Chương 1. TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘNG THÁI NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỘNG THÁI NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG DUYÊN HẢI ĐÀ NẴNG - QUẢNG NGÃI
1.2. Các kết quả nghiên cứu động thái nước dưới đất ở vùng duyên hải Đà Nẵng - Quảng Ngãi
Trên lãnh thổ vùng nghiên cứu từ những năm đầu của thế kỷ 20, người dân đã tiến hành khai thác NDĐ để phục vụ ăn uống và sinh hoạt. Hệ thống cấp nước đầu tiên đƣợc xây dựng ở Đà Nẵng đƣợc xây dựng vào những năm 1945-1950, trạm cấp nước Cầu Đỏ (1967), trạm cấp nước Sân Bay (1969)... Trong giai đoạn này nghiên cứu ĐCTV nói chung và quan trắc ĐT nói riêng chƣa đƣợc đầu tƣ nghiên cứu.
Sau hoà bình lập lại ở miền Bắc (1954) đến nay, công tác nghiên cứu ĐCTV mới đƣợc tiến hành, trong đó có ĐT NDĐ. Tuy nhiên trong giai đoạn 1954 đến 1989 nghiên cứu ĐT NDĐ chỉ là một dạng công tác trong các đề án lập bản đồ ĐCTV, tìm kiếm thăm dò NDĐ hoặc tháo khô mỏ với mục đích đánh giá sơ bộ đặc điểm ĐT NDĐ trong chu kỳ một năm thuỷ văn...
Trong một số báo cáo gần đây, công tác quan trắc ĐT NDĐ đã đƣợc tiến hành, tuy nhiên, công tác quan trắc ĐT NDĐ chỉ đƣợc tiến hành ở một số công trình chủ yếu thuộc mạng lưới các lỗ khoan khảo sát ĐCTV. Yếu tố quan trắc chủ yếu là mực nước, thành phần hoá đơn giản, tần suất đo thường từ 3 đến 5 lần trong một tháng, thời gian quan trắc tối đa một năm thuỷ văn. Mục đích quan trắc chủ yếu nhằm sơ bộ đánh giá định tính mối quan hệ giữa các nhân tố khí tƣợng và thuỷ văn với NDĐ, sử dụng tài liệu quan trắc ĐT mực NDĐ để đánh giá trữ lƣợng động tự nhiên.
Trong các báo cáo, số liệu quan trắc mới được xử lý đơn giản dưới dạng biểu đồ, biểu bảng thống kê, bước đầu sử dụng tài liệu quan trắc để sơ bộ đánh giá đặc điểm ĐT NDĐ của các TCN nghiên cứu. Một số tác giả đã dựa trên việc phân tích đồ thị để tính toán đại lƣợng cung cấp cho NDĐ.
Trong các báo cáo tìm kiếm NDĐ, công tác quan trắc ĐT NDĐ cũng chỉ được tiến hành như một dạng công việc thuộc đề án tương tự như các đề án lập bản đồ, các công trình quan trắc là các lỗ khoan kết hợp trong quá trình tìm kiếm, thăm dò. Chính vì vậy mạng lưới chưa phù hợp, hạn chế cả về thông số, tần suất và chuỗi thời gian quan trắc.
11
Trong quá trình lập báo cáo, tài liệu quan trắc ĐT NDĐ cũng chỉ đƣợc thống kê dưới dạng các phụ lục, biểu đồ và được mô tả trong phần điều kiện ĐCTV của vùng nghiên cứu. Một số báo cáo sử dụng tài liệu quan trắc đồng thời để thành lập bản đồ thuỷ đẳng cao và đẳng áp của các TCN. Chuỗi số liệu quan trắc còn đƣợc dùng để đánh giá trữ lƣợng động tự nhiên và giúp sơ đồ hoá điều kiện ĐCTV để tính toán trữ lượng NDĐ. Tuy nhiên do thời gian quan trắc ngắn (thường tối đa là một năm), diện tích vùng nghiên cứu nhỏ, thời gian không đồng bộ nên các kết quả nghiên cứu này còn nhiều hạn chế. Song đây là nguồn tài liệu, tiền đề để tác giả phân tích các điều kiện hình thành nên ĐT NDĐ.
Từ năm 1989 đến nay, công tác nghiên cứu ĐT không chỉ tiến hành theo các đề án lập bản đồ, tìm kiếm, thăm dò NDĐ mà còn đƣợc thiết kế trong một đề án riêng - “Đề án quan trắc Quốc gia ĐT NDĐ”.
Năm 1989 theo quyết định phê duyệt số 83-MĐC-QĐ ngày 5/4/1989 của Tổng Cục Mỏ Địa chất, mạng lưới quan quan trắc Quốc gia ĐT NDĐ được khởi công xây dựng.
Từ năm 2009 đến nay, Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia đã thi công và đưa vào vận hành mạng lưới quan trắc quốc gia động thái (ĐT) NDĐ ở vùng Nam Trung Bộ bao gồm vùng nghiên cứu. Mạng lưới gồm 25 điểm với 46 công trình quan trắc được bố trí chủ yếu trong 2 đơn vị chứa nước trong các trầm tích Đệ Tứ, đó là tầng chứa nước (TCN) lỗ hổng trầm tích Holocen (qh) và Pleistocen (qp). Đến nay, mạng lưới quan trắc đã hoạt động đƣợc hơn 3 năm.
Từ những tổng kết trên chúng tôi thấy rằng: Tài liệu quan trắc ĐT NDĐ ở khu vực nghiên cứu đã lưu trữ đến nay rất ít. Tài liệu quan trắc trong thời gian ngắn (từ một đến hai năm). Tuy nhiên, dựa vào các nguồn tài liệu trên chúng ta vẫn có thể nghiên cứu để phân vùng, phân tích đặc điểm và quy luật ĐT của mực NDĐ cũng nhƣ nghiên cứu để dự báo chúng.
12
Hình 1.1. Sơ đồ vị trí mạng lưới quan trắc và số hiệu
13
Chương 2
ĐIỀU KIỆN VÀ CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH ĐỘNG THÁI NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG DUYÊN HẢI
ĐÀ NẴNG - QUẢNG NGÃI
2.1. Khái niệm về điều kiện và các nhân tố hình thành ĐT NDĐ
Động thái NDĐ là quá trình lịch sử tự nhiên phản ánh sự hình thành NDĐ và đặc trưng cho sự biến đổi của chúng về lượng và chất bao gồm: mực nước, lưu lượng, tốc độ dòng chảy, nhiệt độ, thành phần hoá học. Nghiên cứu và phân tích ĐT NDĐ cho phép xác định các mối quan hệ, nguồn gốc với các nhân tố hình thành chúng, cho phép làm rõ các quá trình biến đổi xảy ra trong NDĐ và xác định các quy luật của những biến đổi ấy theo thời gian và không gian. Làm rõ các vấn đề này mới có thể dự báo đƣợc sự biến đổi của chúng theo thời gian và thiết lập đƣợc mô hình sử dụng NDĐ một cách hợp lý nhất hoặc điều khiển sự biến đổi theo hướng có lợi.
Nghiên cứu ĐT NDĐ cũng có thể giải quyết hàng loạt các nhiệm vụ thực tế nhƣ: xác định các thông số ĐCTV, xác định điều kiện biên, đại lƣợng cung cấp của NDĐ. Nghiên cứu ĐT NDĐ có thể xác định mối quan hệ thuỷ lực giữa các TCN với nhau và giữa NDĐ với các nguồn nước mặt, xác định được sự ảnh hưởng của các hoạt động kinh tế của con người đến điều kiện ĐCTV nói riêng và môi trường NDĐ nói chung.
Sự hình thành NDĐ và ĐT của chúng có mối liên quan chặt chẽ đến các điều kiện địa lý tự nhiên, điều kiện ĐC-ĐCTV, những tác động của con người thông qua các hoạt động kinh tế, chúng là các điều kiện và nhân tố hình thành nên ĐT NDĐ.
Điều kiện hình thành ĐT NDĐ là môi trường tự nhiên như: địa hình địa mạo, cấu trúc địa chất, thành phần thạch học của đất đá chứa nước,... chúng thực tế không biến đổi trong thời kỳ quan trắc hoặc biến đổi rất ít, chỉ có thể tính bằng chu kỳ ĐC.
Những biến đổi này tác động đến các yếu tố ĐT khó mà ghi nhận đƣợc, nhƣng lại có ý nghĩa quyết định đến đặc điểm tác động của các nhân tố hình thành ĐT NDĐ dẫn đến sự đa dạng về đặc điểm ĐT NDĐ.
14
Nhân tố hình thành ĐT NDĐ là các quá trình tự nhiên tự nó biến đổi theo thời gian dẫn đến các biến đổi trong NDĐ. Các nhân tố hình thành ĐT NDĐ thường đƣợc chia thành ba nhóm chính: Nội sinh (địa chất), ngoại sinh (vũ trụ, khí tƣợng, thuỷ văn,...) và nhân tạo. Các nhân tố nội sinh thường là các dao động của vỏ trái đất chúng làm mạnh lên hay yếu đi sự trao đổi nước trong đất đá, các quá trình rửa lũa, ô xy hoá, kết tủa, xói ngầm,... dẫn đến thay đổi tính thấm của đất đá. Sự biến đổi này tác động đến ĐT NDĐ có thể rất chậm chạp mà phải trong một thời gian rất dài mới phát hiện đƣợc; Các hoạt động tân kiến tạo, động đất, núi lửa,... tác động rất nhanh đến ĐT NDĐ tạo các dao động đột biến về lưu lượng, mực nước và nhiệt độ.
Các nhân tố ngoại sinh là các nhân tố tác động từ bên ngoài lên bề mặt trái đất. Ảnh hưởng của vũ trụ và mặt trời đến Trái đất biểu hiện rất rõ qua bức xạ mặt trời, sức hút của mặt trời và mặt trăng đối với Trái đất. Ảnh hưởng này có thể nhận thấy qua hoạt động của thuỷ triều đối với NDĐ ở vùng ven biển và cửa sông, chúng tác động đến ĐT NDĐ làm xuất hiện các chu kỳ dao động ngày (nửa ngày), nửa tháng, mƣa và nhiều năm. Sự chi phối mạnh nhất đến ĐT NDĐ là các nhân tố của nhóm khí tƣợng và thuỷ văn, chúng có chu kỳ biến đổi theo mƣa và nhiều năm.
Trong nghiên cứu này ảnh hưởng của lượng mưa, lượng bốc hơi, nhiệt độ,... đến ĐT NDĐ được xem là những nhân tố khí tượng chủ yếu. Lượng nước lưu thông trong mạng lưới thuỷ văn thuộc các hệ thống sông Hội An và sông Tam Kỳ ảnh hưởng lớn tới ĐT NDĐ nhất là các khu vực ven sông và các vùng có cửa sổ ĐCTV.
Các nhân tố nhân tạo bao gồm các hoạt động sống của con người và các hoạt động kinh tế của họ, nó rất đa dạng. Trong thực tế có những tác động của con người đã làm biến đổi ĐT tự nhiên của NDĐ trong thời gian dài. Các biến đổi này quan trắc đƣợc qua sự tăng lƣợng cung cấp (dâng cao mực NDĐ), tăng lƣợng thoát (hạ thấp mực NDĐ) và biến đổi chất lượng nước. Đó là một trong những dấu hiệu để phân ra các khu ĐT bị phá huỷ. Vùng duyên hải Đà Nẵng - Quảng Ngãi, hoạt động khai thác NDĐ xảy ra mạnh mẽ ở khu vực các thành phố lớn.
Để xác định quy luật phát triển động thái của nước ngầm (theo thời gian và theo không gian) trước hết chúng ta phải đánh giá được ảnh hưởng của các nhân tố
15
đến các yếu tố động thái nước ngầm. Nói một cách khác, chúng ta phải tìm được phương trình biểu diễn mối tương quan giữa các nhân tố với các yếu tố động thái theo tài liệu quan trắc nhiều năm. Mối tương quan đó có thể là đơn hoặc bội. Dựa vào hệ số tương quan, chúng ta có thể xác định được những nhân tố cơ bản hình thành động thái nước dưới đất. Trên thực tế nghiên cứu ĐT NDĐ khi hệ số tương quan đạt R>0,7 có thể xem như tương quan chặt, còn nhỏ hơn là tương quan yếu hoặc không có tương quan. Trên cơ sở hệ số tương quan cho phép chúng ta phân chia ra đƣợc những vùng có nhân tố hình thành động thái khác nhau. Những nhân tố này quyết định đặc điểm động thái trong vùng.
Sau đây chúng tôi sẽ phân tích để làm rõ điều kiện và những nhân tố cơ bản hình thành nên ĐT của NDĐ ở vùng duyên hải Đà Nẵng - Quảng Ngãi.
2.2. Điều kiện hình thành ĐT NDĐ vùng duyên hải Đà Nẵng - Quảng Ngãi
Vị trí địa lý vùng nghiên cứu với các đặc điểm riêng biệt đã ảnh hưởng tới ĐT NDĐ khu vực: Vùng nghiên cứu thuộc duyên hải Đà Nẵng - Quảng Ngãi là một dải hẹp có đỉnh ở quận Liên Chiểu, Đà Nẵng và cạnh đáy là xã Phổ Thạnh, Đức Phổ, Quảng Ngãi. Hai cạnh bên là ranh giới của dãy núi cao và trung bình ở phía Tây và biển ở phía Đông (hình 2.1). Giới hạn bởi toạ độ địa lý:
14o44’11’’ - 16o7’38’’ Vĩ độ Bắc 108o1’51’’ - 109o3’44’’ Kinh độ Đông
Trên bình diện ranh giới phần lục địa được tạm lấy theo đường tiếp xúc giữa ranh giới trầm tích Đệ Tứ với đá gốc ở khoảng cao độ tuyệt đối +15m, diện tích toàn đồng bằng khoảng 1.500km2.
16
Hình 2.1. Sơ đồ vị trí vùng nghiên cứu duyên hải Đà Nẵng - Quảng Ngãi (vùng giới hạn bởi đường ranh giới màu tím)
2.2.1. Địa hình, địa mạo.
Địa hình đồng bằng thấp và khá bằng phẳng với xu hướng thấp dần về phía biển. Bề mặt đồng bằng bị chia cắt mạnh và làm biến đổi do hoạt động của con người. Địa hình đồng bằng khá đa dạng, phức tạp nhưng nhìn khái quát có thể phân ra 2 kiểu chính :
Địa hình đồng bằng: Vùng đồng bằng chạy dọc từ Bắc vào Nam tiến sát ra gần biển thuô ̣c vùng đất nằm ha ̣ lưu các con sông l ớn. Bề mă ̣t không được bằng
17
phẳng có nhiều gò đồi theo hướng dốc từ Tây sang Đông v ới cao đô ̣ biến đổi từ 20 đến 10m chiếm khoảng 20% diê ̣n tích tƣ̣ nhiên.
Địa hình cồn cát ven biển: Đây là vùng bao gồm các cồn cát , đu ̣n cát phân bố thành mô ̣t dải he ̣p , chạy dài ven biển với chiều rộng trung bình trên dưới 2 km chạy dọc từ đầu đến cuối vùng nghiên cứu và có đô ̣ cao hơn vùng đồng bằng.
Do bề mặt địa hình có những đặc điểm nêu trên nên bề mặt nước của tầng chứa nước qh, qp cũng có những đặc điểm tương tự nghĩa là mực NDĐ có xu hướng thấp dần về phía biển. Từ tài liệu quan trắc mực nước trung bình tháng 1 năm 2013 trên mạng lưới quan trắc Quốc gia, tôi đã xây dựng được đồ thị tương quan giữa cao độ địa hình và cốt cao mực NDĐ của các tầng chứa nước (hình 2.2 và 2.3).
Hình 2.2. Đồ thị tương quan giữa cao độ địa hình với mực nước tầng qh Qua phân tích đồ thị tương quan giữa cao độ địa hình với mực nước tầng qh ta thấy rằng phương trình tương quan có dạng:
Hqh = 0,534Z đh - 0,192 với R = 0,85 (2.1) Như vậy mối quan hệ giữa cao độ địa hình và cốt cao mực nước tẩng qh là rất chặt chẽ (hệ số tương quan R = 0,85).
18
Hình 2.3 Đồ thị tương quan giữa cao độ địa hình với mực nước tầng qp Qua phân tích đồ thị tương quan giữa cao độ địa hình với mực nước tầng qp ta thấy rằng phương trình tương quan có dạng:
Hqp = 0,256 Z đh + 2,668 với R = 0,61 (2.2) Như vậy mối quan hệ giữa cao độ địa hình và cốt cao mực nước tẩng qp là không chặt (hệ số tương quan R = 0,61).
Từ kết quả trên chúng tôi thấy: Sự thay đổi của bề mặt địa hình chủ yếu ảnh hưởng đến động thái của tầng nước ngầm (qh), còn đối tầng chứa nước có áp (qp) thì ảnh hưởng đó yếu hơn. Nói một cách khác bề mặt nước ngầm phản ánh bề mặt địa hình, do vậy trên bề mặt đất nếu có xảy ra những biến động thì cũng chủ yếu ảnh hưởng đến ĐT của nước ngầm.
2.2.2. Địa tầng và thạch học
Ở vùng duyên hải Đà Nẵng - Quảng Ngãi, tính phân nhịp của trầm tích sông, sông - biển và biển trong hệ Đệ Tứ thể hiện rất rõ tạo nên các lớp thấm nước tốt xen kẽ các lớp thấm nước kém. Điều đó chắc chắn có ảnh hưởng đến động thái nước dưới đất: các lớp thấm nước kém hình thành các lớp ngăn cách tạo ra tầng chứa nước có áp ít chịu ảnh hưởng của điều kiện khí tượng, địa hình bên trên.
Trong khu vực nghiên cứu tồn tại các phận vị địa tầng địa chất nhƣ sau:
19
Hệ đệ tứ Thống Pleixtocen
Thống pleistocen, phụ thống hạ. Hệ tầng Đại Phước. Trầm tích sông (aQ11đp).
Trầm tích phân bố ở phần đỉnh đồi sót cao 40 50m ngay tại huyện Đại Lộc với diện tích khoảng 200m2.
Trầm tích gồm cuội đa khoáng, kích thước lớn, ít tảng có đường kính 0,20,3m. Kích thước cuội giảm dần theo chiều từ dưới lên trên của mặt cắt. Cuội có độ mài tròn tốt, gắn kết chắc bởi cát màu vàng phớt nâu đỏ. Bề dày chung của trầm tích dao động từ 10m đến 20m.
Phụ thống trung (Q12
)
Gồm 2 kiểu nguồn gốc : Trầm tích sông và trầm tích sông - biển.
1) Trầm tích sông (aQ12)
Trên vùng nghiên cứu, trầm tích sông tuổi Pleistocen giữa lấp đầy các lòng sông cổ, chỉ được phát hiện trong các lỗ khoan: bao gồm cả tướng lòng sông và tướng bãi bồi.
Trong lỗ khoan LKC6 (xã Đại An, huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam), các trầm tích sông tuổi Pleistocen giữa (aQ12) phân bố ở độ sâu từ 31m đến 54,8m. Mặt cắt từ dưới lên gồm 2 lớp:
+ Lớp dưới (4954,8m) gồm cuội, sạn đa khoáng, cát hạt nhỏ..., xi măng gắn kết là cát sét màu xám lục nhạt, dày 5,8m.
+ Lớp trên (3149m): cát sạn hạt nhỏ, phần trên khá đều hạt. Ở độ sâu 4041m có xen lớp sét bột màu xám xanh lục nhạt, dày 18m.
Tổng bề dày của trầm tích cả 2 tập là 23,8m Bề dày chung của hệ tầng từ 10 đến 35m.
2) Hệ tầng Miếu Bông. Trầm tích sông-biển (amQ12 mb)
Trầm tích này hoàn toàn bị phủ bởi các trầm tích trẻ hơn và chỉ gặp trong các lỗ khoan sâu. Mặt cắt trầm tích khá đồng nhất (lỗ khoan TK04 từ 33,0m đến 42,6m)
20
và lỗ khoan LKC1 (xã Duy An, huyện Duy Xuyên, Quảng Nam), trầm tích của hệ tầng phân bố từ độ sâu từ 33,3 40,0m, từ dưới lên gồm 2 lớp:
+ Lớp dưới (38 40,0m): cuội, sỏi có thành phần chủ yếu là thạch anh, đƣợc lấp đầy bởi sét-bột-cát màu xám trắng, vàng nhạt, dày 2m.
+ Lớp trên (33,3 38m): sét mịn dẻo bị nén ép khá chặt, màu xám lục nhạt, đáy có lẫn ít cát hạt nhỏ, chứa di tích thực vật bảo tồn kém, dày 4,7m.
Bề dày trầm tích tại lỗ khoan này là 6,7m. Bề dày chung của trầm tích từ 10 đến 35m.
Thống Pleistocen, phụ thống trung-phụ thống thượng, phần dưới (Q12-3)
Chúng bao gồm các trầm tích nguồn gốc sông và sông - biển.
1) Hệ tầng Sông Vàng. Trầm tích sông (aQ12-3sv).
Trầm tích sông trên vùng Duy Xuyên - Tam Kỳ phân bố tập trung duy nhất ở thƣợng nguồn suối Cho Đun (phía Bắc Quế Sơn khoảng 5km). Trầm tích tồn tại dưới dạng thềm bậc II, có độ cao tương đối 20 30m, được bảo tồn dạng sót với địa hình đồi vòm thoải dọc thung lũng, diện tích từ 200m2 đến khoảng 2 km2.
Tại sông Vàng, mặt cắt chi tiết của hệ tầng gồm 2 lớp từ dưới lên : + Lớp dưới: cuội sỏi lẫn cát bột màu vàng đỏ. Bề dày trên 3m.
+ Lớp trên: bột sét lẫn cát màu vàng loang lổ đỏ. Các trầm tích này có khả năng chứa nước tốt. Bề dày 6 7m.
Bề dày chung của trầm tích từ 6 10m.
2) Trầm tích hỗn hợp sông-biển (amQ12-31)
Trên vùng Duy Xuyên - Tam Kỳ và khu vực lân cận, các trầm tích này gặp trong hầu hết các lỗ khoan ở các độ sâu khác nhau nhƣ tại lỗ khoan TK04 từ 21,0m đến 33,0m). Phần dưới cùng là cát, sạn lẫn cuội sỏi gắn kết yếu bởi bột sét màu xám xanh, xám đen, cuội sỏi chủ yếu là thạch anh, mài tròn tốt. Chuyển lên trên là cát bột lẫn ít sạn sỏi nhỏ màu xám đen. Bề dày 515m.
Thống Pleistocen, phụ thống thượng, phần dưới (Q13 1) 1) Hệ tầng Hòa Tiến . Trầm tích biển-vũng vịnh (mlQ131 ht)