CHƯƠNG 2. KHÁI QUÁT DỰ ÁN TUYẾN TÀU ĐIỆN NGẦM NHỔN-
2.2. Điều kiện kỹ thuật khu vực tuyến công trình ngầm
2.2.1. Điều kiện tự nhiên
2.2.2.2 Đặc điểm địa chất thủy văn (ĐCTV)
Khu vực thành phố Hà Nội có điều kiện địa chất thủy văn khá phức tạp.trong trầm tích đô thị thành phố Hà Nội có hai tầng chứa nước chính - tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Halocen và tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Pleistocen. Đặc điểm chung của các tầng chứa nước là nước dưới đất tồn tại trong các lỗ hổng. Nằm giữa hai tầng chứa nước này là tầng cách nước Pleistocen trên.Nhiệt độ trung bình ở Hà Nội là 23.4 °C, và lượng mưa trung bình là 1800 mm/year (Berg et al. 2001). Độ bay hơi khác cao với mức trung bình là 900 mm (Tong 2007, được trích trong (Kawamura et al., 2010).
Tổ chức khí tượng thuỷ văn thế giới đã đưa ra những thông tin chung bình sau đây căn cứ các số liệu trung bình hàng tháng cho giai đoạn 92 năm từ 1898-1990:
Bảng 2.1: Thông tin về khí hậu trung bình trên cơ sở trung bình hàng tháng trong thời gian 92 năm 1898-1990 (Tổ chức khí tượng thủy văn thế giới)
Tháng Nhiệt độ trung bình0C Tổng lượng mưa trung bình (mm)
Số ngày mưa trung bình Nhỏ nhất Lớn nhất
Tháng 1 13.7 19.3 18.6 8.4
Tháng 2 15.0 19.9 26.2 11.3
Tháng 3 18.1 22.8 43.8 15.0
Tháng 4 21.4 27.0 90.1 13.3
Tháng 5 24.3 31.5 188.5 14.2
Tháng 6 25.8 32.6 139.9 14.7
Tháng 7 26.1 32.9 288.2 14.7
Tháng 8 25.7 31.9 318.0 16.7
Tháng 9 24.7 30.9 265.4 13.7
Tháng 10 21.9 28.6 130.7 9.0
Thánh 11 18.5 25.2 43.4 6.5
Tháng 12 15.3 21.8 23.4 6.0
Các điều kiện địa chất thủy văn
Theo quan điểm địa chất thuỷ văn[1], khu vực Hà Nội đặc trưng bởi sự có mặt của Sông Hồng tạo nên nguồn nạp nước chính của hệ thống tầng chứa nước trong khu vực này.
Kawamura et al (2010) đã đề xuất một bản đồ địa chất thuỷ văn cho Châu thổ Sông Hồng (Hình 2.3), phân biệt bốn đơn nguyên địa chất thuỷ văn chính như sau:
HUA: tầng chứa nước có áp cao nhất của thời Holocene HPA: tầng chứa nước thời Holocene-Pleistocene
PCA: tầng chứa nước chịu áp nông thời Pleistocene
NWL: Tầng chịu tải nước Neogene (cùng với MFZ: khu vực bị đứt gãy Mesozoic)
Hình 2.3:Báo cáo địa chất thủy văn của đồng bằng châu thổ sông hồng (Kawamura et al., 2010)
Trong phạm vi cục bộ của thành phố Hà Nội, có các mô hình địa chất thuỷ văn chi tiết hơn trong sách (Ringdhal, 2007 - xem Hình 2.4; Jusseret et al., 2010). Tuy nhiên, do tính phức tạp của lịch sử trầm tích học của các hệ tầng Holocene và Pleistocene, nên không đơn giản để đề xuất một mô hình địa chất thuỷ văn chính xác cho khu vực trên cơ sở các dữ liệu hiện có.
Trên cơ sở trầm tích học và sử dụng báo cáo địa chất thuỷ văn lập cho dự án metro Hà Nội bởi Bộ Tài nguyên và Môi trường (2009), đã thảo luận các điều kiện địa chất thuỷ văn trong khu vực dự án.
Hình 2.4:Mặt cắt địa chất cùng với tên địa tầng, tầng chứa nước định môi trường địa chất thủy văn (Mathers et al. 1999, và Nghi 2004; Dang et al 1996).
Các nghiên cứu cụ thể trong khu vực đô thị Hà Nội
Báo cáo địa chất thuỷ văn lập bởi Bộ Tài nguyên và Môi trường (2009) trình bày tập trung hơn vào môi trường địa chất thuỷ văn trong thành phố Hà Nội và cụ thể hơn là dọc tuyến metro ( phụ luc 4-:-6) và có thể được mô tả như sau:
Lớp chứa nước Holocene bề mặt (C1)
Đơn nguyên địa chất thuỷ văn thuộc thành hệ Thái Bình (Q3tb) cấu thành chủ yếu bởi vật liệu thấm từ thấp đến vừa như đất lẫn với tàn tích vật liệu xây dựng, sét, sét hỗn hợp và bụi xám. Với độ dày từ vài mét đến mười mét trong khu vực dự ánmetro, lớp thấm nước tương đổi thấpxuất hiện khắp mọi nơi dọc tuyến dự án metro.
Hiện vẫn đang phát triển, lớp này tạo một tầng phủ tương đối không thấm nước trên các thành hệ phía dưới và tác dụng như một tầng bảo vệ các tầng chứa nước được che phủ và chất lượng nước ngầm khỏi ô nhiễm bề mặt.
Tầng chứa nước Holocene (qh)
Trong khu vực trung tâm của Hà Nội, các trầm tích thô (sỏi và cát) có thể được tìm thấy trong các kết cấu rãnh và tác dụng như các tầng chứa nước, trong khi phù sa trầm tích và sét có tác dụng như các đơn nguyên có tính thấm thấp.
Tầng chứa nước qh thuộc hệ tầng Thái Bình (QIV1-2) được tạo bởi các vật liệu không đồng nhất chủ yếu là cát lẫn với sỏi cuội, cát bùn và cát bùn lần với các tàn tích hữu cơ. Dựa vào các mặt cắt địa chất thuỷ văn, tầng chứa nước Holocene qp có độ dày tối đa 14m trong khu vực dự án metro, và dường như hầu hết không có mặt dọc tuyến Metro (nhưng có mặt trên các phía tại một số vị trí).
Được bao phủ phần lớn bởi một lớp sét bùn, tầng chứa nước này có thể được xác định như một tầng chứa nước bán giới hạn. Khả năng có nước ngầm là không bình thường trong đơn nguyên này nhưng có thể được phân chia thành tầng chứa nước với khả năng nước ngầm ở mức trung bình. Mực nước ngầm tìm thấy tại độ sâu từ 5 đến 25 m dưới cao độ mặt đất (trong năm 2008, Phụ lục 6).
Tại khu vực lân cận sông, tầng chứa nước này chủ yếu lấy nước từ sông Hồng trong khi tại các khoảng cách xa hơn, chủ yếu nước được bổ sung từ nước mưa
CHÚ THÍCH: Ht: cột nước ngầm Q: nạp nước S: hạ thấp mực nước ngầm q: nạp nướcT: độ dẫn truyền K: độ dẫn thuỷ lực
thấm xuống và nước mặt trong mùa mưa. Nước ngầm bổ sung vào đơn nguyên này là dòng chảy vào sông vào mùa khô, bốc hơi, thấm xuống các tầng chứa nước thấp hơn và bơm. Tầng chứa nước này được sử dụng cục bộ bởi các giếng nông nhỏ của các cá nhân như nguồn nước với các lưu lượng giới hạn (DTU 2005, trích dẫn bởi Harms-Ringdahl, 2007).
Nhìn chung, tầng chứa nước Holocene được phân chia với các lớp sét và sét bùn từ các tầng chứa nước nằm dưới, nhưng do kết cấu rãnh của tầng này và phụ thuộc vào khoảng không gian, có thể có liên kết thuỷ lực gần hơn giữa tầng chứa nước này và các tầng chứa nước Pleistocene (qp1 và qp2) và sự rò rỉ chiều thẳng đứng từ tầng chứa nước Holocene xuống dưới có thể xảy ra. Gần khu vực ga Nhổn, tầng chứa nước này tiếp xúc trực tiếp với các tầng chứa nước Pleistocene.
Báo cáo địa chất thuỷ văn lập bởi Bộ TNMT (2009) nêu các đường đồng mức đẳng cự cho mực nước ngầm trong tầng chứa nước Holocene, từ 1992 đến 2008, cả vào mùa khô và mùa mưa.
Mực nước ngầm của tầng chứa nước Holocene dọc tuyến metro trong mùa khô và mùa mưa cho năm 2008 đã được thể hiện trong (Phụ lục 5). Có thể quan sát thấy sự hạ thấp mực nướcngầmtrong phầngiữacủatuyếnmetrodoviệchútnước tại trạm MaiDịch.
Dựa vào các kết quả thí nghiệm bơm và báo cáo địa chất thuỷ văn của Bộ TNMT trình bày các đặc tính địa chất thuỷ văn sau cho tầng chứa nước này:
Bảng 2.2: Tầng chứa nước qh: các kết quả thí nghiệm bơm (Bộ TNMT, 2009) Thí nghiệm bơm Ht (m) Q (l/s) S (m) q (l/s.m) T (m²/s) K (m/s)
T11 1.95 2.17 1.66 1.31 1.52 E-5 2.20 E-6
Jusseret et al. (2009); trình bày các kết quả của 6 thí nghiệm bơm nằm trong khu vực lập mô hình bao gồm khu vực rộng lớn của tuyến metro (các phần trung
tâm và phía đông của tuyến metro). Các kết quả này nêu ra giá trị trung bình K=2.7E-4 m/s với độ lệch chuẩn 1.8E-4 m/s cho độ dẫn thuỷ lực thu được cho tầng chứa nước qh. Những thí nghiệm bơm này được thực hiện trong các điều kiện sâu trung bình trong tầng chứa nước Holocene.
Lớp chứa nước Pleistocene phía trên (C2)
Đơn nguyên địa chất thuỷ văn thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc (aQIII2vp) chủ yếu tạo bởi sét, lẫn sét xám và xám xanh bắt nguồn từ sông và song -biển có tên là các trầm tích Vĩnh Phúc phía trên.
Với độ dày biến đổi từ 3 đến 25m, lớp chứa nước này xuất hiện hầu hết ở khắp mọi nơi dọc tuyến metro (ngoại trừ gần khu vực ga Nhổn) tách biệt lớp chứa nước Pleistocene phía trên (qp2) khỏi các trầm tích Holocene ở trên.
Trong khu vực dự án, lớp chứa nước Pleistocene (C2) được bao phủ trực tiếp bởi lớp chứa nước Holocene trên bề mặt (C1) cùng tạo thành một lớp chứa nước duy nhất, ngoại trừ các khu vực phía Nam nơi chúng bị phân tách bởi tầng chứa nước Holocene (qh). Được cấu thành chủ yếu bởi các vật liệu có sét, độ dẫn thuỷ lực của đơn nguyên địa chất thuỷ văn này là thấp.
Tầng chứa nước Pleistocene phía trên (qp2)
Tầng chứa nước này thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc (aQIII2vp) và có nguồn gốc từ sông được cấu thành chủ yếu bởi cát bùn và cát sét trong phần trên, và bởi cát thô và sỏi trong phần dưới. Với độ dày biến đổi từ 10 đến 30 m, tầng chứa nước này xuất hiện khắp mọi nơi dọc tuyến metro. Giống như các trầm tích thô của tầng chứa nước Holocene, những trầm tích thô này được tìm thấy trong các kết cấu rãnh.
Tầng chứa nước này cũng tồn tại trong trạng thái cân bằng thuỷ lực với Sông Hồng tại các vùng lân cận (khoảng cách xấp xỉ 5 km) và chủ yếu được bổ sung từ sông trong khu vực này. Tiếp theo từ phía Tây của dòng sông, tầng chứa nước chủ yếu được nạp từ nước thấm thẳng đứng từ tầng chứa nước Holocene. Nó có thể xem như gần không hạn chế với Sông Hồng và các khu vực lộ và bán hạn chế ở một nơi nào khác do sự hạ thấp nước ngầm bởi bơm (Jusseret et al. 2009).
Tầng chứa nước Pleistocene phía trên (qp2) được tách khỏi tầng chứa nước Holocene (qh) nhờ lớp chứa nước Pleistocene (C2). Sự rò rỉ của tầng chứa nước (qp1) có thể xảy ra gần thường xuyên do sự xuất hiện ngẫu nhiên của lớp chứa nước (C3) và bơm.
Nước lấy từ (qp2) chủ yếu được sử dụng cho mục đích nông nghiệp và sinh hoạt, và nước được khai thác nhờ các giếng cá nhân phân bố ngẫu nhiên.
Dựa vào các kết quả thí nghiệm bơm, Bộ TNMT (2009) đưa ra các đặc tính địa chất thuỷ văn sau cho tầng chứa nước này:
Bảng 2.3: Tầng chứa nước qp2 - các kết quả thí nghiệm bơm (Bộ TNMT, 2009) Thínghiệmb
ơm
Ht(m) Q(l/s) S (m) q (l/s.m) T (m²/s) K (m/s)
T10* 4.44 4.94 0.90 1.93 E-3 9.66 E-5
44C 6.10 5.30 1.15 1.74 E-3
SN1 7.73 3.88 1.99
N12 4.26 4.93 0.86
5BNH 5.3 1.92 2.8
*thí nghiệm bơm T10 nằm tại 1.4 km về phía nam của khu vực đề pô Nhổn.
Tầng chứa nước Pleistocene trung gian-trên (C3)
Thuộc hệ tầng Hà Nội (aQII-III1hn) và được phân bố không liên tục giữa các tầng chứa nước Pleistocene trên và dưới (qp2 và qp1), lớp chứa nước này được tạo thành chủ yếu bởi sét và sét lẫn với cát xám cùng độ dày tối đa là 10m trong khu vực nghiên cứu.
Có nhiều các cửa sổ địa chất thuỷ văn giữa các tầng chứa nước Pleistocene phía trên (qp2) và dưới (qp1) như kết quả độ dày nhỏ và sự phân bố không thường xuyên của lớp chứa nước này xuất hiện dưới dạng các thấu kính sét.
Tầng chứa nước Pleistocene phía dưới (qp1)
Là nguồn nước chính cho Hà Nội và các vùng lân cân, tầng chứa nước này thuộc hệ tầng Hà Nội phía dưới (aQII-III1hn) và hệ tầng 1c). Với độ dày biến đổi từ 10 đến Lệ chi (aQIlc). Với độ dày biến đổi từ 10 đến 35m tầng chứa nước này xuất hiện khắp mọi nơi dọc tuyến metro.
Tầng chứa nước này được tạo thành chủ yếu bởi sỏi cuội lẫn với sét Lechi.
Với argument cho tầng chứa nước Pleistocene ở trên (qp2), tầng chứa nước này tồn tại trong trạng thái cân bằng thuỷ lực với Sông Hồng tại các vùng lân cận và được bổ sung nước từ sông. Với độ dẫn thuỷ lực cao và tiềm năng rất cao về khả năng cung cấp nước ngầm nên việc khai thác tầng chứa nước Pleistocene phía dưới (qp1) đã tăng từ những năm 1950 (Trafford et al.,1996 được trích dẫn bởi Harms- Ringdahl, 2007).
Mực nước ngầm của tầng chứa nước Pleistocene (qp) dọc tuyến metro vào mùa khô và mùa mưa cho năm 2008 đã được thể hiện trong(phụ luc 5). Có thể quan sát thấy sự hạ thấp mực nước ngầm trong phần giữa của tuyến metro. Mực nước ngầm trong tầng chứa nước này luôn luôn thấp hơn tầng chứa nước Holocene mà khẳng định dòng chảy hướng xuống từ tầng chứa nước Holocene xuống Pleistocene.
Dựa vào một số kết quả thí nghiệm bơm, Bộ TNMT (2009) đưa ra các đặc tính địa chất thuỷ văn sau cho tầng chứa nước này:
Bảng 2.4: Tầng chứa nước qp2:các kết quả thí nghiệm bơm (Bộ TNMT, 2009) Thínghiệm
bơm Ht(m) Q(l/s) S (m) q (l/s.m) Km (m²/s) K (m/s)
BH1 19.40 43.52 2.14 20.34 1.85E-02 1.85E-03
BH2 19.32 43.52 2.41 18.06 2.02E-02 1.88E-03
BH4 16.53 10.27 1.92 5.35 - -
BH5 18.86 8.53 1.67 5.11 - -
44 3.70 26.00 7.86 3.31 8.10E-03 -
5aNH 8.96 7.90 2.26 3.50 7.69E-03 -
10NSL 10.45 9.20 - - - -
YP18A 15.07 4.50 1.46 3.08 7.14E-03 -
TD4 11.10 13.78 2.26 6.10 1.68E-02 9.34E-04
TD3 13.05 12.62 2.00 6.31 6.24E-03 3.19E-04
SN1 5.86 10.93 8.58 1.27 8.41E-03 4.43E-04
47 3.45 35.60 5.26 6.77 1.71E-02 -
Jusseret et al.(2009) nhóm tầng chứa nước qp2 và qp1 cùng với Pleistocene và trình bày các kết quả của 28 thí nghiệm bơm nằm trong khu vực lập mô hình bao gồm khu vực rộng lớn của tuyến metro (các phần trung tâm và phía đông của tuyến metro). Các kết quả này nêu ra giá trị trung bình K=4.9E-4 m/s với độ lệch chuẩn 2.0E-4 m/s cho độ dẫn thuỷ lực thu được.
Tầng ngậm nước Neogene (m)
Căn cứ theo báo cáo của Bộ TNMT (2009), lớp này có thể được chia thành hai lớp phụ. Phần trên bao gồm cuội kết, đá phiến và đá cát kết (đá cát kết chiếm tỷ lệ lớn) và một số tàn dư thực vật.Phần ở dưới chủ yếu tạo bởi sỏi kết và đá cát kết.
Tóm tắt và kết luận
Theo Quy hoạch tổng thể nguồn nước của Hà Nội (1993, trích dẫn bởi Berg et al. 2007) và Jusseret et al. (2009), các cột nước thuỷ tĩnh gần sông (xấp xỉ khu vực rộng 5km từ mỗi phía) cho thấy sự tồn tại cân bằng thuỷ lực một mặt giữa các tầng chứa nước Holocene và Pleistocene và mặt khác là sông Hồng. Do đó, các tầng chứa nước chủ yếu được nạp từ sông trong khu vực này. Tuy nhiên, sự ảnh hưởng của sông Hồng đối với hệ thống tầng chứa nước giảm mạnh sau khoảng 2km.
Tiếp theo từ phía Tây của dòng sông, cột nước thuỷ tĩnh thấp hơn so với mực nước của sông. Việc bơm nước ngầm tạo nên độ dốc bắt buộc thẳng đứng trong khu vực này, do đó tầng chứa nước Pleistocene chủ yếu được nạp bởi sự thấm thẳng đứng từ tầng chứa nước Holocene.
Các tầng chứa nước Pleistocene có thể được xem như gần không hạn chế với Sông Hồng và các khu vực lộ và bán hạn chế ở một nơi nào khác.Thậm chí trong khu vực hạn chế, sự hạ thấp mực nước ngầm dẫn đến tính chất bán giới hạn của các tầng chứa nước này.
Cuối cùng, các cột nước thuỷ tĩnh trong các tầng chứa nước Holocene và Pleistocene có dọc tuyến metro cho cả mùa khô và mùa mưa thể hiện hầu như
không có biến đổi trong tầng chứa nước Holocene trên và một biến đổi giảm gần trạm Mai Dịch (dọc đoạn đi cao của tuyến metro) trong tầng chứa nước Pleistocene.