Phần 2 Tổng quan tài liệu
2.2. Tổng quan ứng dụng phần mềm visual modflow trong đánh giá chất
2.2.1. Các phương pháp đánh giá trữ lượng nước ngầm
Theo Nguyễn Văn Đản (2013). trước khi có sự tác động của con người (quá trình khai thác nguồn nước ngầm), ta có phương trình đánh giá cân bằng trung bình nhiều năm của tầng nước ngầm: Tổng đến được hình thành từ tất cả các nguồn cung cấp bằng tổng đi được hình thành từ các thành phần thoát:
Qcc = Qph
Trong đó: Qcc là tổng lượng nước đến được cung cấp và Qph là tổng lượng nước đi do các thành phần thoát.
Tuy nhiên, quá trình khai thác nguồn nước ngầm sẽ làm xuất hiện một thành phần cân bằng mới làm thay đổi về chất của cấu trúc cân bằng. Thể hiện ở:
- Làm giảm thể tích nước trong tầng nước ngầm một lượng bằng ∆V - Làm tăng tổng lượng cung cấp đến đại lượng bằng Qcc + ∆Qcc. Do: + Chênh lệch áp lực dẫn đến quá trình thấm xuyên từ các tầng nước ngầm khác, lôi kéo nước từ sông…
+ Hạ thấp mực nước không áp, sự thấm cũng gia tăng do giảm thoát do bay hơi.
- Làm giảm tổng lượng phá hủy đến đại lượng bằng Qph -∆Qph. Do:
+ Nếu phá hủy tự nhiên diễn ra với sự chênh áp lực nào đấy trên ranh giới phá hủy (thoát nước vào sông, ao hồ, mạch lộ…) thì khi khai thác sẽ làm cho sự thoát ấy giảm dần và đi đến ngừng thoát.
+ Nếu sự thoát là do bốc hơi thì khi khai thác do hạ thấp mực nước mà sự bốc hơi cũng giảm, đến một độ sâu nào đấy thì bốc hơi ngừng hẳn.
Khi đó phương trình cân bằng tầng nước ngầm khi có hoạt động khai thác được viết như sau:
∆V + (Qcc+∆Qcc)tkt = (Qph - ∆Qph)tkt + Qkttkt
Trong đó Qkt là lưu lượng nước ngầm khai thác trong một đơn vị thời gian; tkt là thời gian khai thác.
Suy ra, phương trình cơ bản cân bằng trữ lượng khai thác có dạng: Qkt = + ∆Qph + ∆Qcc
QKTTN = α QTTN + QDTN + QBS
QTTN - trữ lượng tĩnh tự nhiên: Số lượng nước trong lớp. Đại lượng này phụ thuộc vào kích thước của thành tạo chứa nước (diện tích, chiều dày) và các thông số chứa (độ nhả nước). Đơn vị đo là khối lượng nhưng trong phương trình được xác định như lưu lượng (lấy ra theo thời gian khai thác) (m3/ngày ).
α - hệ số xâm phạm trữ lượng tĩnh. Để phục vụ khai thác ổn định, lâu dài thường cho phép lấy α= 0,3.
QDTN - trữ lượng động tự nhiên: Tổng đại lượng cung cấp của tầng nước ngầm trong điều kiện tự nhiên. Trữ lượng động là lượng nước lưu thông trong đất đá, lượng nước chảy qua tiết diện dòng thấm trong một đơn vị thời gian hay lượng nước được cung cấp hàng năm của tầng nước ngầm. Ví dụ như nước mưa hay nước mặt ngấm xuống bổ sung cho nước ngầm. Ngoài ra, để cho nước ngầm có thể lưu thông được ngoài nguồn bổ sung cần có miền thoát, nước thoát đi thường chậm hơn so với nguồn bổ sung, lượng nước thoát đi không kịp sẽ nâng cao mực nước của tầng nước ngầm. Ngược lại, khi nguồn bổ sung ngừng, quá trình thoát nước sẽ làm cho mực nước của tầng nước ngầm thấp dần xuống. Do đó lượng nước lưu thông trong tầng nước ngầm luôn luôn thay đổi theo thời gian ( m3/ngày).
QBS - trữ lượng cuốn theo: Khi khai thác, mực nước của tầng nước ngầm hạ thấp xuống có thể lôi cuốn nguồn nước khác vào trong tầng nước ngầm và tham gia vào lượng nước khai thác. Lượng nước bị cuốn trôi vào do quá trình khai thác gây ra, gọi là trữ lượng cuốn theo. Trong thực tế bao giờ cũng mong muốn chất lượng nước cuốn theo phải tốt để không ảnh hưởng tới chất lượng khai thác. Nhiều khi trữ lượng cuốn theo này vô cùng quan trọng, nó làm tăng đáng kể lượng nước khai thác. Tất nhiên để làm được vậy thì các lỗ khoan khai thác nước phải bố trí gần sông, nếu bố trí trong khu vực dân cư, nước cuốn theo từ các lớp chứa nước nằm nông sẽ không đảm bảo chất lượng vì lớp nước nằm nông thường dễ bị ô nhiễm. Có hai khả năng phát sinh nguồn trữ lượng cuốn theo:
- Trong miền cung cấp tự nhiên: Được tăng cường do hạ thấp mực nước khai thác.
- Trong miền thoát nước tự nhiên: Thu hồi dần phần thoát của nước ngầm từ các mạch lộ, do bay hơi.
đầy đủ nhất nhưng lại đòi hỏi sự chi tiết của các số liệu quan trắc, cần thể hiện được không chỉ thể tích chứa nước tĩnh, sự dao động của mực nước theo thời gian mà còn yêu cầu các số liệu về độ thấm, hệ số nhả nước đàn hồi, hệ số nhả nước trọng lực cho tất cả các tầng đất đá và sự phân bố của nó theo không gian.
Trữ lượng nước ngầm của một khu vực nào đó cũng có thể được tính toán dựa trên phương trình cân bằng nước, tức là trữ lượng khai thác được tính trên cơ sở lượng nước bổ cập và cho phép vi phạm một phần trữ lượng dự trữ, thường được sử dụng theo biểu thức:
QKTTN = αQĐTN +βQTTN
Trong đó:
- QĐTN - Trữ lượng động tự nhiên của nước ngầm; - QTTN - Trữ lượng tĩnh tự nhiên;
- α,β - Các hệ số cho phép khai thác (<1).
Đánh giá trữ lượng nước ngầm nhằm thu thập những tài liệu, số liệu chứng minh cho khả năng khai thác nước ngầm với lưu lượng và chất lượng đảm bảo yêu cầu trong thời gian khai thác tính toán khoảng 20 – 30 năm.
Đánh giá trữ lượng khai thác nước ngầm được tiến hành chủ yếu theo các phương pháp sau: phương pháp thuỷ động lực, phương pháp thuỷ lực, phương pháp cân bằng và phương pháp tương tự địa chất thuỷ văn. Hiện nay các phương pháp này được mô hình hoá và được xử lý bằng máy tính.
Trong thời gian gần đây, với sự phát triển của công nghệ thông tin cùng với các phương pháp giải sai phân và các tiến bộ về thủy động lực, một xu hướng mới trong việc đánh giá trữ lượng nước ngầm là sử dụng các mô hình toán để mô phỏng lại động thái của các thành phần nước ngầm. Có nhiều mô hình đã được xây dựng để mô tả dòng chảy nước ngầm, sự tham gia của nó vào dòng chảy mặt... Khi xây dựng mô hình sẽ đòi hỏi một khối lượng lớn các số liệu về các tầng nước ngầm, về điều kiện địa chất, địa chất thủy văn trên khu vực nghiên cứu cũng như các số liệu về hệ số thấm, hệ số nhả nước ...