Chương 4. GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ PHỤC HỒI ĐỘ NHẢ NƯỚC CỦA CÁC GIẾNG KHAI THÁC NƯỚC TRONG ĐÁ VÔI VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH
4.5 Các giải pháp khắc phục nhằm nâng cao hiệu quả phục hồi độ nhả nước
4.5.2 Thiết kế lớp đệm lọc cuội sỏi
4.5.2.3 Chiều dày lớp đệm lọc
Từ lý thuyết thiết kế lớp đệm lọc nước trên cơ sở nhằm duy trì kết cấu của tầng địa chất chứa nước, chiều dày của lớp đệm lọc nước chỉ bằng 2 ÷ 3 lần đường kính hạt cấu tạo lớp này. Đây chính là yêu cầu để giữ lại các hạt cát trong tầng chứa nước.
Như vậy, chiều dày lớp đệm này chỉ chưa đầy 1 cm thì thực nghiệm cũng chứng tỏ chưa có khả năng khống chế và giữ lại các hạt cát trong tầng chứa nước, chỉ có một phần không đáng kể các hạt mịn qua tầng đệm vào giếng. Tuy nhiên, trong thực tế việc bố trí một lớp đệm mỏng như vậy rất khó khăn đồng thời khó có thể bao quanh bộ phận nước vào một cách hoàn chỉnh. Vì thế để bao quanh toàn bộ bộ phận nước vào, chiều dày nhỏ nhất của lớp đệm trong thực tế phải là 7.5cm.
Trong thực tế thiết kế thường lấy chiều dày lớp đệm khoảng 20 cm.
Chiều dày lớp đệm dày hơn nữa cũng không có tác dụng làm tăng lưu lượng nước tập trung vào giếng. Hơn nữa, độ dày lớp đệm không ảnh hưởng tới khống chế lượng bùn cát đi vào giếng. Yếu tố khống chế lượng bùn cát vào giếng chính là tỷ số P – A giữa kích thước của lớp đệm lọc nước và tầng chứa nước. Nếu lớp đệm quá dày sẽ gây nhiều khó khăn cho hoạt động của giếng sau này.
Như vậy, sau khi tính toán được số lượng cuội sỏi cần thả vào trong giếng khoan, kích thước hạt của cuội sỏi và kích thước khe hở của ống lọc, tiến hành
thả ống lọc vào trong lỗ khoan. Điều chỉnh để ống lọc nằm đúng vị trí tầng dự kiến khai thác nước và đồng trục với lỗ khoan, sau đó tiến hành thả cuội sỏi vào khoảnh không vành xuyến giữa ống lọc và thành lỗ khoan. Tiến hành bơm hút để khôi phục lại độ nhả nước của tầng đât đá. Trong quá trình bơm hút, các hạt mịn như bùn đất, cát mịn trong tầng chứa và lẫn trong cuội sỏi lớp đệm lọc được di chuyển vào trong giếng khoan rồi được bơm ra ngoài. Các hạt cuội sỏi của lớp đệm lọc trong quá trình bơm hút sẽ tạm thời sắp xếp lại. Ở gần ống lọc sẽ là các lớp hạt có kích thước lớn, càng về gần tầng chứa kích thước các hạt sẽ giảm dần nhưng các lớp này vẫn chưa sắp xếp rõ rệt. Sau này, trong quá trình khai thác nước các hạt cuội sỏi sẽ dần dần sắp xếp theo một thứ tự nhất định và các lớp được hình thành một cách rõ ràng. Sát ống lọc là lớp cuội sỏi có kích thước lớn nhất và sát với tầng chứa nước là lớp cuội sỏi có kích thước nhỏ nhất.
Chính sự sắp xếp này sẽ làm tăng khả năng lọc của lớp đệm lọc cuội sỏi, các hạt sẽ sắp xếp xít lại với nhau làm cho các hạt bùn, cát có kích thước nhỏ cũng không đi vào trong giếng được. Khi các hạt sắp xếp như vậy cũng sẽ giảm được tổn thất thủy lực tại khu vực nước chảy vào giếng vì thế lưu lượng nước chảy vào giếng cũng tăng lên. Đồng thời ngăn chặn được hiện tượng tạo lỗ hổng, hang hốc trong tầng chứa nước, chống hiện tượng sập lở của bùn cát trong các hang hốc.
Như vậy, khi xử dụng ống lọc cuội sỏi đã khắc phục được các khó khăn như giảm lưu lượng, gây sập lở bùn cát trong hang hốc đá vôi gây đục nguồn nước khi khai thác nước ngầm trong tầng đá vôi tại khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh.
Sau khi tính toán ta có thể tổng hợp các thông số cơ bản của giếng khai thác nước trong tầng đá vôi khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh trong bảng 4.1 sau:
Bảng 4.1 Các thông số cở bản của giếng khai thác trong tầng đá vôi khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh
Các thông số cơ bản Giá trị
Đường kính nhỏ nhất của ống lọc 176 mm Đường kính nhỏ nhất của giếng khoan 576 mm
Kích thước khe hở của ống lọc 6,4 mm
Kích thước trung bình của hạt cuội sỏi
tầng đệm lọc 3,78 mm
Chiều dày lớp đệm cuội sỏi 200 mm
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ a. Kết luận
Tóm lại, việc khai thác nước ngầm trong tầng đá vôi tại khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh từ trước đến bây giờ vẫn gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là trong quá trình phục hồi độ nhả nước của đất đá. Các giếng khoan khai thác nước trước đây khi tiến hành phục hồi độ nhả nước đã gặp rất nhiều khó khăn, tốn công sức, tốn tiền của nhưng hiệu quả không cao. Có nhiều giếng khoan đã phải bỏ vì nguồn nước có hàm lượng cát rất cao, lưu lượng thấp hoặc là nguồn nước bị nhiễm mặn. Hiện nay, tại khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh, một số giếng khoan khai thác nước trong tầng đá vôi đã áp dụng biện pháp khoan với đường kính lớn và xử dụng tầng đệm cuội sỏi sung quanh ống lọc với sự tính toán hợp lý kích thước hạt của tầng đệm lọc và kích thước khe hở của ống lọc đã rất thành công.
Chất lượng nguồn nước khai thác đã được cải thiện rõ rệt, hàm lượng cát còn trong nước rất thấp, lưu lượng nước đã ổn định hơn và hạn chế được hiện tượng nhiễm mặn nguồn nước do bơm hút với lưu lượng cho phép.
b. Kiến nghị
Hiện nay nhu cầu xử dụng nước ngọt tại khu vực này ngày càng tăng do sự phát triển dân số và các ngành kinh tế, đặc biệt là các ngành công nghiệp nặng. Vì vậy, việc tìm kiếm và khai thác nước trong các hang hốc, khe nứt, lỗ hổng của các tầng đá vôi trong khu vực là vô cùng cần thiết và cấp bách. Do đó, tác giả muốn nghiên cứu trên cơ sở có sẵn để nâng cao hơn nữa hiệu quả phục hồi độ nhả nước các giếng khai thác nước trong tầng đá vôi khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh.
Qua nghiên cứu, tác giả phải đề xuất một số ý kiến sau:
1. Khi thi công các lỗ khoan khai thác nước ngầm cần chú ý
Hiện nay các lỗ khoan khai thác nước ngầm chủ yếu được thi công bằng phương pháp khoan xoay thay thế dần cho phương pháp khoan đập trước đây.
Một trong những nhược điểm chủ yếu của phương pháp khoan xoay có rửa bằng
dùng dịch sét là sự tạo thành lớp vỏ sét trên thành lỗ khoan và tầng đất đá chứa nước, hoặc khi khoan dùng nước lã để rửa lỗ khoan trong tầng đất đá cứng rắn, nứt nẻ lại thường xảy ra hiện tượng mất nước. Cả hai hiện tượng trên đều gây cản trở độ phóng thích nước của tầng đất đá chứa nước trong lỗ khoan.
Muốn khôi phục độ nhả nước đạt hiệu quả cao cũng có nghĩa là phải phá vỡ lớp vỏ sét trên thành lỗ khoan, lấy sạch những hạt sét nhỏ ra khỏi tầng đất đá bở rời hoặc rắn chắc nứt nẻ để tăng lưu lượng nước chảy vào giếng. Muốn khôi phục độ phóng thích nước của tầng đất đá chứa nước có kết quả tốt phải:
- Trong quá trình khoan phải xử dụng dùng dịch sét có chất lượng tốt.
- Khoan trong tầng đất đá chứa nước phải tiến hành thật khẩn trương, tạo mọi điều kiện để đạt tốc độ cơ học khoan cao nhất.
- Sau khi kết thúc công tác khoan, tiến hành đặt ống lọc ngay, rửa sơ bộ lỗ khoan bằng dùng dịch sét có tỷ trọng và độ nhớt nhỏ.
- Làm sạch lớp vỏ sét ngay sau khi đặt xong ống lọc và công việc phải tiến hành liên tục.
2. Lấy mẫu phân tích khả năng chứa nước và thành phần hạt của đối tượng dự kiến khai thác
Để tránh tình trạng giếng có bùn cát trong quá trình khai thác, việc lấy mẫu và phân tích thành phần hạt của vật liệu tầng chứa nước có ý nghĩa hết sức quan trọng, từ đó người thiết kế có thể lựa chọn khe hở ống lọc và kích thước của cuội sỏi tầng đệm lọc một cách chính xác.
Đối với các giếng khoan có bọc sỏi như ở khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh, việc lựa chọn khe hở ống lọc và kích thước sỏi là vô cùng quan trọng.
Việc lựa chọn kích thước vật liệu lọc phải dựa trên kết quả phân tích thành phần hạt của sỏi lọc và thành phần hạt của tầng chứa nước theo mối tương quan đã nêu ở chương 4.
Áp dụng nguyên tắc này thì các giếng khoan khai thác nước ngầm ở khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh đã rất thành công. Đối với các giếng khoan để khai
thác nước ngầm ở khu vực này với điều kiện địa chất – địa chất thủy văn phức tạp việc lấy mẫu ở tầng chứa nước dự kiến khai thác (tối thiểu là lấy mẫu đại diện) có vai trò rất quan trọng trong việc xác định khả năng chứa nước của đối tượng dự kiến khai thác và thiết kế công trình khai thác nước ngầm.
3.Chuẩn bị những tài liệu cần thiết a. Các tài liệu về tình hình nguồn nước
- Cấu tạo về địa tầng, tình hình địa chất và địa chất thủy văn khu vực khai thác nước ngầm, tính chất lý hóa của tầng địa chất.
- Tình hình địa hình của khu vực bao gồm cả khu vực cần cung cấp nước ngầm và khu vực khai thác nước ngầm.
- Tình hình về khí tượng thủy văn để đánh giá được các nguồn nước khác như nguồn nước mưa, nước mặt.
- Điều tra, khảo sát về nước ngầm bao gồm:
+ Vị trí khu vực có thể khai thác nước ngầm, trữ lượng nước ngầm như chiều sâu các tầng chứa nước, chiều rộng tầng chứa nước.
+ Chất lượng nước ngầm, khả năng và các biện pháp xử lý có thể áp dụng.
b. Các tiều liệu về yêu cầu dùng nước
- Lượng nước yêu cầu của các ngành kinh tế: nước cho sinh hoạt, nước cho nông nghiệp, công nghiệp…
- Xác định yêu cầu nước đối với nguồn nước ngầm.
- Thời gian yêu cầu nước.
- Lưu lượng nước yêu cầu.
- Tổng lượng nước yêu cầu.
4. Hiểu các nguyên tắc chung khi khai thác nước ngầm
Do việc khai thác nước ngầm khá tốn kém và lưu lượng thường không lớn, vì vậy cần triệt để khai thác nước mặt, nước mưa, nếu thiếu mới xử dụng nước ngầm.
Phải thông qua tính toán cân đối giữa yêu cầu nước và nguồn nước mặt có thể xử dụng được để tìm ra các phương án xử dụng nước ngầm theo thời gian xử dụng và lượng nước cần xử dụng, phân tích kinh tế kỹ thuật để lựa chọn ra phương án hợp lý nhất.
Khi quy hoạch khai thác và xử dụng nước ngầm cần phải xem xét ảnh hưởng của việc khai thác đến các vấn đề có liên quan như: sự hạ thấp mực nước ngầm, sự ảnh hưởng tới các yêu cầu dùng nước khác có từ trước trong vùng, vấn đề môi trường ở các khu tập trung dân cư cần dùng nước ngầm, vấn đề ô nhiễm nước ngầm từ các nguồn nước khác.