Có thể sử dụng thể tích để ước tính ban đầu lượng nước trong một tầng khi biết được phân bố độ rỗng các tầng nước ngầm. Với các thể tích được tính ra, có thể tạo ra bất cứ bản phân tích số liệu lỗ khoan khảo sát, một mặt cắt ngang hoặc mặt cắt dọc.
4.4.3. Thiết lập mô hình nước ngầm MODFLOW
a. Xây dựng cấu trúc các tầng địa chất thủy văn và lưới tính toán
Trên cơ sở các tài liệu điều tra thăm dò địa chất, địa chất thủy văn trên địa bàn tỉnh An Giang từ trước đến nay đã tiến hành phân tích và mô hình hóa điều kiện địa chất thủy văn cho vùng nghiên cứu.
Về mặt không gian, vùng nghiên cứ được giới hạn phía đông là bờ sông Tiền, phía tây là ranh giới với tỉnh Kiên Giang, phía bắc là ranh giới với Campuchia, phía nam là ranh giới với thành phố Cần Thơ và tỉnh Đồng Tháp. Theo mặt cắt thẳng đứng, mô hình mô tả 13 tầng chứa và cách nước:
Lớp 1– lớp đất bề mặt;
Lớp 2 – Tầng nước ngầm Holocen phân bố không liên tục;
Lớp 3 – Tầng cách nước trầm tích Holocen phân bố không liên tục; Lớp 4 – Tầng nước ngầm Pleistocen thượng phân bố không liên tục; Lớp 5– Tầng các nước Pleistocen thượng phân bố không liên tục;
Lớp 6 – Tầng nước ngầm Pleistocen trung- thượng phân bố không liên tục; Lớp 7– Tầng cách nước Pleistocen trung- thượng phân bố không liên tục; Lớp 8 – Tầng nước ngầm Pleistocen hạ phân bố không liên tục;
Lớp 9– Tầng cách nước Pleistocen hạ phân bố không liên tục; Lớp 10 – Tầng nước ngầm Pliocen trung phân bố không liên tục; Lớp 11– Tầng cách nước Pliocen trung phân bố không liên tục; Lớp 12– Tầng nước ngầm Pliocen hạ phân bố không liên tục; Lớp 13– Tầng đá gốc.
Để mô tả các quá trình động thái nước ngầm, mô hình MODFLOW chia khu vực thành các ô lưới tính toán (như là một giếng lớn) nhằm rời rạc hóa để tích phân hệ phương trình cơ bản. Từ điều kiện số liệu về địa hình và các tầng nước ngầm khu vực nghiên cứu được chia thành mạng lưới các ô tính toán (cell) với kích thước mỗi ô là 1x1km, cụ thể gồm 76 cột và 73 hàng với 5.548 ô. Hình
dưới thể hiện mặt cắt trong mô hình Visual MODFLOW, mô tả gồm 13 lớp, độ sâu cực đại hơn 400m đến tầng đá gốc (không thấm).
Hình 4.6. Mặt cắt thể hiện ranh giới các tầng địa chất thủy văn trong mô hình Visual MODFLOW
*) Biên đáy của mô hình:
Luận văn không xác định được chính xác giới hạn thủy lực dưới của mô hình này. Ở phía tây, ranh giới này được coi là ở độ sâu khoảng 550m tính từ bề mặt đất. Ở phía đông là ở độ sâu khoảng 720m. Hình dạng bề mặt trên của tầng đáy được mô tả trong mô hình cấu trúc.
*) Biên phía đông:
Đường biên phía đông chạy song song với sông Tiền, bao gồm cả các khúc quanh co. Hướng dòng chảy được coi là song song với dòng sông và cũng là đường biên của mô hình. Mực nước ở đây tương đối ổn định. Không có biên dòng chảy nào được gán cho các tầng nước ngầm ở dưới thấp, các tầng nước ngầm ở trên cùng chắc chắn có tiếp xúc với sông Tiền, sông Hậu và các kênh
khác, do đó thiết lập được một biên cột áp chung cho các tầng nước ngầm này. *) Biên phía bắc:
Biên phía Bắc là một đường trùng với đường biên giới giữa Việt Nam và Campuchia. Do đó hướng dòng chảy của nước bề mặt trở thành đường biên cung cấp nước trong phạm vi mô hình. Để mô phỏng khả năng nước di chuyển vào mô hình từ thượng nguồn, một điều kiện biên cột áp đã được đặt ở đường biên phía bắc. Coi như nước có thể chảy tự do theo các dòng nước ngầm về phía hạ lưu.
*) Biên phía tây:
Đây là đường biên tiếp giáp với tỉnh Kiên Giang. Có nhiều kênh lớn lấy nước từ sông Tiền và sông Hậu đi qua đường biên này. Mực nước ở đây tương đối ổn định. Chỉ có các tầng nước ngầm phía trên là tiếp xúc với hệ thống các kênh rạch nên được gán cho cùng giá trị biên cột áp chung.
*) Biên phía nam:
Biên phía nam được dựng theo ranh giới giữa tỉnh An Giang với thành phố Cần Thơ và tỉnh Đồng Tháp. Phía đông của khu vực biên này có sông Hậu và sông Tiền chảy qua. Do đó các tầng địa chất phía trên cùng chắc chắn có tiếp xúc với hệ thống sông, được thiết lập cùng một giá trị biên cột áp chung. Hướng dòng chảy trong các tầng này được xem như cùng hướng dòng chảy của sông.
*) Biên khí quyển:
Quá trình chuyển giao nước giữa đất và không khí không được tính đến trong mô hình này do phạm vi cần quan tâm nằm ở độ sâu lớn ngoài ra quá trình trao đổi nước chỉ diễn ra giữa các tầng nước ngầm và tầng cách nước cụ thể, không có quá trình tiếp xúc trực tiếp nào giữa bề mặt đất và tầng nước ngầm đang nghiên cứu.
*) Biên sông:
Các điều kiện biên địa hình đáy sông lấy theo tài liệu đo đạc các mặt cắt ngang kế thừa từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh An Giang (2009).
*) Dữ liệu khí tượng thủy văn:
Bản đồ và giá trị bổ cập dựa trên cơ sở tài liệu về lượng mưa. Giá trị này thường được lấy từ 5-20% lượng mưa tùy theo thảm phủ thực vật, độ dốc địa hình, loại đất tại những vùng xác định. Bản đồ và giá trị bốc hơi ngầm cũng được lấy tương tự như trên, giá trị bốc hơi ngầm được giới hạn ở chiều sâu 3m tính từ
bề mặt địa hình. Giá trị mưa và bốc hơi trên bề mặt được lấy theo số liệu trạm An Phú (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh An Giang, 2009).
b. Thông số các tầng địa chất
Giá trị các hệ số được lấy từ bộ số liệu của Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước miền Nam (2007)
Không thu được giá trị nào về hệ số dẫn nước thủy lực và hệ số nhả nước trọng lực trong các tầng cách nước.
Tầng nước ngầm Holocen. Chiều dày từ 0,90m đến 32,00m, trung bình 12,57m.
Tầng nước ngầm Pleistocen thượng. Chiều dày từ 4,60m đến 115,50m, trung bình 28,16m. Hệ số dẫn nước thủy lực từ 13,70m2/ngày đến 153,00m2/ngày. Hệ số nhả nước trọng lực là 0,193.
Tầng nước ngầm Pleistocen trung- thượng. Chiều dày từ 2,50m đến 82,00m, trung bình 31,56m. Hệ số dẫn nước thủy lực từ 180,00m2/ngày đến 618,00m2/ngày. Hệ số nhả nước trọng lực là 0,159.
Tầng nước ngầm Pleistocen dưới. Chiều dày từ 7,00m đến 50,00m, trung bình 26,19m. Hệ số dẫn nước thủy lực khoảng 855,00m2/ngày. Hệ số nhả nước trọng lực là 0,205.
Tầng nước ngầm Pliocen trung. Chiều dày từ 6,00m đến 81,00m, trung bình 44,42m. Hệ số dẫn nước thủy lực khoảng từ 31,50m2/ngày đến 1080,00m2/ngày. Hệ số nhả nước trọng lực là 0,17.
Tầng nước ngầm Pliocen hạ. Chiều dày từ 23,00m đến 46,50m, trung bình 35,10m. Hệ số dẫn nước thủy lực khoảng 42,70m2/ngày. Hệ số nhả nước trọng lực là 0,114.
c. Dữ liệuvề khai thác sử dụng nước ngầm
Cần một giải pháp để thể hiện các dữ liệu giếng rời rạc trong mô hình khai thác nước theo không gian và thời gian. Khu vực đông dân cư phải được phân biệt với các khu vực ít dân về lượng nước khai thác. Dữ liệu ở phạm vi rộng lớn như cấp huyện không đủ thỏa mãn yêu cầu mô hình cũng như phạm vi không gian của các dữ liệu này là không đủ để đại diện cho dân số hay mật độ lỗ khoan. Do đó, đối với mô hình tại An Giang một mô hình đã được phát triển để tạo ra một mô hình không-thời gian cho quá trình khai thác nước trong 10 năm qua, hầu
hết không được dựa trên các thông tin định lượng và rõ ràng là không có lượng thông tin đầy đủ.
Bất kỳ phần mềm nào có thể gặp khó khăn trong việc xử lý số lượng lớn các giếng khai thác. Ngoài ra, không xác định được toàn bộ vị trí các giếng. Đây là lý do tại sao số lượng giếng giảm đáng kể. Để vẫn cho phép một thay đổi theo không gian, dữ liệu sử dụng đất theo không gian đã được đưa ra và chia thành các mô hình lỗ khoan cân đối. Điều này giúp tạo ra một mô hình các giếng khai thác với mật độ cao trong khu vực có mật độ dân cư cao và ngược lại.
Nhờ có được kích thước của các huyện và số lượng lỗ khoan ở từng huyện, tính toán được tốc độ khai thác trên mỗi mét vuông và được sử dụng để tính mức khai thác cho các lỗ khoan ảo.
Bảng 4.4. Khai thác nước ngầm tại 11 huyện, thành phố thuộc tỉnh An Giang năm 2007
STT Huyện/ Thị xã/ Thành phố
Khai thác cho sản xuất Khai thác cho sinh hoạt Số giếng Lưu lượng
(triệu m3/năm) Số giếng
Lưu lượng (triệu m3/năm) 1 TP. Long Xuyên 64 2,98 177 3,61 2 TX. Châu Đốc 7 0,14 34 0,15 3 Huyện An Phú 9 0,11 227 1,72
4 Huyện Tân Châu 104 0,81 274 0,56
5 Huyện Phú Tân 106 0,98 238 0,70
6 Huyện Châu Phú 73 0,71 134 2,72
7 Huyện Tịnh Biên 12 0,07 618 0,60
8 Huyện Tri Tôn 9 0,08 987 1,24
9 Huyện Châu Thành 32 0,39 218 0,42
10 Huyện Chợ Mới 44 1,19 503 1,06
11 Huyện Thoại Sơn 93 0,46 530 0,61
Tổng cộng 553 7,92 3.960 13,39
Nguồn: Phòng Tài nguyên và Môi trường An Giang (2015)
Số lượng các giếng mỗi huyện được lấy từ Bảng 4.4; giả định các lỗ khoan được đặt cách đều nhau trên toàn bộ diện tích từng huyện. Tuy nhiên, hoạt động khai thác nước được quan tâm chỉ nằm trong diện tích nhất định của mỗi huyện nên có thể dẫn đến sự đánh giá thấp trong tổng lỗ khoan khai thác ở những khu vực đó.
4.4.4. Hiệu chỉnh và kiểm chứng mô hình
Trước khi tính toán trữ lượng tiềm năng của nước ngầm, tiến hành hiệu chỉnh mô hình theo hai bước.
Bước 1: Giải bài toán ngược ổn định để sơ bộ chính xác hóa các thông số địa chất thủy văn được thí nghiệm ngoài thực địa và kiểm tra điều kiện biên của mô hình. Bài toán kết thúc khi mực nước trên mô hình và thực tế đạt yêu cầu.
Bước 2: Giải bài toán ngược không ổn định. Nhằm mục đích hiệu chỉnh hệ số nhả nước đàn hồi, hệ số nhả nước trọng lực để từ đó tính toán trữ lượng nước ngầm tiềm năng.
Đã thực hiện nhiều lần chạy khác nhau đối với mô hình số tỉnh An Giang. Có nhiều tùy chọn phục vụ cho việc xác định giá trị các thông số đã được sử dụng. Các giá trị khác nhau của hệ số dẫn nước thủy lực theo chiều đứng và chiều ngang được áp dụng cũng như các giá trị khác nhau của hệ số chứa nước đơn vị để tìm ra độ nhạy của các thông số này.
Hiệu chỉnh mô hình nhằm xác định giá trị các thông số mô hình, bằng cách so sánh kết quả mô phỏng giá trị mực nước hàng tháng thu được tại các giếng quan trắc quốc gia. Hình 4.7 là các biểu đồ biểu thị áp suất tại hai giếng quan trắc quốc gia 203-II và Q204010 theo số liệu quan trắc thực tế và theo tính toán của mô hình trong hai trường hợp, trước (bên trái) và sau (bên phải) khi hiệu chỉnh.
Hình 4.7. Kết quả sai số giữa chỉ số mực nước trên mô hình với chỉ số mực nước thực tế sau một thời gian khai thác của hai lỗ khoan quan trắc a) 203- II và b) Q204010 trước (ảnh bên trái) và sau (ảnh bên phải) khi hiệu chỉnh
Các biểu đồ này cho thấy kết quả mô phỏng gần trùng với số đo quan trắc. Điều này cho thấy mô hình có thể mô phỏng động thái dòng chảy nước ngầm một cách hợp lý và có thể sử dụng để phân tích các kịch bản tương lai.
Hình 4.8. Mực nước ngầm tỉnh An Giang đến năm 2024 tại ba tầng nước ngầm a) Tầng nước ngầm Pleistocen thượng; b) Tầng nước ngầm Pleistocen
4.4.5. Kết quả hiệu chỉnh mô hình
a. Hệ số dẫn nước thủy lực
Hình dưới thể hiển thị sự phân bố trong không gian của các giá trị hệ số dẫn nước thủy lực (m/s) tương ứng sau khi hiệu chỉnh với mỗi tầng. Các giá trị của hệ số dẫn nước thủy lực trong hình đại diện cho bộ phận có hệ số dẫn nước thủy lực cao, trong khi các đơn vị ít thấm bị loại ra khỏi tầng tương ứng.
Hình 4.9. Giá trị hệ số dẫn nước thủy lực (k) của ba tầng nước ngầm: a) Pleistocen thượng, b) Pleistocen trung-thượng, c) Pliocen trung. Màu sắc thể
Có 20 giá trị của hệ số dẫn nước thủy lực được sử dụng trong mô hình nước ngầm tỉnh An Giang được thể hiện ở hình bên dưới.