằng nước 2); (2) vùng Bắc Nam Hà (gọi tắt là vùng cân bằng nước 4 - phạm vi được lấy hoàn toàn từ vùng tưới – hệ thống thủy lợi Bắc Nam Hà); (3) vùng ven biển được tổng hợp từ các vùng tưới - hệ thống thủy lợi Nam Ninh, Xuân Thủy, Hải Hậu (gọi tắt là vùng cân bằng nước 5). Các thành phần chính tham gia vào cân bằng nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy bao gồm các thành phần đến và đi như: dòng chảy mặt nội sinh từ mưa trong vùng, dòng chảy mặt đến và đi do chuyển nước liên lưu vực bằng công trình, dòng chảy mặt đến và đi từ vùng cân bằng khác, tương tác của nước mặt và NDĐ (cung cấp và thoát từ sông), thấm trực tiếp từ mưa cho nước dưới đất, thấm xuyên giữa các tầng chứa nước, khai thác nước và sự trao đổi cung cấp/thoát của các tầng chứa nước khe nứt vào các tầng chứa nước lỗ hổng ở khu vực ven rìa, dòng ngầm đến và đi từ vùng cân bằng khác.

Cơ sở lý thuyết mô hình tính toán cân bằng nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy Như đã trình bày ở trên, các thành phần cân bằng nước lưu vực sông chủ yếu từ

Ngoài ra, vùng cân bằng 2 còn có trạm bơm tưới Phù Sa, trạm bơm dã chiến Bá Giang, trạm bơm dã chiến Phù Sa chuyển nước từ sông Hồng hiện chưa có hoạt động quan trắc tự động mực nước thượng lưu bể hút, nghiên cứu sinh sử dụng thông số thiết kế lưu lượng bơm của từng công trình kết hợp kế hoạch (thời gian) tưới theo ngày trong. kết quả tính toán khá phù hợp giữa 02 phương pháp. +) Đối với vùng cân bằng 4: tương tư như vùng cân bằng 2, đây chính là hệ thống thủy nông Bắc Nam Hà, từ bao đời nay được bao bọc bởi hệ thống đê và lấy các sông trục chính là sông Đáy, sông Châu Giang, sông Đào làm ranh giới phân vùng. Các đối tượng dùng nước sử dụng trực tiếp nước từ sông, kênh nội đồng kết hợp với chuyển nước bằng động lực từ sông Hồng, sông Đáy, sông Châu Giang, sông Đào – Nam Định vào để sử dụng tại trạm 6 trạm bơm tưới lớn như trạm bơm Như Trác, Hữu Bị, Cốc Thành, Cổ Đam, Nhâm Tràng, Triệu Xá..Để tính toán lượng chuyển nước vào phân vùng bằng công trình, nghiên cứu sinh sử dụng chuỗi số liệu quan trắc tự động theo thời gian thực được công bố trực tiếp hàng ngày tại Website https://bacnamha.com/ theo thời gian thực của Công ty TNHH MTV khai thác thủy lợi Bắc Nam Hà, sử dụng phương pháp thống kê để tính toán. +) Đối với vùng cân bằng 5: là hệ thống các tiểu thủy nông gồm Nam Định, Giao Thủy, Hải Hậu, Nam Ninh Bình đều lấy các sông trục chính như sông Đào – Nam Định, sông Ninh Cơ, sông Đáy và sông trục ngoài là sông Hồng làm ranh giới các tiểu vùng khép kín bằng hệ thống đê bao kết hợp ngăn mặn, việc sử dụng nước của các đối tượng bằng nguồn nước nội tại trong phân vùng hoặc sử dụng chuyển nước bằng công trình bơm động lực, cống điều tiêt ngăn mặn lấy nước từ các sông trục như sông Đào, sông Hồng, sông Đáy.vào phân vùng. Trong đó, phụ kiểu I-A nước dưới đất có quan hệ thủy lực chặt chẽ với sông Hồng, đặc trưng bởi cấu trúc địa chất thủy văn dưới đáy sông Hồng gồm 3 lớp chứa nước (qh, qp2 và qp1) tạo thành một hệ thống thủy lực. Phụ kiểu I-B đặc trưng bởi cấu trúc địa chất thủy văn dưới đáy sông Hồng gồm lớp cách nước hệ tầng Vĩnh Phúc và 2 lớp chứa nước qp2 và qp1. tạo thành một hệ thống thủy lực. Phụ kiểu II-A đặc trưng bởi sông Hồng cắt vào lớp chứa nước qh, giữa lớp chứa nước qh và qp2 không có lớp cách nước nên tạo thành một hệ thống thủy lực, lớp chứa nước qp1 được ngăn cách bởi lớp cách nước. Phụ kiểu II-B đặc trưng bởi sông Hồng cắt vào lớp chứa nước qh, giữa lớp chứa nước qh và qp2 tồn tại lớp cách nước, giữa lớp chứa nước qp2 và qp1 không có lớp cách nước nên tạo thành một hệ thống thủy lực. Kiểu III đặc trưng bởi sự có mặt đầy đủ các lớp chứa nước và các lớp cách nước ngăn cách giữa các lớp nên mức độ quan hệ thủy lực giữa sông Hồng với lớp chứa nước qp2 và qp1 kém hơn. Kết quả nghiên cứu cũng xác định được kiểu điều kiện biên trên sông Hồng đối với các lớp chứa nước là biên sông. Do đó trong nghiên cứu này, NCS kế thừa kết quả nghiên cứu điều kiện biên sông Hồng đoạn chảy qua thành phố Hà Nội. Theo đó NCS mô phỏng biên sông Hông là biên sông với trị số mực nước trên sông là mực nước quan trắc trung bình tháng giai đoạn 1995-2022, cốt cao đáy sông được sử dụng từ tài liệu khảo sát đo đạc mặt cắt sông Hồng. Đối với biên sông Hồng từ Hưng Yên ra đến biển do chưa có tài liệu nghiên cứu chi tiết nên NCS lấy tương tự đối với đoạn từ Thống Nhất huyện Thường Tín đến Quang Lãng huyện Phú Xuyên thành phố Hà Nội. Đối với các sông Hoàng Long, sông Bôi và hệ thống sông, suối khác ở khu vực Hòa Bình, NCS mô phỏng là biên tổng hợp, trong đó sử dụng số liệu mực nước tại các trạm thủy văn Như Tân, Bến Đế. Đối với các sông khác như sông Đáy, sông Nhuệ, sông Đào, sông Ninh Cơ được kế thừa từ các nghiên cứu trước đây của các tác giả khi xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất vùng đồng bằng sông Hồng [10], [18],. Sơ đồ hóa điều kiện biên đối với các tầng chứa nước khu vực nghiên cứu c) Kết quả chỉnh lý mô hình.

Kết quả đánh giá cân bằng nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy

= 192,52 triệu m3/năm cho thấy trong vùng được điều tiết bởi hệ thống sông, kênh nội đồng và hồ, ao, đầm, điền trũng với giá trị 192,52 triệu m3/năm phù hợp với số liệu tổng dung tích hồ chứa thủy lợi trong vùng (theo thống kê từ sổ tay tra cứu thông tin đập, hồ chứa bước do Tổng cục thủy lợi ban hành năm 2020) kết hợp với danh mục hồ, ao không được san lấp trong vùng đã được UBND tỉnh Hòa Bình và thành phố Hà Nội công bố với tổng dung tích hồ, ao trong vùng cân bằng 1 là 179,91 triệu m3 chưa kể đến lượng trữ trực tiếp trong sông, kênh nội đồng của vùng. Giá trị ΔS có nghĩa là thay đổiS = 40,75 triệu m3/năm cho thấy trong vùng được điều tiết bởi hệ thống sông kênh nội đồng và hồ, ao, đầm, điền trũng với giá trị 40,75 triệu m3/năm phù hợp với số liệu tổng dung tích hồ chứa thủy lợi trong vùng (theo thống kê từ sổ tay tra cứu thông tin đập, hồ chứa bước do Tổng cục thủy lợi ban hành năm 2020) kết hợp với danh mục hồ, ao không được san lấp trong vùng đã được UBND tỉnh Hòa Bình công bố với tổng dung tích hồ, ao trong vùng cân bằng 3 là 75,19 triệu m3 chưa kể đến lượng trữ trực tiếp trong sông, kênh nội đồng của vùng.

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KHAI THÁC SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY