4.2.1. Tính toán các thông số địa chất thủy văn
Trữ lượng khai thác tiềm năng (trữ lượng có thể khai thác) là lượng nước có thể khai thác từ các tầng chứa nước và chứa nước yếu trong vùng đó mà không làm
suy thoái, cạn kiệt nguồn nước và biến đổi môi trường vượt quá mức cho phép (Quyết định số 13/2007/QĐ-BTNMT ngày 04 tháng 9 năm 2007 của Bộ Tài nguyên và Môi trường).
Trữ lượng khai thác tiềm năng bao gồm trữ lượng bổ cập (trữ lượng động tự nhiên), trữ lượng tích chứa đàn hồi (trữ lượng tĩnh đàn hồi), một phần trữ lượng tích chứa(trữ lượng tĩnh trọng lực), trữ lượng cuốn theo, trữ lượng bổ sung nhân tạo … được xác định theo công thức:
Trong đó :
QTN - Trữ lượng tiềm năng (m3/ng);
Qe - Trữ lượng bổ cập (trữ lượng động tự nhiên) (m3/ng); Vđh - Lượng nước tĩnh đàn hồi (m3);
Vtl - Lượng nước tĩnh trọng lực (m3);
1 - Hệ số xâm phạm vào trữ lượng tĩnh trọng lực;
Qct - Trữ lượng cuốn theo (thường xày ra khi khai thác nước dưới đất); Qbs - Trữ lượng bổ sung;
t - Thời gian khai thác ;
Theo công thức trên, trữ lượng cuốn theo (Qct) và trữ lượng bổ sung (Qbs) chưa đủ điều kiện để xác định, nên bỏ qua.. Như vậy, trữ lượng tiềm năng nước dưới đất thực chất chỉ còn là gồm trữ lượng bổ cập (trữ lượng động tự nhiên) và trữ lượng tích chứa (trữ lượng tính tự nhiên). Việc tính toán như trên được xem như là thiên về mức độ an toàn, phù hợp với việc tính toán trữ lượng khai thác tiềm năng phục vụ cung cấp nước.
4.2.2. Các thông số địa chất thủy văn tầng chứa nước
Các thông số địa chất thủy văn được tính toán dựa trên cơ sở tài liệu bơm nước thí nghiệm và tài liệu hồi phục mực nước ở các lỗ khoan. Do các lỗ khoan chỉ tiến hành bơm nước thí nghiệm đơn nên chỉ tính toán giá trị Km và K cho các tầng chứa nước khai thác.
Có 2 phương pháp tính toán các thông số địa chất thủy văn là phương pháp gần ổn định (phương pháp Theis – Jacov) và phương pháp ổn định. Trên cơ sở thiết kế phương pháp của Dự án và dựa trên tài liệu bơm nước thí nghiệm thực tế tại các lỗ khoan tác giả lựa chọn phương pháp gần ổn định để tính toán các thông số địa chất thủy văn đại diện cho các lỗ khoan cũng như tầng chứa nước khai thác.
Vùng Ngọc Động có 2 lỗ khoan tìm kiếm thăm dò nước dưới đất trong tầng chứa nước khe nứt c -p đều được hút nước thí nghiệm đơn với lưu lượng không đổi. Do đó trong điều kiện này chủ yếu áp dụng quy luật thay đổi mực nước theo thời
gian.
Phương pháp chỉnh lý tài liệu thí nghiệm được áp dụng là phương pháp Jacob, tức là dựa vào quan hệ S=lg(t) hay S*=lg
Các quan hệ trên dựa theo cơ sở mô phỏng logarit công thức Thies, phương trình cơ bản như sau:
Trong đó:
Q: Lưu lượng lỗ khoan (m3/ngày) t: Thời gian tính bằng ngày
S: Mực nước hạ thấp (m) r: Bán kính lỗ khoan (m) Km: Độ dẫn nước (m2/ngày)
Đối với các tài liệu đo hồi thủy khi t>0,1T được chỉnh lý dựa trên quan hệ: Trong đó:
T. Thời gian hút nước (ngày) t. Thời gian hồi phục (ngày) Các ký hiệu khác như trên
Theo phương pháp này mỗi quan hệ giữa mực nước hạ thấp hoặc hồi phục mực nước theo thời gian ở lỗ khoan hút nước tuân theo phương trình:
S = At + Ctlgt
Sau khi xác định được hệ số góc Ct và tung độ của điểm giao nhau giữa đồ thị và trục tung At các thông số được tính theo công thức sau:
b) Kết quả tính toán:
Kết quả tính toán cụ thể như sau:
Bảng 4.2: Kết quả tính toán thông số địa chất thủy văn tầng c-p
T
T Thông số Đơn vị Kết quả
1 Hệ số thấm (K) m/ngày 0,757
(Km)
3 Hệ số nhả nước (µ)
0,112
4.2.2. Tính toán tài nguyên nước
a. Định nghĩa các loại trữ lượng nước dưới đất
Trữ lượng nước dưới đất được xác định đối với các tầng chứa nước chính, gồm tiềm năng tài nguyên nước dưới đất và trữ lượng có thể khai thác nước dưới đất, được xác định theo phương pháp giải tích kết hợp phương pháp mô hình số.
- Tiềm năng tài nguyên nước dưới đất bao gồm hai thành phần là tiềm năng tích chứa và lượng bổ cập tự nhiên: Tiềm năng tích chứa gồm tiềm năng tích chứa trọng lực và tiềm năng tích chứa đàn hồi.
+ Tiềm năng tích chứa trọng lực là lượng nước chứa trong các lỗ hổng, khe nứt của đất đá chứa nước và có khả năng thoát ra dưới tác dụng của trọng lực có thể lấy được trong một khoảng thời gian khai thác tính toán (thường là 10.000 ngày).
+ Tiềm năng tích chứa đàn hồi là lượng nước sinh ra do khả năng đàn hồi của nước và của đất đá chứa nước khi hạ thấp mực áp lực trong những TCN có áp có thể lấy được trong một khoảng thời gian khai thác tính toán (thường là 10.000 ngày).
+ Lượng bổ cập tự nhiên cho nước dưới đất là lượng nước được hình thành từ các nguồn khác nhau như ngấm của nước mưa, từ dòng ngầm nơi khác chảy đến, lượng nước thấm xuyên từ các TCN liền kề, từ nước sông, nước mặt...
- Trữ lượng có thể khai thác là lượng nước khai thác đến ngưỡng khai thác nước dưới đất. Ngưỡng khai thác nước dưới đất là giới hạn cho phép khai thác nước dưới đất nhằm bảo đảm không gây xâm nhập mặn, suy thoái, cạn kiệt nguồn nước, lún đất, tác động xấu đến nguồn nước mặt và môi trường liên quan.
b. Phương pháp tính toán
Tiềm năng tài nguyên nước dưới đất được xác định theo công thức sau: Qtn = Qt + Qđ
Trong đó:
Qtn là tiềm năng tài nguyên nước dưới đất, m3/ngày. Qt là tài nguyên tích chứa, m3/ngày.
Qđ là lượng bổ cập tự nhiên, m3/ngày
- Xác định tài nguyên tích chứa trong tầng chứa nước
Lượng tích chứa tự nhiên gồm lượng tích chứa trọng lực và lượng tích chứa đàn hồi. Đối với vùng Ngọc Động, các tầng chứa nước chủ yếu là tầng không áp do đó chỉ có lượng tích chứa trọng lực mà không có lượng tích chứa đàn hồi.
Lượng tích chứa trọng lực là lượng nước chứa trong các lỗ hổng, khe nứt, của đất đá chứa nước và có khả năng thoát ra dưới tác dụng của trọng lực. Lượng tích chứa trọng lực được đặc trưng bởi hệ số nhả nước trọng lực.
Tài nguyên tĩnh trọng lực được xác định bằng công thức: Vtl = V = tbhtbF
Trong đó: là hệ số nhả nước trọng lực (có giá trị dao động từ 0 – 1 đơn vị), V là thể tích đất đá chứa nước (m3), htb là chiều dày trung bình của tầng chứa nước không áp (m), F là diện tích phân bố của tầng chứa nước (m2).
Khối lượng nước trọng lực tích chứa trong tầng chứa nước có thể được thể hiện bằng mét khối, hoặc dưới dạng tiềm năng (m3/ngày) khi giả thiết nó có thể lấy ra được trong một khoảng thời gian khai thác tính toán.
- Xác định lượng bổ cập tự nhiên
Lượng bổ cập tự nhiên cho nước dưới đất có thể được hình thành từ ngấm của nước mưa, từ dòng ngầm nơi khác chảy đến, từ nước sông, nước mặt... Một số phương pháp xác định lượng bổ cập tự nhiên bao gồm: xác định thông qua cường độ cung cấp cho nước dưới đất (phương pháp N.N.Bindeman); phương pháp Darcy; phương pháp thủy văn; phương pháp lượng mưa ngấm...
Ở đây vùng Ngọc Động đã kết thúc công tác quan trắc động thái nước dưới đất. Vì vậy trong vùng sẽ áp dụng phương pháp N.N.Bindeman để tính toán lượng bổ cập tự nhiên theo công thức sau:
Trong đó: Qtn: Trữ lượng động tự nhiên, m3/ng. : Hệ số nhả nước trọng lực
H: Biên độ dao động mực nước trong năm(m)
Z: Biên độ hạ thấp mực nước trong thời kỳ nước dâng (m) FS: Diện tích được nước mưa cung cấp (m)
- Trữ lượng có thể khai thác nước dưới đất
Trữ lượng có thể khai thác nước dưới đất có thể lấy bằng tỷ lệ phần trăm tiềm năng tài nguyên nước dưới đất tùy theo mức độ chi tiết về số liệu nghiên cứu điều kiện địa chất thủy văn (ví dụ lấy bằng 30% tiềm năng tài nguyên nước dưới đất, nghĩa là ngưỡng an toàn ở đây là lấy đến 30% tổng lượng trữ tự nhiên và nguồn bổ cập tự nhiên).
- Xác định tài nguyên tích chứa: Do vùng Ngọc Động tồn tại tầng chứa nước c-p là tầng chứa nước không áp nên tài nguyên tích chứa chỉ bao gồm tài nguyên tích chứa trọng lực, không có tài nguyên tích chứa đàn hồi.
Tài nguyên tích chứa trọng lực được xác định theo công thức: Trong đó:
Qttl: Tài nguyên nước tĩnh trọng lực (m3/ngày) Vtl: Lượng nước tích chứa trọng lực (m3)
µtb: Hệ số nhả nước trung bình của tầng chứa nước htb: Bề dày trung bình của tầng chứa nước (m) F: Diện tích tầng chứa nước (m2)
t: Thời gian khai thác (thường là 10000 ngày)
+ Đối với tầng chứa nước c-p: Kết quả nghiên cứu đã xác định µtb =0,112; bề dày trung bình tầng chứa nước htb = 62,24m; diện tích phân bố tầng chứa nước F = 2,8x106 (m2). Do đó tài nguyên nước tích chứa trọng lực tầng chứa nước c-p là:
- Xác định lượng bổ cập:
Kết quả nghiên cứu cho thấy khu vực điều tra Ngọc Động tầng chứa nước c-p thành phần chủ yếu là đá vôi. Kết quả quan trắc năm 2017 xác định được giá trị dao động mực nước ở cả 2 lỗ khoan như sau:
+ Lỗ khoan VCCB19: trong 1 năm quan trắc lỗ khoan VCCB19 mực nước lỗ khoan dâng lên 3 lần chính xác định được giá trị trung bình (H+Z) = 5;
+ Lỗ khoan VCCB20: trong 1 năm quan trắc lỗ khoan VCCB20 mực nước lỗ khoan dâng lên 2 lần chính xác định được giá trị trung bình (H+Z) = 8;
Kết quả xác định lượng bổ cập cho các lỗ khoan trong vùng như sau:
Bảng 4.3: Kết quả tính toán lượng bổ cập tài nguyên nước dưới đất vùng Ngọc Động T T Lỗ khoan Hệ số nhả nước trọng lực FS (m 2) Qtn 1 VCCB19 0,11 5 1.4 00.000 2.110 2 VCCB20 0,114 8 1.4 00.000 3.498 Trung bình 2.804
Kết quả tính toán tiềm năng tài nguyên nước dưới đất vùng Ngọc Động là 4.756 (m3/ngày).
- Xác định trữ lượng có thể khai thác nước dưới đất:
Nước dưới đất vùng Ngọc Động chủ yếu được khai thác sử dụng cho mục đích ăn uống, sinh hoạt và phát triển kinh tế xã hội. Do đó để đảm bảo khai thác sử dụng không gây tác động xấu đến môi trường và không làm cạn kiệt tài nguyên nước dưới đất, đề nghị không xâm phạm vào tài nguyên nước tĩnh của các tầng chứa nước. Vì vậy dự án đề nghị trữ lượng có thể khai thác lấy bằng 50% lượng bổ cập tự nhiên từ nước mưa cho tầng chứa nước.
Như vậy trữ lượng có thể khai thác nước dưới đất vùng Ngọc Động là 1.402 m3/ngày. Chi tiết thể hiện trong bảng sau:
Bảng 4.4: Kết quả tính toán tiềm năng tài nguyên nước dưới đất vùng Ngọc Động T T T ầng chứa nước Tài nguyên nước tĩnh (m3/ngày) Lượn g bổ cập (m3/ngày) Tiềm năng tài nguyên nước dưới đất (m3/ngày) Trữ lượng có thể khai thác NDĐ (m3/ngày) 1 c-p 1.952 2.804 4.756 1.402
- Mô đun trữ lượng có thể khai thác: Trên cơ sở kết quả tính toán trữ lượng có thể khai thác, dự án tiến hành tính toán mô đun trữ lượng có thể khai thác của các tầng chứa nước trong vùng Ngọc Động phục vụ cho việc thành lập bản đồ tài nguyên nước dưới đất. Kết quả tính toán cụ thể như sau:
Bảng 4.5: Kết quả tính toán trữ lượng có thể khai thác vùng Ngọc Động
T T T ầng chứa nước Diệ n tích tầng chứa nước (Km2) Trữ lượng có thể khai thác NDĐ (m3/ngày) Mô đun trữ lượng có thể khai thác (m3/ngày/Km2) Khả năng khai thác 1 c- p 2,8 1.402 500,7 Giàu
4.2.3. Tính toán trị số hạ thấp mực nước cho phép
Căn cứ vào đặc điểm tài nguyên nước dưới đất vùng Ngọc Động và kết quả khoan tìm kiếm thăm dò nước dưới đất cho thấy tầng chứa nước c-p có ý nghĩa
trong việc khai thác nước dưới đất tập trung phục vụ ăn uống, sinh hoạt và phát triển kinh tế xã hội. Do đó ở đây dự án tính toán trị số mực nước hạ thấp cho phép và dự báo trữ lượng khai thác công trình đối với tầng chứa nước c-p.
Kết quả nghiên cứ đã xác định tầng chứa nước c-p là tầng chứa nước khe nứt, không áp tuy nhiên mực nước dưới đất phân bố gần mặt đất. Do đó trị số hạ thấp mực nước được xác định theo công thức sau:
Trong đó:
Scp: Trị số hạ thấp mực nước cho phép (m) ∆H: Chiều cao cột nước trung bình (m) htb: Bề dày trung bình tầng chứa nước (m)
Kết quả tính toán trị số hạ thấp mực nước của 2 lỗ khoan trong vùng Ngọc Động thống kê trong bảng sau:
Bảng 4.6: Kết quả tính toán trị số hạ thấp mực nước cho phép T T Lỗ Khoan Chiều cao cột nước (h) Bề dày tâng chứa nước
(h)
Trị số hạ thấp mực nước cho phép (m)
1 VCCB19 36,86 47,08 52,55
2 VCCB20 17,02 77,4 42,82
4.2.4. Tính toán lưu lượng khai thác và mực nước hạ thấp dự báo của công trình khai thác
4.2.4.1. Phương pháp tính toán:
Căn cứ vào điều kiện địa chất thủy văn vùng Ngọc Động và kết quả điều tra khảo sát tìm kiếm nước dưới đất cho thấy tầng chứa nước t3 phân bố vô hạn trên bình đồ. Hệ thống khe nứt phát triển liên tục trên toàn vùng. Trên mặt cắt nước dưới đất vận động trong các đới dập vỡ kiến tạo, nước không áp. Do đó, ở đây dự án sơ đồ hóa tầng chứa nước c-p vùng Ngọc Động là tầng chứa nước, phân bố vô hạn. Trị số hạ thấp mực nước tại các lỗ khoan tính toán được xác định theo công thức sau:
Trong đó:
Stt: Trị số hạ thấp mực nước tính toán tại lỗ khoan (m)
S0: Trị số hạ thấp mực nước do chính lỗ khoan khai thác gây ra (m)
∆Si: Trị số hạ thấp mực nước bổ sung do các lỗ khoan xung quanh gây ra(m) n: Số lỗ khoan tính toán
Trong đó:
Qo: Lưu lượng khai thác của lỗ khoan tính toán (m3/ngày) Qi: Lưu lượng khai thác của lỗ khoan gây can nhiễu (m3/ngày) t: Thời gian khai thác (ngày)
ri: Khoảng cách từ lỗ khoan gây can nhiễu đễn lỗ khoan tính toán (m) r0: Bán kính lỗ khoan khai thác (m)
Căn cứ vào lưu lượng thực bơm tại 2 lỗ khoan trong vùng Ngọc Động, để tính toán lưu lượng khai thác và mực nước hạ thấp dự báo của công trình khai thác, dự án sử dụng phương pháp thử dần xác định lưu lượng khai thác của từng lỗ khoan và trị số hạ thấp mực nước thỏa mãn điều kiện trị số hạ thấp mực nước cho phép của tầng chứa nước c-p.
4.2.4.2. Kết quả tính toán dự báo mực nước hạ thấp
Kết quả tính toán dự báo mức nước hạ thấp tại 2 lỗ khoan vùng Ngọc Động theo thời gian cụ thể theo bảng sau:
Bảng 4.7: Kết quả tính toán mực nước hạ thấp theo thời gian
T T Lỗ khoan Lưu lượn g khai thác (m3/ ngày) Mực nước tĩnh (m) Mực nước động cho phép (m) Mực nước động dự báo (m) hiều sâu đặt máy bơm (m) 5 n ăm 1 0 năm 1 5 năm 2 0 n ăm 2 7 n ăm 1 VCCB1 9 164,2 16,0 6 68,6 1 22,6 3 23,1 1 23,3 8 23,5 8 23,5 8 40 2 VCCB2 0 314,5 9,1 51,9 2 18,6 9 19,1 6 19,4 3 19,6 3 19,8 3 40
Căn cứ vào kết quả tính lưu lượng khai thác và mực nước hạ thấp dự báo của từng công trình khai thác theo thời gian cho thấy sau thời gian khai thác 27 năm, mực nước động dự báo trong mỗi lỗ khoan đề nhỏ hơn mực nước động cho phép của tầng chứa nước. Do đó kết quả tính toán lưu lượng khai thác của từng công trình là phù hợp, đảm bảo không gây tác động xấu tới môi trường và làm cạn kiệt
tầng chứa nước.
Như vậy, với lưu lượng khai thác dự kiến 03 lỗ khoan VCCB19, VCCB20, tính toán được bằng 478,7 m3/ngày mà lưu lượng yêu cầu của đề tài là 1000 m3/ngày