TT Huyện Giếng KT thuộc hành lang khai thác của nhà máy nƣớc Giếng KT thuộc nhà máy, xí nghiệp Giếng khai thác thộc Trung tâm nƣớc SH&VSMT Giếng nhỏ lẻ nông thôn Số giếng Lƣu lƣợng m3/ngày Số giếng Lƣu lƣợng m3/ngày Số giếng Lƣu lƣợng m3/ngày Số giếng Lƣu lƣợng m3/ngày 1 TP. Cà Mau 19 26.064 82 15.884 17 830 12.415 24.830 2 U Minh 8 2.148 21 9.120 5 260 13.534 27.068 3 Đầm Dơi 3 1.113 13 4.707 16 1.180 20.589 41.178 4 Phú Tân - - 8 550 15 1.170 8.391 16.782 5 Thới Bình 2 864 16 5.085 15 630 21.126 42.252 6 Trần Văn Thời 4 2.028 33 8.680 18 970 24.755 49.510 7 Cái Nước 2 924 24 5.205 12 778 20.042 40.084 8 Năm Căn 5 2.792 14 4.250 11 760 8.502 17.004 9 Ngọc Hiển - - 1 30 34 2.130 8.236 16.472 Tổng 43 35.933 212 53.511 143 8.708 137.590 275.180
(Nguồn: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Cà Mau, 2015) * Về loại hình khai thác:
Tỉnh Cà Mau có 4 loại hình cấp nước là giếng khoan thuộc nhà máy nước, giếng khoan thuộc các trạm cấp nước tập trung, giếng khoan thuộc các nhà máy, xí nghiệp. Các giếng khoan thuộc nhà máy nước tập trung chủ yếu ở các phường của thành phố Cà Mau, trung tâm các huyện và các khu vực đông dân cư, khai thác ở tầng sâu
(n22 và n21) với lưu lượng lớn.
Các giếng khoan thuộc các nhà máy, xí nghiệp cũng tập trung chủ yếu ở thành phố Cà Mau và trung tâm các thị trấn, các khu công nghiệp khai thác ở tầng
sâu (qp1 và n22), lưu lượng khai thác tương đối lớn. Các giếng thuộc các trạm cấp
nước tập trung phân bố ở các cụm dân cư vừa và nhỏ, khai thác ở các tầng (qp2-3 và
Các giếng khoan nhỏ lẻ nông thơn hầu hết các hộ gia đình nằm ngồi khu vực cấp nước của nhà máy nước và trạm cấp nước tập trung, khai thác trong tầng
qp2-3 với lưu lượng nhỏ, chủ yếu là phục vụ nhu cầu sinh hoạt của gia đình.
* Về tầng khai thác: các giếng khoan trong tỉnh Cà Mau chủ yếu tập trung vào
4 tầng khai thác chính là (qp2-3, qp1, n22 và n21) tại các phường của thành phố cà Mau và
trung tâm các huyện chủ yếu khai thác vào tầng n22, đối với các xã chủ yếu khai thác
vào tầng qp2-3.
* Về mức độ khai thác: thành phố Cà Mau có mức độ khai thác mãnh liệt
nhất đồng thời tập trung chủ yếu vào 1 tầng chứa nước (n22) ở các khu vực khác
thường mức độ khai thác vẫn còn tương đối thấp.
* Về mật độ khai thác: tỉnh Cà Mau có số lượng giếng khoan rất lớn, tuy chủ
yếu là các giếng nhỏ lẻ nơng thơn có lưu lượng khai thác nhỏ không ảnh hưởng lớn đến trữ lượng khai thác. Nhưng đây là vấn đề cần được quan tâm và cần có các biện pháp hạn chế vì mật độ khai thác quá dày, các giếng lại không được trám cách ly các tầng nên có nguy cơ thơng tầng làm suy thối chất lượng nước.
* Về diễn biến khai thác theo thời gian
Nhìn chung, trước năm 1997 mức độ khai thác nước dưới đất ở tỉnh Cà Mau còn rất hạn chế, từ sau năm 1997 đến nay, đặc biệt là sau năm 2000 quá trình khai thác nước dưới đất xảy ra một cách mãnh liệt. Hầu hết các giếng khoan có lưu lượng khai thác lớn đều được khoan trong giai đoạn này, số lượng giếng khoan nhỏ lẻ ở nông thôn được khoan trong giai đoạn này cũng lớn gấp 3 đến 4 lần số lượng khoan trước đây.
CHƢƠNG 2 – ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là tầng chứa nước Pleistocen giữa-trên (qp2-3) trên địa
bàn tỉnh Cà Mau. Cụ thể như sau:
Tầng chứa nước Pleistocen giữa-trên (qp2-3) phân bố rộng khắp trên địa bàn
tỉnh Cà Mau, để xác định được ranh giới mặn tại tầng chứa nước này cần lấy mẫu nước và xác định hàm lượng TDS. Các mẫu nước có thể lấy được từ các lỗ khoan quan trắc, giếng khoan có độ sâu đến tầng nghiên cứu.
Ranh giới mặn lịch sử (2004-2009) được xác định bằng cách thu thập dữ liệu về hàm lượng TDS của các mẫu nước từ nghiên cứu trước đây tại tỉnh Cà Mau. Dữ liệu 172 kết quả phân tích chỉ tiêu TDS các mẫu nước được thu thập từ hai dự án trước đây (2004-2009) là: Báo cáo Đánh giá nguồn nước dưới đất vùng thị xã Cà Mau (Tống Đức Liêm, 2004) [13]; Điều tra hiện trạng khai thác, sử dụng nước dưới đất, đánh giá chất lượng và biện pháp xử lý ô nhiễm nguồn nước dưới đất trên địa bàn tỉnh Cà Mau (Nguyễn Kim Quyên, 2009) [15]. Các số liệu được thể hiện ở Phụ lục 1.
Sau khi phân tích được hàm lượng TDS lịch sử, tác giả thành lập bản đồ phân bố TDS và khoanh vùng được những nơi bị nhiễm mặn. Căn cứ vào đó để lấy các mẫu nước hiện trạng ở khu vực lân cận, giúp dễ dàng nhận biết và so sánh sự thay đổi hàm lượng TDS tăng lên hay giảm đi.
Ranh giới mặn hiện trạng được xác định thông qua các mẫu nước lấy trực tiếp tại thời điểm tháng 3 năm 2017, kết quả thu được 203 mẫu nước được lấy tại các giếng khoan khai thác nước sinh hoạt có độ sâu ≥ 50m gần ranh giới mặn của các nghiên cứu giai đoạn 2004-2009. Kết quả phân tích được trình bày tại Chương 3.
Để thành lập bản đồ hiện trạng xâm nhập mặn của TCN Pleistocen giữa-trên (qp2-3) được chính xác hơn, đề tài thu thập thêm 30 mẫu nước bổ sung từ dự án “Quy hoạch tài nguyên nước dưới đất tỉnh Cà Mau đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2045” do đồn ĐCTV-ĐCCT Miền Nam thực hiện năm 2017 [14]. Xem bảng 7.
Bảng 7. Bảng dữ liệu về các giếng khoan, lỗ khoan của tầng chứa nƣớc qp2-3 năm 2017 Số thứ tự Số hiệu mẫu Tầng chứa nƣớc Tọa độ VN 2000 Độ sâu (m) Độ dẫn điện EC (mS/cm) Tổng độ khống hóa TDS (g/l) Tọa độ X Tọa độ Y 1 11933 qp2-3 499723 1033376 127 0.88 0.44 2 12204 qp2-3 498948 1029475 94 1.26 0.63 3 14671 qp2-3 501988 1029258 115 0.98 0.49 4 15769 qp2-3 519150 1002200 115 1.28 0.64 5 15780 qp2-3 518500 997310 110 1.5 0.75 6 16038 qp2-3 535441 1002581 105 1.48 0.74 7 16246 qp2-3 520587 994613 120 1.26 0.63 8 18137 qp2-3 534639 984557 96 1.08 0.54 9 18179 qp2-3 528145 985952 90 1.26 0.63 10 18290 qp2-3 529291 981327 92 1.14 0.57 11 18327 qp2-3 534012 977701 85 1.26 0.63 12 18872 qp2-3 487202 960689 80 2.9 1.45 13 18917 qp2-3 494036 962116 115 2.46 1.23 14 19102 qp2-3 492877 962896 120 3.32 1.66 15 19146 qp2-3 496705 966269 130 2.78 1.39 16 14723 qp2-3 508230 1034087 97 0.98 0.49 17 12342 qp2-3 483445 1019607 96 1.16 0.58 18 12248 qp2-3 480468 1020805 85 1.52 0.76
19 14271 qp2-3 478774 995136 90 1.88 0.94 20 14282 qp2-3 484214 996844 70 3.48 1.74 21 16735 qp2-3 482858 992189 82 1.86 0.93 22 QC.260 qp2-3 493665 999084 100 1.28 0.64 23 QC.231 qp2-3 478917 1014647 105 1.56 0.78 24 QC.140 qp2-3 525676 1028323 96 1.12 0.56 25 QC.322 qp2-3 494177 967898 135 3.2 1.6 26 QC.331 qp2-3 507174 977765 117 6.34 3.17 27 QC.386 qp2-3 540521 997324 100 0.76 0.38 28 QC.388 qp2-3 525432 984708 120 1.18 0.59 29 QC.400 qp2-3 522218 1000899 124 1.4 0.7 30 QC.412 qp2-3 525345 995808 100 1.38 0.69
(Nguồn: Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT miền Nam, 2017)
2.2. Phạm vi nghiên cứu:
+ Phạm vi không gian: Nghiên cứu được thực hiện trên tại tỉnh Cà Mau
(gồm 8 huyện và 1 thành phố), được giới hạn bởi tọa độ địa lý: từ 8030' – 9010' vĩ
Bắc và 1040
80' – 10505' kinh Đông
+ Phạm vi thời gian: Nghiên cứu về sự biến động độ mặn nước dưới đất tầng
Pleistocen từ 2004 cho đến năm 2017.
Hình 12. Sơ đồ tổng hợp vị trí lấy mẫu nƣớc năm 2009 và mẫu nƣớc năm 2017 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu
Thu thập, hệ thống hóa tài liệu, số liệu, thông tin được tổng hợp từ nhiều nguồn khác nhau, các sách, các bài báo trong các tạp chí, luận án,... liên quan đến nội dung đề tài như:
+ Đặc điểm cấu trúc địa chất, lịch sử phát triển địa chất, các đặc điểm về địa chất thủy văn của khu vực nghiên cứu.
+ Các báo cáo điều tra, đánh giá nguồn nước dưới đất đã được tiến hành tại tỉnh Cà Mau qua các năm.
Nghiên cứu đã sử dụng các dữ liệu thứ cấp, bao gồm dữ liệu nền địa lý, các báo cáo về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của tỉnh Cà Mau. Các số liệu của đề tài và dự án nghiên cứu có liên quan tại khu vực nghiên cứu bao gồm: Báo cáo Đánh giá nguồn nước dưới đất vùng thị xã Cà Mau; Điều tra hiện trạng khai thác, sử dụng nước dưới đất, đánh giá chất lượng và biện pháp xử lý ô nhiễm nguồn nước dưới đất trên địa bàn tỉnh Cà Mau; dự án “Quy hoạch tài nguyên nước dưới đất tỉnh Cà Mau đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2045” [13][14][15].
2.3.2. Phương pháp phân tích mẫu
Các mẫu nước được lấy tại các giếng khoan có độ sâu đến tầng chứa nước Pleistocen trên toàn bộ khu vực nghiên cứu. Chỉ tiêu để đánh giá độ mặn của nước được sử dụng trong nghiên cứu là chỉ tiêu tổng độ khống hóa (TDS)
Mẫu nước sau khi lấy về được bảo quản, tiến hành phân tích chỉ tiêu TDS (g/l) bằng phương pháp sấy khô. Nguyên tắc chung của phương pháp là lọc mẫu nước qua một bộ lọc chuẩn, nước lọc được làm bay hơi trong một cốc thuỷ tinh đã
biết trước khối lượng và sấy tới khối lượng không đổi ở nhiệt độ 180 20C. Khối
lượng tăng lên của cốc chính là tổng lượng chất rắn hồ tan (TDS).
Ngồi ra, tiến hành đo trực tiếp độ dẫn điện: tại các vị trí có giếng khoan lấy mẫu nước đo độ dẫn điện của nước và trên cơ sở phương trình mối quan hệ giữa độ dẫn điện và tổng chất khống hịa tan có thể xác định được tổng chất khống hịa tan thông qua độ dẫn điện của nước.
2.3.3. Phương pháp xử lý và thành lập bản đồ
Quá trình xử lý và thành lập bản đồ gồm 3 bước chính như sau: (1) thu thập số liệu phân tích về chỉ tiêu tổng độ khống hóa TDS (g/l) cùng với tọa độ, độ sâu (m) và độ dẫn điện EC (mS/cm) tại các giếng khoan, lỗ khoan khảo sát địa chất thủy văn. (2) Nội suy dữ liệu đã thu thập được bằng phương pháp Kriging. (3) Thành lập bản đồ mặn nhạt.
Hình 13. Sơ đồ quá trình thành lập bản đồ biến động ranh giới mặn
Phương pháp này sử dụng phần mềm Mapinfo 15.0 và phần mềm Arcgis 10.3 để xây dựng các bản đồ lịch sử và hiện trạng dựa trên các số liệu, dữ liệu đã được thu thập và xử lý.
2.3.4. Phương pháp nội suy dữ liệu Kriging
Đề tài nghiên cứu đã áp dụng phương pháp nội suy dữ liệu để khảo sát mối quan hệ giữa sự biến động dữ liệu theo vị trí trong khơng gian, từ đó dự báo được các giá trị dữ liệu ở những vị trí chưa có số liệu khảo sát thực tế. Phương pháp nội suy dữ liệu khơng gian có nhiều thuật tốn khác nhau như IDW (Inverse Distance Weight), Kriging, Spline,… Phương pháp IDW xác định giá trị của các điểm chưa
biết bằng cách tính trung bình trọng số khoảng cách giá trị của các điểm đã biết trong vùng lân cận của mỗi pixel. Những điểm càng cách xa điểm cần tính giá trị càng ít ảnh hưởng đến giá trị tính tốn. Phương pháp Spline là phương pháp nội suy tổng quát, sử dụng một hàm toán học giảm thiểu độ cong tổng thể của bề mặt; từ đó đưa ra kết quả hiển thị mơ hình khơng dao động nhiều ở giữa các điểm lấy mẫu, phù hợp với dữ liệu theo khoảng thời gian dài hàng tháng, hàng năm. Trong các thuật toán trên, Kriging là phương pháp phổ biến nhất, kết quả sai số nhỏ nhất và kết quả nội suy khơng gian có tính khách quan cao hơn.
Phương pháp Kriging là một cơng cụ phân tích địa thống kê để nội suy giá trị TDS từ các điểm lấy mẫu. Phép nội suy Kriging giả sử rằng khoảng cách hoặc hướng giữa các điểm mẫu phản ánh một mối tương quan khơng gian có thể được dùng để luận giải sự thay đổi trong bề mặt. Cơng cụ Kriging sử dụng một hàm tốn học đối với một số điểm chuẩn, hoặc tất cả các điểm trong một bán kính chuẩn, để xác định giá trị đầu ra với từng vị trí. Cơng thức tổng quan được tính tốn dựa trên tổng các dữ liệu có trọng lượng như sau:
Trong đó: Z(si) = giá trị đo được tại vị trí thứ i
λi = một ảnh hưởng chưa biết của giá trị đo được tại vị trí thứ i
so = vị trị dự đoán
N = số giá trị đo được
Quá trình nội suy nhiều bước của Kriging bao gồm: phân tích thơng kê khai thác dữ liệu, xây dựng mơ hình variogram, tạo bề mặt và khai thác một bề mặt biến thiên.
Các bước tiến hành nội suy trong thiết lập bản đồ phân bố hiện trạng mặn nhạt tầng chứa nước Pleistocen giữa - trên bằng Kriging cụ thể như sau:
Bước 1. Khảo sát các đặc trưng thống kê của tập dữ liệu, đặc biệt chú ý đến
tính phân bố chuẩn của dữ liệu. Nếu dữ liệu khơng có phân bố chuẩn thì phải chuyển dạng dữ liệu để thỏa mãn yêu cầu này.
- Tạo biểu đồ histogram của giá trị TDS tầng chứa nước qp2-3, biểu đồ có sự phân bố bất thường, đỉnh bị lệch về phía bên trái, giá trị trung bình và phương sai biến đổi đáng kể (hình 2.3).
Hình 14. Biểu đồ histogram của TDS tầng chứa nƣớc qp2-3
Do đó, tốt hơn nên chuyển đổi giá trị TDS thành dạng logarit với sự phân bố gần với phân bố chuẩn (Hình 14) và đỉnh biểu đồ lệch ít (giá trị trung bình = - 0,0607992; phương sai = 0,0496892)
Hình 15. Biểu đồ histogram của LogTDS tầng chứa nƣớc qp2-3
Bước 2. Xây dựng biểu đồ semi-variogram.
Biểu đồ semi-variogram phản ánh mối quan hệ giữa sự biến thiên của dữ liệu với khoảng cách giữa các điểm này. Lựa chọn mơ hình semi-variogram thích hợp với tập dữ liệu, quy luật quan hệ của sự biến động dữ liệu với khoảng cách giữa chúng được tính xấp xỉ bằng một trong các hàm số đã được xác định trước (hàm cầu, hàm mũ, hàm Gauss, hàm lũy thừa...). Đặc trưng của variogram gồm:
Sill: giá trị tại đó mức variogram kết thúc.
Range: khoảng cách trễ tại đó variogram tiến đến giá trị sill.
Nugget: biểu diễn sự biến thiên tại các khoảng cách nhỏ hơn so với khoảng trống mẫu thông thường, gồm lỗi đo đạc. Theo lý thuyết, giá trị variogram tại gốc tọa độ bằng 0; giá trị này sẽ khác 0 đối với các trễ đến rất gần 0.
Sau đó các mơ hình semi-variogram của logarit TDS của tầng chứa nước qp2-
3 được tạo ra với các góc phương vị (azimuth) thay đổi từ 0 đến 180 độ. Tại góc
chọn hàm cầu (Spherical) với các thơng số: Sill =0.0338; Range = 16500; Nugget = 0.009 (Hình 2.5).
Hình 16. Variogram của giá trị logTDS tầng chứa nƣớc qp2-3
Bước 3. Tiến hành nội suy theo mơ hình semi-variogram đã chọn. Bước 4. Đánh giá độ tin cậy của kết quả nội suy và thành lập bản đồ.
CHƢƠNG 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
Phần kết quả sẽ trình bày sự phân bố nước mặn và nước nhạt của giai đoạn trước đây và hiện nay với ranh giới mặn (TDS = 1g/l) được nội suy từ các mẫu nước lấy ngoài thực địa và mẫu nước của các nghiên cứu trước (dữ liệu từ năm 2004 đến 2009). Bản đồ phân bố TDS trước đây (2004-2009) và bản đồ phân bố TDS hiện trạng (2017) đã được xử lý, phân tích và xây dựng bản đồ với cùng cơ sở dữ liệu và phương pháp nội suy dữ liệu để xác định mức độ xâm nhập mặn và sự