6. Cơsở tài liệu và cấu trúc luận văn
3.1. Thành lập và chỉnh lý mô hình nhiễm mặn nướcngầm vùng ven biển Hà Tĩnh
Tĩnh
3.1.1 Sơ đồ hoá các điều kiện của mô h
- Lưới phân sai của mô hình
Khu vực nghiên cứu đư 372 cột với kích thước bư
Trên sơ đồ tính toán c điều kiện ranh giới và đi
63
CHƯƠNG 3
ẶC ĐIỂM XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM VÀ CÁC GI VỆ, SỬ DỤNG HỢP LÝ
ỉnh lý mô hình nhiễm mặn nước ngầm ồ hoá các điều kiện của mô hình
a mô hình
u được chia bước đều dưới dạng các ô lướ c bước lưới là 250m × 250m(hình 3.1)
Hình 3.1: Lưới phân sai của mô hình
tính toán của mô hình thể hiện hình dạng không gian c i và điều kiện ban đầu, chiều sâu mực nướ
À CÁC GIẢI PHÁP BẢO
ớc ngầm vùng ven biển Hà
ới gồm 480 hàng và
ình
ng không gian của miền thấm, ớc ngầm và mực áp
lực.Xuất phát từ phát từ sơ đ cứu được mô phỏng miền th
Lớp 1: tầng chứa nư Lớp 2: là tầng chứa nư Lớp 3: là tầng thấm nư
Hình 3.2: Sơ đồ hóa các tầng chứa n 3.1.2. Xây dựng và c
1) Dữ liệu các yếu t
Bản đồ địa hình đư vùng ven biển Hà Tĩnh t Bản đồ này được sử dụng đ điều kiện biên trên bình di
64
sơ đồ điều kiện ĐCCT-ĐCTV đã được nêu trên n thấm trong môi trường 3 lớp như sau (hình a nước trong trầm tích Holocen (qh);
a nước trong trầm tích Holocen (qp); m nước yếu trong các đất đá trước Đệ tứ.
ồ hóa các tầng chứa nước trên bình đồ v à cập nhật dữ liệu đầu vào trên mô hình
u tố về địa hình
được số hóa thành dạng điểm x, y, z trên cơ s
ĩnh tỷ lệ 1/50.000. Tọa độ điểm được xác định theo h ng để thiết kế mô hình, làm căn cứ để xác đ n biên trên bình diện cũng như các yếu tố khác có liên quan.
c nêu trên, vùng nghiên sau (hình 3.2):
ồ và trên mặt cắt ào trên mô hình
trên cơ sở bản đồ địa hình nh theo hệ VN2000. xác định hệ thống các khác có liên quan.
65
2) Dữ liệu các yếu tố về ĐC-ĐCTV
Các thông tin về yếu tố địa chất, địa chất thủy văn gồm đặc điểm thạch học, các thông số tầng chứa nước đặc điểm ĐC-ĐCTV các tầng và các phức hệ chứa nước. Các dạng bản đồ được bổ sung trong mô hình gồm có:
- Bản đồ đẳng đáy của các tầng chứa nước và cách nước. Các bản đồ này được thành lập trên cơ sở tài liệu phân tầng ĐC-ĐCTV, các mặt cắt thăm dò, các cột địa tầng lỗ khoan và cấu trúc địa chất của vùng. Các bản đồ đẳng đáy mô hình sẽ làm căn cứ để tính toán và hiệu chỉnh thông số trường thấm trên mô hình.
- Bản đồ phân vùng hệ số thấm K (m/ng) của các lớp trên mô hình, được thành lập trên cơ sở tài liệu thí nghiệm ĐCTV bao gồm các bản đồ sau:
Bản đồ phân vùng hệ số thấm lớp 1; Bản đồ phân vùng hệ số thấm lớp 2; Bản đồ phân vùng hệ số thấm lớp 3.
- Bản đồ phân vùng hệ số nhả nước S, Sy của lớp chứa nước trong mô hình. Được thành lập trên cơ sở tài liệu thí nghiệm ĐCTV tiến hành trong các tầng chứa nước lỗ hổng qh, qp và trước Đệ tứ, chúng biến đổi từ 0.0001 ÷ 0.11. Bao gồm các bản đồ sau:
Bản đồ phân vùng hệ số nhả nước lớp 1; Bản đồ phân vùng hệ số nhả nước lớp 2; Bản đồ phân vùng hệ số nhả nước lớp 3.
66
67
68
69
70
71
72
3) Giá trị bổ cập và bốc hơi
Khu vực nghiên cứu nằm trong vùng khí hậu Bắc Trung Bộ nên cũng có khí hậu mang tính đặc trưng của vùng. Theo tài liệu quan trắc năm tại trạm khí tượng Bến Thủy, lượng mưa biến đổi như sau:
Cho đến nay, tại khu vực nghiên cứu chưa có thí nghiệm nghiên cứu nào về lượng bổ cấp cho nước dưới đất từ nước mưa.Tuy nhiên nhiều nghiên cứu khác nhau ở những vùng tương tự cho thấy giá trị này chiếm từ 25 ÷ 30% lượng mưa.Hơn thế nữa, lượng bổ cấp này cũng phụ thuộc vào đặc điểm địa chất thủy văn lớp phủ và địa hình của chúng.Chính vì vậy, học viên đã phân ra 3 vùng cung cấp thấm với các giá trị khác nhau tương ứng với vùng sườn dốc, vùng thung lũng sông suối và vùng chuyển tiếp.
Hình 3.9: Giá trị bổ cập và bốc hơi khu vực nghiên cứu
73
Trên diện tích khu vực nghiên cứu có sông La, sông Nghèn,…Kết quả hút nước thí nghiệm tại chùm lỗ khoan trong khu vựccho thấy giữa nước sông và nước dưới đất có quan hệ thủy lực với nhau và có một giá trị sức cản lòng tùy thuộc vào cấu trúc địa chất thủy văn cho từng mặt cắt. Chính vì vậy, hệ thống sông này được mô phỏng là biên tổng hợp (GHB) với mực áp lực trên biên được gán theo giá trị áp lực được quan trắc tại các trạm quan trắc nước mặt. Giá trị sức cản lòng được tính toán và chỉnh lý dựa theo kết quả các bài toán ngược.
Khu vực phía Tây vùng nghiên cứu là đất đá có tuổi Trias, thành phần thạch học là bột kết, cát két xen bột kết và sét vôi, sét bột kết vôi, cát bột kết vôi xen ít lớp mỏng đá vôi. Nhìn chung đây là loại đá ít nứt nẻ không chứa nước, cho nên chúng được mô phỏng là biên loại 2 với giá trị lưu lượng trên biên biến đổi theo thời gian. Giá trị lưu lượng này được xác định sơ bộ bằng công thức thủy động lực để tính lượng nước chảy từ bên rìa vào. Tuy nhiên, giá trị mô đun cung cấp này cũng biến đổi theo từng vị trí của biên và điều này cũng được xác định dựa vào kết quả các bài toán ngược.
Trên mặt cắt giá trị cung cấp thấm và bốc hơi đối với lớp thứ nhất được mô phỏng bằng biên loại 2.Độ lớn của nó được lấy tùy vào giá trị lượng mưa và bốc hơi trong tháng được quan trắc. Đối với khu vực nghiên cứu, giá trị này được chọn bằng 15 – 20 % giá trị bổ cập thực tế (lượng bổ cập = lượng mưa – lượng bốc hơi).Biên và giá trị trên biên đã được mô tả tỷ mỉ trong mục 3 giá trị bổ cấp và bốc hơi.Đối với phần tiếp xúc bên dưới của lớp 3 là lớp đất đá ít nứt nẻ thấm nước yếu được mô phỏng là biên loại 2 với giá trị lưu lượng trên biên Q = 0.
5) Điều kiện mực nước ban đầu và mực nước quan trắc để chỉnh lý mô hình
Để giúp cho việc giải các bài toán chỉnh lý trên mô hình được chính xác cần thiết phải xác định điều kiện mực nước ban đầu và mực nước tại các điểm quan trắc để so sánh và chỉnh lý mô hình.Từ năm 2013 đến nay trên địa bàn nghiên cứu đã xây dwungj 03 lỗ khoan thuộc mạng lưới quan trắc Quốc gia là QT3 –HT, QT5 – HT (quan trắc mực nước trong tầng qh) và QT2a – HT (quan trắc mực nước trong tầng qp). Kết hợp với kết quả quan trắc mực nước ngầm của các công trình thí nghiệm từ năm 1998 đến nay để làm tài liệu hiệu chỉnh mực nước của mô hình.
6) Điều kiện về lưu lượng khai thác
Tổng hợp trữ lượng khai thác nước ngầm trên địa bàn từ năm 2010 đến nay cho thấy với trữ lượng khai thác tiềm năng nước ngầm đạt 577.000 m3/ngày, khả năng khai thác sử dụng đạt. Theo dự báo tăng dân số đến năm 2030 và 2030 thì nhu cầu sử dụng
74 nước ngầm được ước tính như sau:
Bảng 3.1: Điều kiện khai thác nước ngầm vùng ven biển Hà Tĩnh TT Số hiệu
Lỗ khoan
Chiều sâu (m)
Vị trí dịa lý Toạ độ VN 2000 Lưu lượng
(m3/ng) (1000m3/ng) Huyện X Y 2014 2020 2030 1. G1 39 Can Lộc 2.037.069,00 567.949,00 199 387 441 2. TK 8 2.036.814 586.835 60 3. GKTY01 12 Cẩm Xuyên 2.021.312,00 615.452,00 80 439 464 4. GK1 40 2.020.926,22 615.633,82 70 5. G1 13 2.020.980,14 615.357,61 40 6. G1 40 2.011.277,86 618.987,43 12 7. LK1 35 2.020.341,14 601.514,81 40 8. CN 24 2.020.793 615.996 230 9. G.01 12 Kỳ Anh 1.997.442,00 644.050,00 100 1134 1487 10. G1 50 2.001.078,55 647.849,50 70 11. G1 50 1.988.065,30 656.249,61 180 12. G.01 20 1.998.610,32 639.111,96 20 13. G.01 10 2.001.693,73 646.064,05 40 14. G1 9 2.010.417,34 628.511,55 45 15. GK1 50 Nghi Xuân 2.061.981,34 575.829,93 50 221 246 16. G1 16 2.061.012,88 576.178,93 60 17. XV1 12 2.058.903 579.729 605 18. - - TX. Hồng Lĩnh - - - 80,1 95 19. TS1-TS10 18 Thạch Hà 2.036.245,06 589.891,20 50 492 531 20. G.01 18 2.019.343,95 594.173,28 40 21. G.01 4,5 2.027.257,00 586.958,00 200 22. TL 40 2.026.888 588.925 90 23. G.01 20 TP. Hà Tĩnh 2.028.249,91 594.637,65 15 132 154 24. Lộc Hà - - - 164 199 25. Hương Sơn - - - 201 232 26. Đức Thọ - - - 318 357 Tổng 2.296 3.488 4.206
7)Điều kiện biên nồng độ chất tan
Xác định toàn bộ ranh giới tiếp xúc tiếp xúc với biển dài 137 km là biên nồng độ chất tan với giá trị trung bình hàm lượng muối của nước biển là 32mg/m3
75
76
3.2. Kết quả chỉnh lý mô hình
Bài toán chỉnh lý mô hình (bài toán nghịch) được chia làm 36 bước thời gian, mỗi thời gian là 10 ngày tương ứng với đặc trưng động thái NDĐ trong năm. Thời gian chỉnh lý từ 4/2013 ÷ 5/2014.
Sau khi cập nhật các số liệu đầu vào, mô hình sẽ chỉnh lý theo hai bước:
- Bước thứ nhất là giải bài toán ổn định với mục đích sơ bộ kiểm tra lại các thông số ĐCTV và các điều kiện biên (chủ yếu là các điều kiện không biến đổi theo thời gian như giá trị sức cản thấm của biên) của mô hình. Bài toán kết thúc khi mực nước ban đầu trên mô hình đã được xác lập.
- Bước thứ hai là giải bài toán không ổn định với mục đích chỉnh lý hệ số thấm K, các điều kiện biên biến đổi theo thời gian và trị số nhả nước của các tầng chứa nước. Bài toán chỉnh lý kết thúc khi ta lập lại được động thái mực nước theo thời gian khi sai số mực nước quan trắc và mực nước tính toán trên mô hình đạt giá trị cho phép.
3.2.1. Chỉnh lý bài toán ổn định
Bài toán ổn định được giải qua hai bước nhằm kiểm tra các thông số ĐCTV và các điều kiện trên biên cũng như kiểm tra các lỗi do cập nhật dữ liệu mới của mô hình. Đặc biệt kiểm tra tính tương thích, hệ thống dữ liệu kèm theo mô hình.
- Bước thứ nhất giải bài toán với điều kiện mực nước ban đầu của các tầng, các hệ thống biên được lấy theo tài liệu quan trắc và xác định trên bản đồ thủy đẳng cao. Sau khi kết thúc bài toán mực nước ban đầu của mô hình được xác lập.
- Bước thứ hai tiếp tục giải bài toán không ổn định với điều kiện mực nước ban đầu là nghiệm của bài toán trước. Trong bước giải bài toán này chúng tôi đã kiểm định lại tính chính xác của mô hình qua nhiều bước lặp khác nhau, kiểm tra và hiệu chỉnh hệ số thấm K và sức cản thấm trên hệ thống biên.
Hình 3.1
3.2.2. Chỉnh lý bài toán không
Bài toán chỉnh lý không khu vực nghiên cứu trong b
Trên cơ sở mực nướ các điểm quan trắc. Từ đó ki
biên.Chỉnh lý và chính xác hóa các thông s của mô hình.
Bài toán chỉnh lý đư chỉnh lý sau cùng cho th giá trị đo được tại các đi tại tất cả các điểm quan tr
77
11: Mực nước ban đầu tính toán trên mô hình bài toán không ổn định
nh lý không ổn định được giải nhằm mô phỏng đ u trong bộ thời gian chỉnh lý.
ớc tính toán của mô hình theo thời gian, so sánh v đó kiểm tra độ nhạy và chính xác mực nướ
nh lý và chính xác hóa các thông số ĐCTV, lượng bổ cập, lư
ược thực hiện theo các phương án khác nhau. K
nh lý sau cùng cho thấy độ lệch giữa các mực nước tính toán trên mô hình so v i các điểm quan trắc đạt sai số cho phép. Sai số
m quan trắc thuộc khu vực nghiên cứu.Chi tiế
toán trên mô hình
ng động thái mực nước
i gian, so sánh với thực tế tại ớc, hệ số dẫn trên các p, lượng thấm xuyên
n theo các phương án khác nhau. Kết quả tại bước c tính toán trên mô hình so với này được kiểm định ết kết quả mực nước
78
chỉnh lý trên mô hình và mực nước tại một số lỗ khoan quan trắc khu vực nghiên cứu xem bảng 2 (phụ lục).
3.3. Hiện trạng xâm nhập mặn nước ngầm vùng ven biển Hà Tĩnh
1) Xâm nhập mặn tầng qh
Tổng độ khoáng hóa của nước trong tầng qh2 đa phần trong khoảng từ 0,1 - 1,0g/l tức là từ loại siêu nhạt đến nhạt thuộc loại hình hóa học clorur - bicarbonat hoặc bicarbonat - clorur - natri - calci. Nước trong tầng này được cung cấp bởi nước mưa là chính và có quan hệ thủy lực với nước hồ, nước sông và tầng chứa nước bên dưới.Tầng qh2 có diện tích rộng lớn nhất, kéo dài từ Tây Bắc đến Đông Nam vùng nhưng chiều dày tầng chứa nước mỏng.Riêng phần phân bố trong các dải cát ven biển có giá trị M trong khoảng 0,1 - 0,8g/l (trung bình 0,3g/l) thuộc loại nước siêu nhạt đến nhạt, có thể khai thác sử dụng cho mục đích sinh hoạt.
Tầng chứa nước qh1 có nước thuộc loại từ rất nhạt đến lợ, trong đó có các vùng phía Bắc, phía Nam và vùng ven rìa.Đây là những nơi có điều kiện trao đổi nước mạnh và gần miền cung cấp nước thuộc loại rất nhạt với thành phần clorur - bicarbonat - natri - calci.Giá trị M của nước thay đổi từ 1,0 - 3,0g/l có thành phần chính là clorur - natri. Ở dải trung tâm thuộc các huyện Thạch Hà và Can Lộc, nước dưới đất có thành phần clorur - natri - magie.
Do đặc điểm tầng chứa nước nằm nông, lớp cách nước (amQ21-2) bên trên mỏng (có nơi chỉ dày 0,5m); hệ thống sông ở đồng bằng chịu tác động của thủy triều, nước biển vào sâu nên ảnh hưởng đến tầng qh1. Dọc theo sông Gia Hội (Cẩm Xuyên)với chiều dài khoảng 12km tính từ biển, nước bị nhiễm mặn; đặc biệt, ven sông Cái (Thạch Hà) nước mặn đã vào sâu đến 22km.
Tầng chứa nước qh1 do không dồi dào về số lượng và hạn chế về chất lượng, nên không có ý nghĩa nhiều trong việc cung cấp nước, tuy nhiên, hiện tại nó vẫn là nguồn chủ yếu phục vụ cho dân sinh ở đồng bằng thuộc các huyện Đức Thọ, Can Lộc, Thạch Hà, Cẩm Xuyên và Kỳ Anh (vì, tại những nơi này không có các nguồn nước khác). Ở những vùng nước không bị nhiễm mặn, người dân thường lấy nước từ các giếng đào hoặc khoan sâu đến lớp cát, nơi có lưu lượng và chất lượng nước tốt hơn.
2) Xâm nhập mặn tầng qp
Trong tổng số các mẫu nước phân tích tổng độ khoáng hóa thì có trên 78 mẫu (chiếm 47%) có giá trị M lớn hơn 1,0g/l. Nước tầng qp bị nhiễm mặn chủ yếu ở các khoảnh nằm dọc theo các sông bị ảnh hưởng thủy triều và rải rác ở một số giếng nằm
79
gần biển. Giá trị M trong tầng qp biến đổi trong khoảng từ 0,04g/l đến 2,92g/l, tức là nước trong tầng thay đổi từ siêu nhạt đến lợ. Nước có đủ loại thành phần từ bicarbonat - clorur - calci - natri đến clorur - natri.
Phần diện tích trải dài từ vùng đồng bằng Can Lộc, Thạch Hà đến Cẩm Xuyên với 523km2 và vùng Kỳ Anh 70 km2 nước trong tầng qp bị nhiễm mặn. Dưới tác động của nước biển xâm nhập sâu vào nội địa qua các con sông ven biển như sông Hạ Vàng,