2.1. Tổng quan cỏc nghiờn cứu về tài nguyờn nước ngầm
2.1.1. Trờn thế giới
Trờn thế giới việc ỏp dụng phương phỏp mụ hỡnh húa để nghiờn cứu cỏc đối tượng địa chất thủy văn đó bắt đầu từ thế kỷ 19. Nú phỏt triển rất nhanh, mạnh ở cỏc nước cụng nghiệp phỏt triển như Liờn Xụ cũ (nay là Nga và cỏc nước Cộng hũa khỏc), Mỹ, Phỏp, Canada, Đan Mạch .... Ở nước ta, nú mới được ỏp dụng trong những năm 70, 80 của thế kỷ trước. Lịch sử phỏt triển của mụ hỡnh húa địa chất thủy văn cú thể được chia làm 6 giai đoạn:
Giai đoạn 1 kộo dài từ thế kỷ 19 đến những năm 20 của thế kỷ 20. Trong giai đoạn này, nú được ỏp dụng để nghiờn cứu cỏc bài toỏn thấm cơ bản.
Giai đoạn 2 kộo dài từ những năm 20 đến những năm 40 của thế kỷ 20. Trong giai đoạn này đó phỏt triển một số mụ hỡnh vật lý và mụ hỡnh điện tương tự (EGĐA) để luận chứng thiết kế một số cụng trỡnh thủy lợi ở Liờn Xụ. Một số phũng thớ nghiệm thấm được hỡnh thành ở Liờn Xụ như VNIIG, VODGEO, MGRI do Giỏo sư G.N.Kamenxki chỉ đạo.
Giai đoạn 3 bắt đầu từ sau chiến tranh thế giới II (cuối những năm 40) đến cuối những năm 50 của thế kỷ 20. Giai đoạn này đặc trưng bởi sự phỏt triển mạnh của phương phỏp EGĐA. Nú được sử dụng để giải cỏc bài toỏn thấm dưới múng đập, xỏc định dũng chảy đến giếng và lũ, giếng mỏ... Cũng trong giai đoạn này người ta cũng dựng phương phỏp EGĐA để nghiờn cứu dự đoỏn động thỏi, cõn bằng nước ngầm ở cỏc vựng tưới như Davogia, Dovongie, Bắc Keprad, Trung Á, Ukraina. Sử dụng phương phỏp sai phõn hữu hạn và tớch phõn thủy lực V.X.Lukianov để giải cỏc bài toỏn thấm. Cỏc bài toỏn thấm 1 chiều, hai chiều và khụng gian dưới nền đập, quanh hồ chứa và kờnh đào đó được nghiờn cứu. Lần đầu tiờn giải bài toỏn ngược xỏc định thụng số Địa chất thủy văn và giỏ trị cung cấp thấm đối với dũng một chiều cũng như dũng thấm phẳng hai chiều. Trong giai đoạn
47
này phương phỏp mụ hỡnh đó được đưa vào chương trỡnh giảng dạy tại một số trường Đại học như trường MGRI, MGU (năm 1954) và trường Kiev, Tasken, Mỏ Leningrat, Bỏch khoa Anmaata (những năm 1961).
Giai đoạn 4 kộo dài trong những năm 60 của thế kỷ 20. Đõy là giai đoạn mụ hỡnh toỏn học phỏt triển mạnh mẽ, chủ yếu là mỏy tớnh tớch phõn điện ụ mạng. Nhờ cỏc mỏy tớch phõn, nhiều bài toỏn phức tạp đó được giải như: Đỏnh giỏ trữ lượng khai thỏc nước dưới đất, dự đoỏn nước ngầm vựng tưới, luận chứng hợp lý cỏc dạng kờnh thoỏt để cải tạo đất, tớnh toỏn cỏc hệ thống lỗ khoan hạ thấp mực nước khi khai thỏc khoỏng sản... kỹ thuật và phương phỏp mụ hỡnh được hoàn thiện và phỏt triển. Mụ hỡnh địa chất thủy văn được ứng dụng để nghiờn cứu điều tra địa chất thủy văn trong cỏc khu vực rộng lớn, chỉnh lý cỏc thụng tin ĐCTV trong cỏc giai đoạn điều tra. Phương phỏp luận và lý thuyết giải bài toỏn ngược phỏt triển, nhiều thiết bị chuyờn mụn được chế tạo. Lần đầu tiờn những cụng trỡnh khoa học mang tớnh chất tổng kết về phương phỏp mụ hỡnh ĐCTV được trỡnh bày hội thảo trong những hội nghị Quốc tế.
Giai đoạn 5 bắt đầu từ cuối những năm 60 đến những năm 70. Nú đặc trưng bởi sự xuất hiện nhiều lĩnh vực mới trong lý thuyết về mụ hỡnh húa và ứng dụng nú để giải quyết những nhiệm vụ thực tế ĐCTV. Lần đầu tiờn tổ hợp tương tự - số đó được hỡnh thành. Phương phỏp sử dụng kết hợp giữa AVM và ESVM bắt đầu phỏt triển. Lời giải của cỏc bài toỏn về điều kiện lựa chọn hợp lý cỏc điều kiện khai thỏc mỏ nước dưới đất, lựa chọn tối ưu để khai thỏc nhiệt từ lũng đất... đó được ỏp dụng trong thực tế, sản xuất. Đồng thời trong giai đoạn này vấn đề ỏp dụng phương phỏp mụ hỡnh để nghiờn cứu cổ ĐCTV, sự hỡnh thành của nước dưới đất cũng được nghiờn cứu và cũng đó đạt được những thành tựu đỏng kể. Cỏc vựng đó ỏp dụng phương phỏp mụ hỡnh như VXEGINGEO, MGU, KGU, GIDROINGEO (Liờn Xụ)...
Giai đoạn 6 bắt đầu từ cuối những năm 70 thế kỷ 20 đến ngày nay. Đõy là giai đoạn phỏt triển mạnh nhất của mụ hỡnh số. Nhiều bài toỏn thủy động lực cũng
48
như cỏc bài toỏn về vận chuyển vật chất, vận chuyển nhiệt trong địa chất thủy văn được ỏp dụng rộng rói. Phương phỏp luận và cơ sở lý thuyết phương phỏp mụ hỡnh số (mụ hỡnh sai phõn) được hoàn thiện và ỏp dụng vào trong thực tế phục vụ cỏc vấn đề về địa chất thủy văn, quản lý và quy hoạch nguồn nước dưới đất. Đồng thời trong giai đoạn này, với những tớnh năng vượt trội mụ hỡnh số đó dần thay thế những mụ hỡnh vật lý, mụ hỡnh tương tự cổ điển trước đõy. Những nước phỏt triển như Mỹ, Nga (Liờn Xụ trước đõy), Đan Mạch, Canada, Úc... đó ỏp dụng mụ hỡnh số để giải quyết hầu hết cỏc vấn đề ĐCTV, đồng thời cũn sử dụng mụ hỡnh số để phục vụ cụng tỏc quản lý tổng hợp tài nguyờn nước trong lónh thổ. Những nước ở Chõu Á, Đụng Nam Á cũng đó ỏp dụng mụ hỡnh số để đỏnh giỏ và quản lý tài nguyờn nước trờn lónh thổ của mỡnh. Ở Việt Nam, mụ hỡnh số nước dưới đất được sử dụng từ những năm 1980 của thế kỷ trước và cũng cú nhiều bước tiến đỏng kể cho đến ngày nay.
Năm 1999, để phục vụ cụng tỏc quản lý tài nguyờn nước cho vựng Nam bang Florida, Cục Địa chất Mỹ đó xõy dựng mụ hỡnh số cho vựng Nam bang Floria và sử dụng mụ hỡnh này để quản lý nguồn nước dưới đất cho toàn bang. Phần mềm sử dụng để xõy dựng mụ hỡnh là GMS.
Năm 2000 cũng tại Cục Địa chất Mỹ đó triển khai dự ỏn nhằm đỏnh giỏ lượng bổ cập cho nước dưới đất tại bang Texas cũng đó sử dụng phương phỏp mụ hỡnh số. Kết quả đó tớnh toỏn xỏc định được cõn bằng nước trờn toàn bang, đỏnh giỏ được lượng bổ cập cho nước dưới đất từ cỏc nguồn nước mưa và nước mặt. Kết quả đỏnh giỏ xỏc định được nguồn bổ cập cho nước dưới đất chiếm 15% tổng lượng mưa. Phần mềm được sử dụng để xõy dựng mụ hỡnh là Visual Modflow của cụng ty Waterloo Hydrogeologic Inc. Canada.
Năm 2000, Cụng ty Waterloo đó ứng dụng phần mềm Visual Modflow xõy dựng mụ hỡnh số để đỏnh giỏ lượng thấm mất nước qua vai đập tại đập Chemwest vựng phớa Tõy nước Mỹ. Đập được xõy dựng trờn sụng Norman.
49
Tại Đan Mạch, để phục vụ cụng tỏc Quản lý tài nguyờn nước dưới đất trờn tồn lónh thổ, cỏc cơ quan quản lý tài nguyờn nước Chớnh phủ Đan Mạch đó xõy dựng mụ hỡnh số nước dưới đất cho tồn lónh thổ, thời gian xõy dựng là 5 năm từ 2000 đến 2005. Phần mềm sử dụng để xõy dựng mụ hỡnh là MIKE SHE.
Và cho tới nay, hầu hết cỏc nước trờn thế giới đều đó sử dụng cụng cụ là mụ hỡnh số để phục vụ cụng tỏc đỏnh giỏ tài nguyờn cũng như để giải quyết cỏc vấn đề thực tế đề ra trong lĩnh vực Địa chất thủy văn. Mụ hỡnh số cũng được ỏp dụng rộng rói để quản lý tài nguyờn nước dưới đất trờn lónh thổ.