Quảng Trị, dự án này đã kế thừa các tính tốn trước đây trong các nghiên cứu “Tài nguyên nước dưới đất tỉnh Quảng Trị” của Đoàn Văn Cánh và Lê Tiến Dũng do Sở KH&CN Quảng Trị chủ trì, “Quy hoạch tổng thể cấp nước sạch và vệ sinh
môi trường nông thôn tỉnh Quảng Trị đến 2010” của Nguyễn Văn Lâm và cộng sự
do TT Nước sạch và Vệ sinh môi trường nơng thơn tỉnh Quảng Trị chủ trì, kết hợp với các điều tra, đánh giá và tính tốn của dự án bằng mơ hình tốn mơ phỏng vận chuyển nước dưới đất.
Thông thường, để thể hiện tiềm năng nước dưới đất thường sử dụng khái niệm trữ lượng khai thác tiềm năng - là tiềm năng tối đa của nước dưới đất có thể khai thác được. Trữ lượng khai thác tiềm năng của nước dưới đất tỉnh Quảng Trị được hình thành từ các nguồn sau:
QKTTN = QĐTN + QTTN + QBS
trong đó:
QDTN – trữ lượng động tự nhiên, hay là nguồn bổ sung tự nhiên cho
tầng chứa nước,
QTTN – trữ lượng tĩnh tự nhiên tồn tại trong lỗ hổng, khe nứt của tầng
chứa nước,
QBS – trữ lượng bổ sung (trữ lượng cuốn theo),
– hệ số xâm phạm trữ lượng tĩnh. Để phục vụ khai thác ổn định, lâu
dài thường cho phép lấy = 0.3
Tuy nhiên, tính tốn theo cơng thức này mặc dầu cho kết quả tổng quát và đầy đủ nhất nhưng lại đòi hỏi sự chi tiết của các số liệu quan trắc, cần thể hiện được khơng 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 khơng gian.
Hiện nay trên địa bàn miền đồng bằng tỉnh Quảng Trị, do công tác điều tra địa chất thủy văn tìm kiếm và thăm dị nước dưới đất cịn rất hạn chế, đến nay mới chỉ có các phương án thăm dị và tìm kiếm nước dưới đất ở Hồ Xá, Đơng Hà và Gio Linh (Nguyễn Văn Lâm và cộng sự, 2000) cùng với một số tài liệu lỗ khoan thăm dò trong dự án Tài nguyên nước dưới đất của Đồn Văn Cánh và Lê Tiến Dũng, vì vậy việc tính tốn theo cơng thức trên đây gặp rất nhiều khó khăn.
Trữ lượng nước dưới đất của một khu vực nào đó cũng có thể được tính tốn 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 = QĐTN + QTTN
trong đó:
QĐTN - trữ lượng động tự nhiên của nước ngầm QTTN - trữ lượng tĩnh tự nhiên
, - các hệ số cho phép khai thác (<1)
Trữ lượng nước dưới đất khác với các loại tài nguyên khác đó là bao gồm cả trữ lượng tĩnh và trữ lượng động. Trữ lượng tĩnh là lượng nước có trong tầng chứa nước ứng với mực nước thấp nhất, còn trữ lượng động là lượng nước vận động qua tầng chứa nước hoặc lượng nước được điều tiết hàng năm.
2.5.1. Trữ lượng động
Có nhiều phương pháp để tính tốn trữ lượng động trong đó phương pháp phổ biến là phương pháp sử dụng bản đồ mơ đun dịng ngầm. Tuy nhiên, ở các vùng đồng bằng do địa hình bằng phẳng, mặt nước ngầm nằm ngang nên thường mơ đun dịng ngầm khá nhỏ. Mặt khác, trên địa bàn tỉnh Quảng Trị, hiện chưa có các bản đồ đẳng trị mơ đun đủ chi tiết để tính tốn, nên trong khn khổ nghiên cứu này chúng tơi sử dụng phương pháp mơ hình tốn. Đây là phương pháp đang được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu địa chất thủy văn. Phần mềm được sử dụng là Visual ModFlows 4.2.0 151 của Công ty Waterloo Hydrogeologic Hoa Kỳ.
Giới hạn vùng nghiên cứu
Trên cơ sở các tài liệu điều tra thăm dò địa chất, địa chất thủy văn trên địa bàn tỉnh Quảng Trị từ trước đến nay dự án đã tiến hành phân tích và mơ hình hóa điều kiện địa chất thủy văn cho vùng nghiên cứu, bao gồm:
Về mặt không gian, vùng nghiên cứu được giới hạn phía Đơng là bờ biển, phía Tây là ranh giớivùng gị đồi và miền đồng bằng, phía Nam là ranh giới với tỉnh Thừa Thiên – Huế, phía Bắc là ranh giới với tỉnh Quảng Bình (hình 2.1) - ứng với miền đồng bằng tỉnh Quảng Trị. Theo mặt cắt thẳng đứng, mơ hình mơ tả 5 tầng chứa và cách nước.
Lớp 1 - tầng chứa nước Holocen bao gồm tồn bộ trầm tích phân bố khơng liên tục.
Lớp 2 - lớp cách nước trầm tích Holocen phân bố không liên tục.
vùng nghiên cứu.
Lớp 4 - tầng chứa nước trầm tích Neogen phân bố khơng liên tục.
Lớp 5 - lót dưới tầng chứa nước Neogen là trầm tích O3 – S1 hệ tầng Long
Đại (Hình 2.2).
Hình 2.1. Ranh giới vùng nghiên cứu – miền đồng bằng tỉnh Quảng Trị
Lưới sai phân
Để mơ tả các q trình động thái nước dưới đất, mơ hình MODFLOW chia khu vực thành các ơ lưới tính tốn (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 chứa nước, khu vực nghiên cứu được chia thành mạng lưới các ơ (cell) với kích thước mỗi ơ là 1km x 1km, cụ thể gồm 56 cột và 68 hàng với 3808 ô (Hình 2.1). Trên mặt cắt là hệ thống mơ tả gồm 5 lớp, độ sâu cực đại hơn 200m đến tầng đá gốc (không thấm).
Hệ số thấm và hệ số nhả nước
Hệ số thấm và hệ số nhả nước được lấy từ số liệu của Báo cáo tìm kiếm
nước dưới đất vùng Hồ Xá, Đông Hà, Tây Đông Hà, Gio Linh (Liên đoàn địa chất
thủy văn và địa chất cơng trình Bắc Trung Bộ).
Lớp 1 là tầng chứa nước Holocen. Chiều dày từ 2,5 đến 20m, trung bình là 12 m. Hệ số thấm biến đổi từ 0,47 đến 16,31 m/ng.
Lớp 2 là lớp cách nước trầm tích Holocen. Chiều dày thay đổi từ 10 – 20 m, trung bình 15 m, hệ số thấm rất nhỏ từ 0,0001 – 0,001 m/ng.
Lớp 3 là tầng chứa nước gồm trầm tích thống. Chiều dày từ 10 – 25 m, hệ số thấm thay đổi từ 2,04 – 30,95 m/ng, trung bình 9,2 m/ng.
Lớp 4 là tầng chứa nước trầm tích Neogen. Chiều dày biến đổi từ 10 đến 60 m. Hệ số thấm từ 8,06 – 37,69 m/ng, trung bình 15,53 m/ng.
Lớp 5 lót dưới tầng chứa nước Neogen là trầm tích O3 – S1 hệ tầng Long Đại. Trong giới hạn đồng bằng chưa có lỗ khoan nào gặp nước tại tầng này nên được mơ hình hóa thành lớp cách nước.
Hình 2.2. Lát cắt thẳng đứng điển hình miền đồng bằng tỉnh Quảng Trị
Điều kiện biên và dữ liệu khí tượng thủy văn
Các điều kiện biên về địa hình bề mặt lấy trên cơ sở bản đồ số hóa độ cao theo cao độ quốc gia. Các điều kiện biên địa hình đáy sơng lấy theo tài liệu đo đạc các mặt cắt ngang kế thừa từ nghiên cứu của Nguyễn Tiền Giang và nnk (2006).
Điều kiện biên phía Bắc, phía Nam và phía Tây của khu vực nghiên cứu giả thiết là điều kiện khơng có trao đổi dịng ngầm. Biên phía Đơng được mơ hình hóa là biên H = const, lấy theo dao động mực nước biển.
Bản đồ và giá trị bổ cập được 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 như trên, giá trị bốc hơi ngầm được giới hạn ở chiều sâu 3 m tính từ bề mặt địa hình. Giá trị mưa và bốc hơi trên bề mặt được lấy theo số liệu trạm Đông
Hà. Mực nước trên các sông được lấy theo số liệu quan trắc của các trạm thủy văn Gia Vịng, Đơng Hà, Thạch Hãn, Cửa Việt.
Hiệu chỉnh bộ thơng số mơ hình
Trước khi tính tốn trữ lượng khai thác nước dưới đất, chúng tôi tiến hành hiệu chỉnh mơ hình theo 2 bước:
Bước 1. Giải bài tốn ngược ổn định để sơ bộ chính xác hóa các thơng số
địa chất thủy văn được thí nghiệm ngồi thực địa và kiểm tra điều kiện biên của mơ hình. Bài tốn kết thúc khi mực nước trên mơ hình và thực tế đạt yêu cầu.
Hình 2.3 Kết quả thực đo và tính tốn
Dự án đã sử dụng 20 lỗ khoan để hiệu chỉnh. Do các lỗ khoan này phải phân bố theo phương ngang và theo phương thẳng đứng trên các tầng chứa nước và nguồn số liệu có hạn nên khơng lấy được theo cùng một thời điểm, ở cùng một báo cáo tìm kiếm nước dưới đất mà lấy theo các báo cáo tìm kiếm nước dưới đất vùng Hồ Xá (1986), Đông Hà (1979-1984), Tây Đông Hà (1989-1991), Gio Linh (năm1995). Bộ thông số cần hiệu chỉnh bao gồm hệ số thấm theo phương ngang và phương thẳng đứng. Mực nước tính tốn của mơ hình được so
Calculated vs. Observed Head : Time = 1.16 days
Calculated vs. Observed Head : Time = 1.16 days
Num. of Data Points : 23
Standard Error of the Estimate : 0.389 (m) Max. Residual: 4.634 (m) at QT12/POINT #1
Root Mean Squared : 1.847 (m) Min. Residual: 0.063 (m) at G307/POINT #1
Normalized RMS : 2.752 ( % ) Residual Mean : 0.3 (m)
Correlation Coefficient : 0.991 Abs. Residual Mean : 1.49 (m)
Observed Head (m) -3.3 16.7 36.7 56.7 C al cu la te d H ea d (m ) -3 .3 16 .7 36 .7 56 .7 Layer #1 Layer #3 Layer #4 95% confidence interval 95% interval
sánh với tài liệu thực đo về mực nước trong các lỗ khoan. Kết quả tính tốn được trình bày trên hình 2. 3, với sai số RMS là 2.57%, đạt yêu cầu.
Bước 2. giải bài tốn ngược khơng ổn định. Nhằm mục đích hệ số nhả
nước đàn hồi, hệ số nhả nước trọng lực và tính tốn mơ đun dịng ngầm trung bình năm, trung bình mùa kiệt và trung bình tháng kiệt nhất, sử dụng mơ hình MODFLOW chạy với chuỗi số liệu 24 năm từ 1/1977 đến 12/2000. Số liệu quan trắc động thái nước dưới đất có ở lỗ khoan G307 ở Hồ Xá từ ngày 1/9/1983 tới ngày 31/8/1984 và cho thấy sự phù hợp giữa thực đo và tính tốn (Hình 2.4), khẳng định thêm sự hợp lý của bộ thơng số mơ hình đã được hiệu chỉnh ở trên.
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Calculated` Observed
Hình 2.4. Quan trắc động thái nước dưới đất lỗ khoan G307 ở Hồ Xá từ ngày 1/9/1983
tới ngày 31/8/1984
Tính tốn trữ lượng động thiên nhiên
Nhằm phục vụ công tác quy hoạch nước dưới đất theo các mục đích sử dụng, nghiên cứu này tiến hành tính tốn trữ lượng động và tĩnh theo các phân vùng sử dụng nước dưới đất. Trữ lượng động tự nhiên của một vùng được tính theo phương pháp cân bằng nước: từ mô - đun Zone Budget ta biết được lượng nước vào và ra theo phương ngang của vùng đó, trữ lượng động tự nhiên được tính theo:
Qdtn = Qra – Qvào
Giá trị trữ lượng động tự nhiên phụ thuộc nhiều vào lượng bổ cập từ mưa nên sẽ được lấy trung bình theo 24 năm. Các vùng I.1, III.3, IV.1, V.1 có cấu tạo khe nứt, có ranh giới tự nhiên thuộc miền núi khơng tính bằng mơ hình được. Giá trị của các vùng đó được đánh giá trên tiêu chí sự đóng góp của dịng chảy ngầm
vào lưu lượng mùa kiệt trên các sơng. Theo Đặng Đình Phúc (2008) trong báo cáo "Tổng quan nước dưới đất" đối với khu vực Bắc Trung Bộ, hệ số này 0,94. Cơng thức tính sẽ là : Mtổng dòng ngầm = 0.94 M kiệt tự nhiên
Cụ thể, gồm 19 phân vùng, các kết quả tính tốn trình bày trong bảng 2.7
Bảng 2.7. Trữ lượng động thiên nhiên của các tiểu vùng sử dụng nước dưới đất
TT Tên tiểu vùng Diện tich (km2) Trữ lượng động (m3/ngày)
(1) (2) (3) (4) 1. I.1 115 2082.0 2. I.2 65 10170.8 3. I.3 91 15301.8 4. I.4 75 16947.2 5. II.1 119 13174.8 6. II.2 38 5648.8 7. II.3 65 15709.0 8. II.4 49 7506.3 9. III.1 40 4408.3 10. III.2 68 7601.3 11. III.3 49 646.2 12. IV.1 133 816.8 13. IV.2 47 6058.6 14. IV.3 106 24364.8 15. IV.4 72 15312.1 16. V.1 277 1938.0 17. V.2 82 9565.2 18. V.3 81 11519.1 19. V.4 52 13005.1 2.5.2.Trữ lượng tĩnh
Trữ lượng tĩnh thiên nhiên miền đồng bằng tỉnh Quảng Trị được tính tốn từ kết quả tính tốn cốt cao mực nước theo mơ hình MODFLOW 4.2.0 kết hợp với cao độ của đáy các tầng chứa nước. Theo công thức se là:
- Trữ lượng tĩnh trọng lực:
Vtl = μ.m.F ( đối với tầng chứa nước áp lực) Vtl = μ.h.F ( đối với tầng chứa nước khơng áp) trong đó:
m - chiều dày tầng chứa nước áp lực ( chiều dày này thay đổi theo khơng gian nên đó là chiều dày trung bình của tầng chứa nước)
h - chiều dày tầng chứa nước không áp ( chiều dày này thay đổi theo thời gian nên ta lấy chiều dày tầng chứa nước lúc mực nước thấp nhất).
. F - diện tích phân bố của tầng chứa nước.
- Trữ lượng tĩnh đàn hồi: Vđh = μ*.H.F
trong đó: H - áp lực nén, chính là cột nước trên mái tầng chứa nước F - diện tích phân bố của tầng chứa nước
μ* - hệ số nhả nước trọng lực.
Tại các vùng I.1, III.3, IV.1, V.1 là tầng chứa nước khe nứt, nên trữ lượng tĩnh có thể coi gần bằng 0. So với các tính tốn trước đây, trong nghiên cứu này đã tính tốn trữ lượng tĩnh là tổng của cả ba tầng chứa nước trầm tích lỗ hổng là Holocen, Pleistocen và Neogen. Kết quả tính tốn trữ lượng tĩnh cho từng phân vùng theo các tầng chứa nước được trình bày trong bảng 2.8.
Bảng 2.8. Kết quả tính trữ lượng tĩnh miền đồng bằng tỉnh Quảng Trị
TT vùngTên Cốt cao mực nước(m) Cao độ đáy(m) Trữ lượng tĩnh các tầng (m3) Trữ lượngtĩnh
tự nhiên (m3)
HolocenPleistocenNeogen HolocenPleistocenNeogen Holocen Pleistocen Neogen
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) 1. I.1 - - - - - - - 0 0 0 2. I.2 12.4 15.0 17.9 0.0 -40.0 -50.0 120900000419250000 210405000 750555000 3. I.3 40.0 - 36.5 20.0 0.0 -110.0 273000000 0 1601145000 1874145000 4. I.4 4.5 8.5 6.8 -20.0 -20.0 -50.0 275625000154125000 397800000 827550000 5. II.1 60.0 - 18.2 30.0 0.0 0.0 535500000 0 64974000 600474000 6. II.2 6.8 11.8 12.7 0.0 -10.0 -50.0 38760000 70452000 253878000 363090000 7. II.3 7.5 7.5 7.0 -20.5 -64.5 -150.0 205529936328465680 733397456 1267393072 8. II.4 6.7 9.0 7.4 -10.0 -26.6 -100.0 162825000199198868 781710905 1143734774 9. III.1 7.6 6.9 7.4 0.0 -10.0 -15.0 45600000 68280000 50880000 164760000 10. III.2 8.7 13.0 7.8 0.0 -10.0 -25.0 87435000 126630000 186528000 400593000 11. III.3 - - - - - - - 0 0 0 12. IV.1 - - - - - - - 0 0 0 13. IV.2 9.0 14.8 9.0 0.0 -10.0 -75.0 63450000 91368000 485040000 639858000 14. IV.3 4.6 2.5 5.0 -18.3 -60.0 -100.0 364274079665150000 842700000 1872124079 15. IV.4 5.5 3.0 3.2 -36.4 -90.4 -150.0 452211842594000000 845856000 1892067842 16. V.1 - - - - - - - 0 0 0 17. V.2 4.3 7.4 6.7 0.0 -35.2 -45.0 23450000 41368000 175040000 2398580000 18. V.3 4.1 5.0 4.9 -11.0 -60.2 -100.0 183562443476280000 641763000 1301605443 19. V.4 6.8 6.3 5.0 -28.7 -80.3 -120.0 287948536401436000 459756000 1149140536
Ghi chú - là vùng khơng có tầng chứa nước Plestocen
2.5.3. Trữ lượng khai thác tiềm năng
Trữ lượng khai thác tiềm năng được tính tốn theo cơng thức (2), với các hệ số cho phép khai thác kế thừa từ nghiên cứu của Nguyễn Văn Lâm và nnk,
2000. Kết quả cho trong bảng 2.9
Bảng 2.9. Trữ lượng khai thác tiềm năng miền đồng bằng Quảng Trị
TT Tên Vùng Trữ lượng khai thác tiềm năng (m3/ngày)
1. I.1 2082 2. I.2 32687.45 3. I.3 40128.26 4. I.4 73171.51 5. II.1 31188.97 6. II.2 16541.49 7. II.3 50021.01 8. II.4 45528.09 9. III.1 9351.12 10. III.2 19619.1 11. III.3 646.2 12. IV.1 816.83 13. IV.2 10565.5 14. IV.3 80528.54 15. IV.4 72074.16 16. V.1 1938