Những tài liệu ban đầu để mô hình hoá là những tài liệu phản ảnh điều kiện tồn tại của NDĐ trong phạm vi vùng nghiên cứu. Chúng phản ảnh cấu tạo địa chất, các thông số ĐCTV, các ranh giới và điều kiện trên ranh giới, động thái của NDĐ trong điều kiện tự nhiên và điều kiện tự nhiên bị phá huỷ. Công tác mô hình hoá đòi hỏi phải tổng hợp và hệ thống hoá tất cả các tài liệu ĐCTV, điều kiện tác dụng của dòng nước mặt với NDĐ. Những tài liệu này là cơ sở để xây dựng sơ đồ tính toán của mô hình, nó quyết định đến phương pháp và kết quả giải bài toán chỉnh lý và tính toán nhiễm mặn nước dưới đất.
Trên sơ đồ tính toán của mô hình thể hiện hình dạng không gian của miền thấm, điều kiện ranh giới và điều kiện ban đầu, chiều sâu mực nước ngầm và mực áp lực. Để phục vụ công tác sơ đồ hoá tính toán trên mô hình, khi lập mô hình dòng ngầm cho khu vực nghiên cứu đã mô tả chi tiết về điều kiện địa chất thủy văn, động thái cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến trữ lượng và điều kiện hình thành nước dưới đất.
a. Sơ đồ thực tế điều kiện ĐC-ĐCTV vùng lập mô hình
Căn cứ vào các đặc điểm địa chất, địa chất thuỷ văn và mức độ nghiên cứu của khu vực, có thể phân chia ra các đơn vị ĐCTV từ trên xuống dưới như sau
-Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Holocen trên (qh2) -Các thành tạo nghèo nước Holocen dưới
-Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Holocen dưới (qh1) -Các thành tạo rất nghèo nước Pleistocen trên
-Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Pleistocen (qp)
57
b. Mô hình hóa điều kiện địa chất thủy văn
Xuất phát từ phát từ sơ đồ điều kiện tự nhiên ĐCTV đã được sơ đồ hoá trên và các số liệu về các tầng chứa nước được mô phỏng lại bằng phần mềm Suffer. Với mục đích xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống các tầng chứa nước cũng như thấm nước yếu bao gồm miền cấp, miền vận động và miền thoát. Đủ điều kiện để chỉnh lý mô hình dòng ngầm và mô hình xâm nhập mặn. Từ đó đã lập được mô hình các tầng chứa nước của vùng nghiên cứu và các vùng còn lại của tỉnh Nam Định bao gồm 5 lớp nước chi tiết như sau:
-Lớp 1: là lớp thấm nước yếu bề mặt.
-Lớp 2: là tầng chứa nước trong trầm tích Holocene (qh). -Lớp 3: là tầng thấm nước yếu Pleistocen
-Lớp 4: là tầng chứa nước trong trầm tích Pleistocene (qp).
-Lớp 5: là khoảnh chứa nước thuộc phức hệ chứa nước khe nứt - lỗ hổng trong trầm tích Neogen (n).
* Xây dựng và cập nhật dữ liệu đầu vào trên mô hình
Từ nguồn tài liệu được thu thập, tổng hợp và đã được phân tích trên diện tích vùng nghiên cứu cùng tài liệu sau khi đã được sử lý và tính toán bằng hệ thống các phần mềm như: GIS... Tiến hành cập nhật và xây dựng mô hình trên phần mềm VisualModflow, các dữ liệu này đều được mô phỏng trên mô hình dưới dạng số.
a. Dữ liệu các yếu tố về địa hình:
Bản đồ địa hình được số hoá và gán các thông tin trên cơ sở nền bản đồ địa hình tỉ lệ 1/50.000 và bản đồ DEM 50 bề mặt địa hình.
b. Dữ liệu các yếu tố về ĐC-ĐCTV
Dữ liệu về điều kiện ĐCTV bao gồm các tầng và phức hệ chứa nước, các thể cách nước. Trên cơ sở sơ đồ và các mặt cắt được thành lập, đã tiến hành phân chia ranh
58
giới thiết lập mô hình khái niệm, xác định ranh giới điều kiện biên cho các tầng chứa nước trên bình diện và mặt cắt. Từ đó các bản đồ đẳng đáy của các tầng chứa nước và thấm nước yếu đã được thành lập. Nguyên tắc thành lập là trên cơ sở tài liệu phân tầng ĐC-ĐCTV của hầu hết các lỗ khoan đã thi công có trên địa bàn vùng nghiên cứu. Từ các bản đồ đẳng đáy mô hình số nội suy bản đồ đẳng dày cho 4 lớp của mô hình làm căn cứ để tính toán và hiệu chỉnh thông số trường thấm trên mô hình.
Phân chia tính thấm của các tầng chứa nước từ số liệu thực tế bơm thí nghiệm của các lỗ khoan thuộc vùng nghiên cứu tóm lược như hình 16, 17:
-Tầng chứa nước qh ở vùng nghiên cứu được chia ra 4 khoảnh có hệ số thấm dao động trung bình 8 - 20 m/ng.
-Tầng chứa nước qp ở vùng nghiên cứu được chia ra 8 khoảnh có hệ số thấm dao động trung bình 10 - 40 m/ng.
Hình 16: Sơ đồ phân bố trường thấm tầng
chứa nước qh
Hình 17: Sơ đồ phân bố trường thấm tầng
chứa nước qp
Phân chia hệ số nhả nước của các tầng chứa nước thuộc vùng nghiên cứu tóm lược như hình 18, 19:
59
-Tầng chứa nước qp ở vùng nghiên cứu được chia ra 3 khoảnh dao động trung bình 0,001 – 0,00051/m.
Hình 18: Sơ đồ phân bố hệ số nhả nước
tầng chứa nước qh
Hình 19: Sơ đồ phân bố hệ số nhả nước
tầng chứa nước qp
Bản đồ thuỷ đẳng cao và thuỷ đẳng áp của tầng chứa nước qh và qp được thành lập trên cơ sở tài liệu mực nước quan trắc. Được tổng hợp tính toán từ hệ thống cơ sở dữ liệu quan trắc từ 1/2000. Các bản đồ này được sử dụng làm cơ sở thiết lập điều kiện mực nước ban đầu cho mô hình.
Dữ liệu về giá trị bổ cập và bốc hơi: được xác định trên cơ sở tài liệu về lượng mưa, giá trị này được tính toán bằng 10-15% giá trị lượng mưa thực tế (Lượng mưa trung bình năm từ 1.750-1.800mm/năm). Dữ liệu bốc hơi cũng được lấy tương tự như trên, giá trị lượng bốc hơi ngầm được giới hạn ở chiều sâu 3m tính từ bề mặt địa hình.
c. Dữ liệu về quá trình khai thác nước:
Trên cơ sở các tài liệu hiện có về dữ liệu khai thác nước (chương I), đã mô hình hoá chúng trong mô hình đúng với điều kiện thực tế cả trên bình đồ và mặt cắt.
60
Các lỗ khoan khai thác tập trung sẽ được đưa vào mô hình đúng như số liệu thực tế:
- lỗ khoan LK147 ở nhà máy xay Nam Định (có độ sâu 90, công suất khai thác là 150m3/ngày).
- Lỗ khoan LK161 vùng Cồn Thoi: sâu 100m, lưu lượng 0,5l/s (43,2m3/ngày) vào bể để sử dụng.
Các lỗ khoan khai thác nhỏ lẻ không thể hiện trực tiếp vào mô hình vì khối lượng giếng khoan lớn mà nhóm thành các giếng khai thác nước tập trung có lưu lượng khai thác tập trung: Huyện Hải Hậu: 6 giếng, huyện Nam Trực: 1 giếng, huyện Xuân Trường 2 Giếng, huyện Trực Ninh: 2 giếng, huyện Nghĩa Hưng: 6 giếng. Chiều sâu của các lỗ khoan này đều được mô phỏng khai thác trong tầng qp. Để mô phỏng chính xác hơn mô hình thủy văn của vùng tôi thể hiện 6 lỗ khoan khai thác với lưu lượng lớn tại huyện Vũ Thư (Thái Bình) vào trong mô hình, vì các lỗ khoan khai thác này ảnh hưởng đến trữ lượng của tầng Qp nên cần được tính toán cùng.
d. Biên và điều kiện biên của mô hình:
Trầm tích đệ tứ trong vùng nghiên cứu cũng như toàn đồng bằng được phân ra thành 2 tầng chứa nước lỗ hổng là qh và qp và khoảnh chứa nước trong phức hệ chứa nước khe nứt lỗ hổng không đều Neogen. Trên bề mặt một số vùng tồn tại lớp thấm nước yếu không liên tục, ngăn cách tầng qh và qp là lớp thấm nước yếu đôi chỗ lớp này bị bào mòn tạo thành các cửa sổ ĐCTV. Khoảnh chứa nước Neogen được mô phỏng nằm trực tiếp dưới tầng chứa nước qp. Do vậy, mỗi tầng chứa nước có biên và điều kiện biên khác nhau cả trên bình diện và mặt cắt:
-Tầng chứa nước qh:
Trên bình diện và trên lát cắt vùng lộ tầng chứa nước, dọc theo các đoạn sông chính chạy qua vùng nghiên cứu, tuỳ theo mức độ quan hệ thuỷ lực với NDĐ xác định bằng tài liệu quan trắc đặt điều kiện biên loại III.
61
Q = (giá trị cung cấp thấm - Giá trị bốc hơi) x Diện tích phân bố.
Nằm dưới và trên chúng là lớp thấm nước yếu hay tầng chứa nước qp do vậy tồn tại một giá trị thấm xuyên thuộc biên loại III (W=f(DH)). Trị số mực nước trên biên được xác định theo tài liệu quan trắc của các trạm đo thuỷ văn và của mạng quan trắc Quốc gia. Trị số sức cản thấm C của các đoạn sông và hồ khác nhau được xác định theo các tài liệu đã nghiên cứu trước đây của lớp bùn đáy sông.
-Tầng chứa nước qp:
Tương tự như tầng qh, trên bình diện tầng chứa nước và trên mặt cắt, dọc các đoạn sông chính thuộc hệ thống sông Hồng, xét theo mức độ quan hệ thuỷ lực với NDĐ xác định bằng tài liệu quan trắc đặt điều kiện biên loại III. Ranh giới tiếp xúc với biển do vẫn bị che phủ bởi tầng qh nên cũng tồn tại điều kiện biên loại III. Trên mô hình giá trị thấm xuyên được phản ảnh qua sự chênh cốt cao mực nước giữa các tầng.
Bên dưới tầng qp là tầng chứa nước Neogen, khoảnh chứa nước tốt quan hệ với tầng qp qua giá trị thấm xuyên khi có sự chênh cốt cao mực nước giữa các tầng, phần diện tích còn lại được xem là không chứa nước nên mô phỏng là biên loại II (Q = 0). Trị số mực nước trên biên được xác định theo tài liệu quan trắc của các trạm đo thuỷ văn và của mạng quan trắc Quốc gia. Trị số sức cản thấm C của các đoạn sông và hồ khác nhau được xác định theo các tài liệu đã nghiên cứu trước đây của lớp bùn đáy sông .
-Tầng chứa nước Neogen:
Trên bình diện tầng này có mặt rộng khắp vùng nghiên cứu kéo dài ra biển, ở đây đặt điều kiện biên là biên loại II (Q = 0). Trên mặt cắt do tầng chứa nước bị phủ lên trên bởi tầng qp do đó tồn tại một giá trị thấm xuyên, trên mô hình giá trị thấm xuyên được phản ảnh qua sự chênh cốt cao mực nước giữa các tầng. Phần bên dưới tầng chứa nước do mức độ nghiên cứu hết sức hạn chế nên được coi là không chứa nước tồn tại biên loại II Q = 0.
62
Hình 20: Sơ đồ điều kiện biên tầng chứa nước qh, qp được mô hình hoá
d- Điều kiện mực nước ban đầu và hệ thống lỗ khoan 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. Trong bài toán này lấy điều kiện mực nước ban đầu từ tháng 1/2000 và các số liệu kế tiếp cho đến 12/2008 để chỉnh lý mô hình. Các giá trị này được tính toán từ chương trình quản lý cơ sở dữ liệu mô hình và được cập nhật vào mô hình dưới dạng các file số liệu (hình 21, 22).
63
Hình 21: Sơ đồ vị trí các lỗ khoan quan trắc được mô hình hoá
Hình 22: Mặt cắt LK và bảng dữ liệu
mực nước quan trắc được mô hình hoá
e- Lưới sai phân và bước thời gian chỉnh lý trên mô hình:
-Bước lưới sai phân được xác lập để tính toán trên mô hình số, bước lưới mô hình 500 x 250m.
-Bước thời gian để tính toán và chỉnh lý trên mô hình được chia theo tháng (trung bình 30 ngày/bước). Thời gian chỉnh lý được bắt đầu từ năm 2000 đến 2008.