3.1. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU
Đề tài thực hiện nghiên cứu trên địa bản tỉnh An Giang nằm ở miền Tây Nam Bộ với diện tích 3.536,76km2. Địa hình chủ yếu là đồng bằng bằng phẳng. Tỉnh có hai con sông lớn chảy qua là sông Tiền và sông Hậu, cung cấp một lượng nước lớn cho các hoạt động sinh hoạt và sản xuất hàng ngày của người dân. Ngoài nguồn nước mặt, nước ngầm cũng đóng một vai trò quan trọng đối với sự phát triển của tỉnh. Trên địa bàn tỉnh có sáu tầng nước ngầm là Holocen, Pleistocen thượng, Pleistocen trung-thượng, Pleistocen hạ, Pliocen trung và Pliocen hạ. Tuy nhiên do khai thác quá mức nên trữ lượng nước ngầm của tỉnh sụt giảm nhanh chóng trong những năm gần đây. Trước đây Liên đoàn Địa chất thủy văn 8 (nay là Liên đoàn Quy hoạch và điều tra tài nguyên nước miền Nam Bộ, Bộ Tài nguyên và Môi trường) đã tính toán trữ lượng nước ngầm cho địa bàn tỉnh nhưng chỉ bằng phương pháp tính toán trữ lượng tĩnh. Do đó cần có một mô hình toán để mô phỏng và đánh giá trữ lượng nước ngầm của tỉnh, đảm bảo cho phát triển bền vững.
3.2. THỜI GIAN NGHIÊN CỨU
- Thời gian thực hiện đề tài: từ tháng 12/2015 đến tháng 10/2016; - Thời gian thu thập số liệu: tháng 12/ 2015, tháng 1/2016.
3.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tài nguyên nước ngầm tỉnh An Giang bao gồm: Điều kiện thủy văn, khí tượng, tình hình sử dụng và khai thác nước ngầm, đặc điểm địa chất thủy văn của các tầng nước ngầm.
3.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3.4.1. Khu vực nghiên cứu 3.4.1. Khu vực nghiên cứu
- Điều kiện tự nhiên tỉnh An Giang; - Tình hình sử dụng đất tỉnh An Giang; - Nhu cầu sử dụng nước tỉnh An Giang.
3.4.2. Địa chất
- Lịch sử thành tạo địa chất tỉnh An Giang; - Lỗ khoan thăm dò trên địa bàn tỉnh An Giang; - Mô tả địa chất tỉnh An Giang.
3.4.3. Địa chất thủy văn
- Phân tầng địa chất thủy văn: gồm 6 tầng nước ngầm và 6 tầng cách nước: tầng cách nước Holocen, tầng nước ngầm Holocen, tầng cách nước Pleistocen thượng, tầng nước ngầm Pleistocen thượng, tầng cách nước Pleistocen trung- thượng, tầng nước ngầm Pleistocen trung- thượng, tầng cách nước Pleistocen hạ, tầng nước ngầm Pleistocen hạ, tầng cách nước Pliocen trung, tầng nước ngầm Pliocen trung, tầng cách nước Pliocen hạ và tầng nước ngầm Pliocen hạ.
- Tình hình khai thác nước ngầm tỉnh An Giang.
3.4.4. Xây dựng mô hình
3.4.4.1. Nguyên lý mô hình
Sử dụng phần mềm Visual MODFLOW 4.2 với phương trình Darcy và phương sai phân hữu hạn dòng chảy nước ngầm theo 3 chiều để thiết lập hình số tại An Giang. Mô-đun MODFLOW được cho là trọng tâm đầu tiên để tính toán cân bằng nước trong phạm vi mô hình.
Trong đó Kxx, Kyy, Kzz là hệ số dẫn nước; S là hệ số nhả nước trọng lực và W là lượng nước khai thác hoặc bổ sung. Ý nghĩa các đại lượng trong phương trình trên cũng đã được trình bày ở mục 2.2.1.
3.4.4.2. Dữ liệu đầu vào
- Cấu trúc mô hình: Dựa vào điểm địa tầng liên quan đến lịch sử kiến tạo địa chất; Đơn vị tầng đá gốc chủ yếu là các đá trước Cenozoic; Các tầng nước ngầm Holocen, Pleistocen và Pliocen, v.v. với giá trị phân bố độ dày, giá trị các thông số địa chất thủy văn. Đặc điểm các vùng bổ cập nước ngầm.
- Điều kiện biên: Biên không có dòng chảy (giáp tầng đá mẹ và ranh giới vùng núi), biên áp lực nước ngầm từ các giếng khoan quan trắc nằm ở các tỉnh lân cận.
- Dữ liệu các giếng khoan khai thác trong địa bàn tỉnh.
- Bản đồ số độ cao (DEM), bản đồ mạng lưới sông ngòi và giao động mực nước
- Số liệu khí tượng về mưa, bốc hơi nước.
3.4.4.3. Thiết lập mô hình cấu trúc 3D
Groundwater trong ArcMap trước khi thiết lập mô hình nước ngầm MODFLOW. Mô hình 3D giúp ta có cái nhìn trực quan về cấu trúc địa tầng trong địa bàn nghiên cứu, kiểm tra trực quan các dữ liệu về cấu trúc địa chất thủy từ đó phân tích và thiết lập ranh giới các tầng nước ngầm với mức độ tin cậy cao hơn.
3.4.4.4. Thiết lập mô hình nước ngầm MODFLOW
Sử dụng phần mềm Visual MODFLOW phiên bản 4.2 thiết lập mô hình số tại An Giang. Dựa trên mô hình cấu trúc 3D thiết lập và kiểm tra ranh giới các địa tầng trong mô hình số. Xác định các biên và các thông số đặc trưng của từng địa tầng. Nhập dữ liệu của các giếng quan trắc và giếng bơm trên địa bàn tỉnh.
3.4.4.5. Hiệu chỉnh và kiểm chứng mô hình
Thực hiện điều chỉnh các giá trị thông số của từng tầng địa chất sao cho sự chênh lệch kết quả giữa mô phỏng và số đo quan trắc là nhỏ nhất.
3.4.5. Tính toán cân bằng nước tỉnh An Giang
Thực hiện tính toán cân bằng nước trên địa bàn tỉnh An Giang để xây dựng các kịch bản khai thác nước ngầm cho mô hình, từ đó giúp ta đánh giá, khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước ngầm nhằm mang lại lợi ích lâu dài và bền vững.
3.4.6. Tính toán cân bằng nước theo các kịch bản phát triển nguồn nước
Từ kết quả mô hình, thực hiện các kịch bản khai thác nước ngầm để đảm bảo tính ổn định của nguồn tài nguyên.
3.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.5.1. Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu, số liệu
• Thu thập các thông tin về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tỉnh An Giang.
• Kế thừa bản đồ, bản vẽ địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu.
• Kế thừa số liệu độ cao của các tầng nước ngầm và các tầng cản nước khu vực nghiên cứu.
• Kế thừa giá trị các thông số địa chất thủy văn của các tầng nước ngầm.
• Thu thập các thông tin, thừa kế số liệu về hệ thống các lỗ khoan khu vực nghiên cứu.
3.5.2. Phương pháp xử lý số liệu với GIS và Excel
1) Trên cơ sở dữ liệu điều tra thu thập được, nghiên cứu này sử dụng Arc Map và Map Info để:
• Sử dụng ứng dụng Arc Map 10.2.2 dựng các điều kiện biên của mô hình: Giới hạn mô hình, ranh giới khu vực nghiên cứu, ranh giới tỉnh, ranh giới quốc gia
• Sử dụng ứng dụng MapInfor Professional 9.0 xuất dữ liệu các lỗ khoan từ các bản vẽ đuôi *.TAB và *. WOR
- Tên công trình - Tọa độ
- Độ sâu
2) Dùng Excel xử lý dữ liệu giếng khai thác.
3.5.3. Phương pháp xây dựng mô hình cấu trúc 3D
Sử dụng công cụ ArcHydro Groundwater của ESRI thiết lập mô hình cấu trúc 3D thể hiện ranh giới các địa tầng trong khu vực nghiên cứu, nhằm kiểm tra trực quan cấu trúc địa tầng sử dụng các nguồn tài liệu khác nhau. Mô hình 3D giúp ta có cái nhìn trực quan về cấu trúc địa tầng trong địa bàn nghiên cứu, kiểm tra trực quan các dữ liệu về cấu trúc địa chất thủy văn. Mô hình 3D cũng cho phép ta kiểm tra mức độ tin cậy của dữ liệu các giếng khai thác và quan trắc nước ngầm, như kiểm tra độ sâu giếng và độ sâu tầng khai thác.
Việc thành lập mô hình 3D trực quan là xu hướng mới trên thế giới về nghiên cứu mô phỏng nước ngầm trong thập kỷ qua.
3.5.4. Phương pháp xây dựng mô hình bằng phần mềm Visual MODFLOW
Nghiên cứu này sử dụng mô hình Visual Modfow để xây dựng mô hình nước ngầm cho tỉnh An Giang. Phần mềm Visual MODFLOW được công ty Waterloo Hydrogeologic, Canada phát triển và cho ra mắt vào năm 1994. Đây là phần mềm đã được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Chi tiết về phần mềm Visual MODFLOW được trình bày chi tiết ở phần Tổng quan, trang 13.
Quá trình lập mô hình số bao gồm nhiều giai đoạn và quyết định có tầm quan trọng như nhau trước khi đạt được các kết quả đáng tin cậy. Trong toàn bộ quá trình này, tham khảo tài liệu cần phải được hoàn thiện để thực hiện các bước và lựa chọn trong quá trình mô hình hóa. Cần đặc biệt chú ý việc xử lý dữ liệu. Danh sách dưới trình bày các bước theo quy trình đã được thực hiện trong quá trình thiết lập mô hình.
- Thảo luận về mục tiêu của mô hình và quyết định giải pháp số phù hợp nhất với dữ liệu sẵn có, chất lượng và mục tiêu;
- Kiểm tra ban đầu các nguồn dữ liệu thu thập;
- Hiểu rõ được tình trạng địa chất và thiết lập một mô hình cấu trúc địa chất thủy văn;
- Tổng hợp các thông số cần thiết và xác định các điều kiện biên cũng như chuẩn bị dữ liệu đầu vào cho các điều kiện biên, đưa vào mô hình số;
- Tìm kiếm hoặc yêu cầu thông tin bổ sung và xử lý nếu có thể; - Kiểm chứng mô hình và kiểm tra về độ nhạy các thông số; - Tính toán kịch bản;
- Xử lý dữ liệu và kết quả.
3.5.5. Phương pháp đánh giá tiềm năng nước ngầm
Chạy mô hình đã được kiểm định cho nhiều kịch bản sử dụng nước khác nhau. Xác định kịch bản không ảnh hưởng đáng kể đến áp suất các tầng nước ngầm.
Nguyên lý bền vững: Tổng lượng khai thác nước ngầm phải tương đương với tổng lượng nước bổ sung cho các tầng nước ngầm, tuy vậy phương pháp sử dụng mô hình là xác định các kịch bản với tổng lượng khai thác là khác nhau cả về lượng và phân bố theo thời gian và không gian khác nhau, sau đó chạy mô hình để xác định được kịch bản nào không làm giảm sút áp lực nước ở các tầng chứa nước ngầm.
Phương pháp xây dựng kịch bản:
- Điều tra khảo sát tình hình khai thác nước ngầm
- Tính toán nhu cầu nước để tính nhu cầu nước trong tương lai theo kế hoạch phát triển kinh tế, xã hội