2. 1 PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG NGHIấN CỨ U 15
2.1. 2 Địa điểm nghiờn cứu 15
Vựng nghiờn cứu của đề tài ở TPHCM, tỉnh Bỡnh Dương và tỉnh Đồng Nai.
2.1.3 - Thời gian nghiờn cứu
Thời gian thực hiện đề tài: 24 thỏng, từ thỏng 1 năm 2011 đến hết thỏng 12 năm 2012 bao gồm cả thời gian viết, phờ duyệt đề cương và giao nộp sản phẩm sau khi đó tổ chức bỏo cỏo kết quả thực hiện đề tài ở cấp cơ sở và cấp quản lý.
Số liệu sử dụng cho cụng tỏc nghiờn cứu đề tài từ năm 2005 - 2011.
2.2 - NỘI DUNG NGHIấN CỨU 2.2.1 - Cỏc nội dung nghiờn cứu 2.2.1 - Cỏc nội dung nghiờn cứu 2.2.1 - Cỏc nội dung nghiờn cứu
1- Tổng hợp cỏc nghiờn cứu cơ bản về tài nguyờn NDĐ và cỏc nhõn tố ảnh hưởng tài nguyờn NDĐ, bao gồm cỏc mảng: đặc điểm ĐCTV, quan trắc động thỏi NDĐ, mụ hỡnh NDĐ, quy hoạch khai thỏc NDĐ, điều kiện nhõn tạo (nhu cầu khai thỏc sử dụng cho sinh hoạt và sản xuất) và điều kiện tự nhiờn (khớ tượng thủy văn);
2- Nghiờn cứu cỏc chỉ số đỏnh giỏ tớnh bền vững NDĐ trờn thế giới đang sử
dụng phổ biến (chủ yếu 6 chỉ số NDĐ đề nghị trong Thuyết minh đề cương đó được phờ duyệt);
3- Nghiờn cứu phõn tớch, xử lý, tổng hợp và thống kờ số liệu phục vụ tớnh toỏn cỏc chỉ số NDĐ;
4- Xõy dựng cỏc bản đồ tài nguyờn NDĐ và cỏc bản đồ phõn vựng chỉ số NDĐ; 5- Đỏnh giỏ tớnh bền vững của tài nguyờn NDĐ theo cỏc chỉ số;
6- Ứng dụng kết quả nghiờn cứu của đề tài (Sử dụng cỏc chỉ số đỏnh giỏ tớnh bền vững tài nguyờn NDĐ trong cụng tỏc quản lý và đề xuất Quy trỡnh thực hiện và quy chế thành lập cỏc bản đồ chỉ số NDĐ);
2.2.2 - Sản phẩm giao nộp
- Bỏo cỏo kết quả thực hiện đề tài và phụ lục. - 58 Bỏo cỏo chuyờn đề.
2.3 - PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU 2.3.1 - Phương phỏp thu thập số liệu 2.3.1 - Phương phỏp thu thập số liệu 2.3.1 - Phương phỏp thu thập số liệu
Thu thập số liệu là phương phỏp truyền thống luụn được thực hiện ở bất cứ
nhiệm vụ nghiờn cứu nào và được tiến hành trong suốt quỏ trỡnh thực hiện đề tài. Mục tiờu của việc thu thập tài liệu để đảm bảo cú được đầy đủ cỏc tài liệu nghiờn cứu cú
liờn quan đó được đầu tư thực hiện trong vựng. Bờn cạnh đú, cũng thu thập được những thụng tin về phương phỏp tớnh toỏn ĐCTV sẽđược ỏp dụng trong đề tài này.
Cả 3 địa phương trong đề tài được đầu tư nghiờn cứu khỏ chi tiết bằng nhiều nguồn vốn khỏc nhau, kể cả kinh phớ địa phương nờn số liệu đó được tập hợp sẵn. Mặt khỏc, dữ liệu vềĐCTV của cỏc đề tài và dự ỏn này đó được tớch hợp vào cơ sở dữ liệu
ĐCTV do chớnh Liờn đoàn Quy hoạch và Điều tra Tài nguyờn nước miền Nam thực hiện. Đõy là điều thuận lợi, nờn đề tài chỉ thu thập bổ sung thờm cỏc tài liệu mới cú.
Danh mục tài liệu thu thập được thể hiện trong phần tài liệu tham khảo.
Nhỡn chung cụng tỏc thu thập tài liệu của đề tài được tiến hành thuận lợi và ứng dụng cú hiệu quả trong đề tài này. Kết quả thu thập tài liệu được tổng hợp và thể hiện dưới dạng cỏc bỏo cỏo chuyờn đề (từ CĐ 1 đến CĐ 12) và cỏc bản đồ tài nguyờn nước (từ CĐ 19 đến CĐ 24).
2.3.2 - Phương phỏp kế thừa
Cỏc chỉ số NDĐ, đó được nờu trong sỏch hướng dẫn “Groundwater resources sustainability indicators”do UNESCO, IAEA, IAH xuất bản. Đõy là những chỉ số thể
hiện mối quan hệ giữa hoạt động khai thỏc của con người với tài nguyờn thiờn nhiờn. Mối quan tõm được cỏc nhà nghiờn cứu được đặt ra khi nghiờn cứu cỏc chỉ số này là vấn đề suy thoỏi tài nguyờn NDĐ. Cụ thể, cần cú một giới hạn về khai thỏc tài nguyờn NDĐ ở một lưu vực sụng hoặc một vựng lónh thổ cụ thể và giới hạn này sẽđược xỏc
định như thế nào là phự hợp nhất.
Đề tài được thực hiện dựa trờn nền tảng cỏc nghiờn cứu và đề nghị của tổ chức UNESCO, đặc biệt đối với cỏc chỉ số NDĐ đang được triển khai thực hiện nhiều nơi trờn thế giới. Do điều kiện tự nhiờn về tài nguyờn NDĐ và mức độ nghiờn cứu khỏc nhau nờn việc ỏp dụng và thực hiện cũng khỏc nhau. Đề tài đó tiến hành xem xột bộ
chỉ số của UNESCO đề nghị và đó chọn lựa ra được 6 chỉ số cú thể ỏp dụng trong điều kiện Việt Nam. Cỏc dữ liệu cần sử dụng phự hợp với cỏc nghiờn cứu truyền thống trong nước từ trước đến nay nờn việc ỏp dụng chắc chắn sẽ gặp nhiều thuận lợi.
Đề tài sẽ kế thừa hướng nghiờn cứu theo hệ thống phương phỏp luận của UNESCO. Nhiều thụng số sử dụng để xỏc định cỏc chỉ số sẽ thực hiện bằng cỏc phương phỏp khỏc nhau phự hợp với tài liệu hiện cú trong nước. Do đú, việc tiến hành tớnh toỏn cỏc chỉ số NDĐ hoàn toàn khỏc so với những nghiờn cứu khỏc đó thực hiện
trờn thế giới. Bộ chỉ số được đề tài lựa chọn theo Thuyết minh đề cương đó được phờ duyệt là:
1- Tài nguyờn NDĐ cú thể phục hồi/đầu người (sẽ được gọi tắt là chỉ số lượng NDĐ trờn đầu người).
2- Tổng lượng khai thỏc tài nguyờn NDĐ/lượng cung cấp (sẽđược gọi tắt là chỉ
số sử dụng NDĐ so với lượng bổ cập).
3- Tổng lượng khai thỏc tài nguyờn NDĐ/tổng tài nguyờn NDĐ cú khả năng khai thỏc (sẽđược gọi tắt là chỉ số sử dụng NDĐ so với tiềm năng).
4- Tổng lượng nước NDĐ cho ăn uống/tổng lượng nước uống trong vựng (sẽ được gọi tắt là chỉ số nước cho sinh hoạt).
5- Chỉ số cạn kiệt NDĐ.
6- Chỉ số khả năng tổn thương NDĐ.
2.3.3 - Phương phỏp mụ hỡnh NDĐ
Phương phỏp mụ hỡnh số là cụng cụ hữu hiệu để giải cỏc bài toỏn ĐCTV cú phạm vi nghiờn cứu lớn. Căn cứ yờu cầu tớnh toỏn cỏc chỉ số NDĐ, nhiều thụng số sẽ được xỏc định bằng phương phỏp mụ hỡnh sẽ gặp nhiều thuận lợi hơn cả.
Một thuận lợi đỏng kể khỏc đú là trong vựng đó cú mụ hỡnh NDĐ với số liệu
đến năm 2007, do đú đề tài chỉ cần cập nhật thờm dữ liệu đến năm 2011. Phương phỏp mụ hỡnh NDĐ sẽ được ỏp dụng cho việc tớnh toỏn cỏc thụng số sau: tài nguyờn NDĐ
cú thể phục hồi (Chỉ số lượng NDĐ trờn đầu người) và lượng cung cấp cho NDĐ (chỉ
số NDĐ). Lý thuyết phương phỏp mụ hỡnh NDĐ đó được đề cập trong nhiều tài liệu liờn quan. Trong phạm vi bỏo cỏo này sẽ nờu túm tắt như sau:
NDĐ là một loại khoỏng sản lỏng, vỡ vậy trữ lượng cũng như động thỏi của nú luụn luụn thay đổi. Toàn bộ sự biến thiờn độ cao mực nước duới đất được mụ tả bằng một phương trỡnh đạo hàm riờng duy nhất sau:
t h S W z h K z y h K y x h K x xx yy zz s ∂ ∂ = − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ 2.1
- Kxx, Kyy, Kzz là cỏc hệ số thấm theo phương x, y và z. Chiều z là chiều thẳng
đứng.
- W là mụ đun dũng ngầm, hay là cỏc giỏ trị bổ cập, giỏ trị thoỏt đi của NDĐ
tớnh tại vị trớ (x,y,z) ở thời điểm t. W = W(x,y,z,t) là hàm số phụ thuộc thời gian và khụng gian (x,y,z).
- Ss là hệ số nhả nước và Ss = Ss(x,y,z), Kxx = Kxx(x,y,z), Kyy = Kyy(x,y,z), Kzz = Kzz(x,y,z) là cỏc hàm phụ thuộc vào vị trớ khụng gian x,y,z.
Phương trỡnh 2.1 mụ tả động thỏi mực nước trong điều kiện mụi trường khụng
đồng nhất và dị hướng. Kết hợp với cỏc điều kiện biờn, điều kiện ban đầu của tầng chứa nước sẽ tạo thành một mụ hỡnh toỏn học về dũng chảy NDĐ.
2.3.3.1 -Phương trỡnh vi phõn và phương phỏp giải
Để giải phương trỡnh trờn, người ta phải tỡm hàm số h(x,y,z,t), thoả món (2.1) và cỏc điều kiện biờn. Sự biến động của giỏ trị h theo thời gian sẽ xỏc định bản chất của dũng chảy, từ đú cú thể tớnh được trữ lượng động của tầng chứa nước cũng như tớnh toỏn cỏc hướng của dũng chảy.
Việc tỡm ra hàm giải tớch h(x,y,z,t) cho phương trỡnh (2.1) thường là rất khú. Trờn thực tế, ngoại trừ một số rất ớt trường hợp, phương trỡnh (3.1) là phương trỡnh khụng thể giải được bằng phương phỏp giải tớch. Do đú người ta buộc phải giải bằng phương phỏp gần đỳng. Một trong cỏc phương phỏp giải gần đỳng ởđõy được ỏp dụng cho bài toỏn này là phương phỏp sai phõn hữu hạn.
Hỡnh 2.2 - ễ lưới và cỏc loại ụ lưới trong mụ hỡnh
i,j,k i,j,k-1 i,j,k+1 i+1,j,k i,j-1,k i,j+1,k i-1,j,k
Hệ phương trỡnh sai phõn nhận được từ phương trỡnh (2.1) được thành lập trờn cơ sở cỏc qui tắc cõn bằng: Tổng tất cả dũng chảy vào và chảy ra từ một ụ phải bằng sự thay đổi thể tớch nước cú trong ụ.
Hỡnh 2.3 - ễlướii,j,kvà 6 ụbờncạnh
Một cỏch tổng quỏt, nếu cú n nguồn cấp vào trong ụ lưới thỡ phương trỡnh (2.1)
được biến đổi thành:
CRi,j-1/2,k(hi,j-1,k-hi,j,k)+CRi,j+1/2,k(hi,j+1,k-hi,j,k)+
+CCi-1/2,j,k(hi-1,j,k-hi,j,k)+CCi+1/2,j,k(hi+1,j,k-hi,j,k)+ (2.2) +CVi,j,k-1/2(hi,j,k-1-hi,j,k)+CVi,j,k+1/2(hi,j,k+1-hi,j,k)+
+Pi,j,khi,j,k-1+Qi,j,k=SSi,j,k(∆rj∆cj∆vk) ∆hi,j,k/∆t. Sai phõn giỏ trị∆hi,j,k/∆t ta cú:
1 , , , , , , 1 m m i j k i j k i j k m m m h h h t t t − − ∆ − ⎛ ⎞ = ⎜ ∆ ⎟ − ⎝ ⎠ (2.3) Trong đú: - tm và tm-1: thời điểm m và m-1
- hi,j,km và hi,j,km-1 là giỏ trị mực nước của ụ (i,j,k) tại thời điểm m và (m-1) Thay vào hệ phương trỡnh (3.2) từ bước thời gian tm-1đến tm ta cú:
CRi,j-1/2,k(hmi,j-1,k-hmi,j,k)+CRi,j+1/2,k(hmi,j+1,k-hmi,j,k)+ +CCi-1/2,j,k(hmi-1,j,k-hmi,j,k)+CCi+1/2,j,k(hmi+1,j,k-hmi,j,k)+
+CVi,j,k-1/2(hmi,j,k-1-hmi,j,k)+CVi,j,k+1/2(hmi,j,k+1-hmi,j,k)+ + Pi,j,khmi,j,k-1+Qi,j,k=SSi,j,k(∆rj∆cj∆vk)(hmi,j,k-hm-1i,j,k)/(tm -tm-1) (3.4)
Phương trỡnh trờn sẽđược viết cho cỏc ụ mà mực nước thay đổi theo thời gian. Như vậy, ta sẽ lập được một hệ phương trỡnh cú số phương trỡnh tương ứng với số ụ lưới. Giải hệ phương trỡnh này với điều kiện biết được mực nước hm-1i,j,k (điều kiện ban
đầu) ta sẽ xỏc định được mực nước hmi,j,k. Cứ lần lượt như vậy, ta cú thể xỏc định được mực nước cho bất kỳ thời điểm nào.
2.3.3.3 -Phương phỏp giải
Hệ phương trỡnh trờn thường được giải bằng phương phỏp lặp. Người ta tiến hành chia nhỏ khoảng thời gian (tm-1,tm), kết quả nhận được là lời giải gần đỳng.
Hỡnh 2.4 - Sơ đồ bướcgiảitheophươngphỏplặptrongmụhỡnh
Khi thời gian tăng lờn thỡ h sẽ thay đổi. Khi h đạt được điều kiện hội tụ (chờnh lệch h tớnh được giữa 2 bước thời gian kế cận nhau là nhỏ hơn một giỏ trị cho phộp) thỡ mực nước đạt được sự cõn bằng động và tại đõy kết thỳc quỏ trỡnh tớnh toỏn. Để
phương phỏp lặp hội tụ, người ta chọn bước thời gian tăng theo cấp số nhõn, khi đú thừa số 1/(tm-1 - tm) sẽ tiến nhanh tới 0 do đú cỏc tổng cú liờn quan đến thừa số này hội tụ. Cú thể hỡnh dung cỏch giải hệ phương trỡnh (2.4) bằng phương phỏp lặp như thể
hiện trong Hỡnh 2.4.
2.3.3.4 -Điều kiện biờn
Trong thực tế, khụng cần thiết phải viết phương trỡnh dạng (2.4) cho tất cả cỏc ụ lưới khi những ụ lưới nào đú cú thể thiết lập cỏc điều kiện biờn trờn đú. Cú 3 loại điều kiện biờn chớnh như sau:
Điều kiện biờn loại I là điều kiện biờn mực nước được xỏc định trước (cũn gọi là điều kiện biờn Dirichlet). Đú là ụ mà mực nước được xỏc định trước và giỏ trị này khụng đổi trong suốt bước thời gian tớnh toỏn.
Điều kiện biờn loại II là điều kiện biờn dũng chảy được xỏc định trước (cũn gọi là điều kiện biờn Neumann). Đú là cỏc ụ mà lưu lượng dũng chảy qua biờn được xỏc định trước trong suốt bước thời gian tớnh toỏn. Trường hợp khụng cú dũng chảy thỡ lưu lượng được xỏc định bằng khụng.
Điều kiện biờn loại III là điều kiện biờn lưu lượng trờn biờn phụ thuộc vào mực nước (cũn gọi là điều kiện biờn Cauchy hoặc biờn hỗn hợp).
2.3.3.5 -Đỏnh giỏ bài toỏn ngược
Kết quả giải bài toỏn ngược cần phải được đỏnh giỏ cả về chất lượng lẫn định lượng. Cho đến nay vẫn chưa cú một tiờu chuẩn cụ thể nào được đưa ra. Theo National Research Council (1990), việc đỏnh giỏ sai số mực nước giữa mụ hỡnh và quan trắc là một chỉ tiờu rất tốt, tuy nhiờn khụng phải lỳc nào cũng thực hiện dễ dàng. Mục đớch cuối cựng của bài toỏn chỉnh lý là cực tiểu húa giỏ trị sai số. Cú 3 loại sai số để đỏnh giỏ sự sai khỏc mực nước giữa quan trắc và mụ hỡnh là:
- Sai số trung bỡnh (ME) là sai số trung bỡnh giữa mực nước quan trắc (hm) và mực nước mụ hỡnh (hs): (hm hs) ME n Σ − = (2.5) Trong đú: n là sốđiểm chỉnh lý
Kết quả này ớt cú giỏ trị tham khảo và khụng được sử dụng rộng rói đểđỏnh giỏ sai số bởi vỡ đụi khi giỏ trị sai số khỏc mang dấu õm và dương sẽ loại trừ nhau và cuối cựng vẫn cú thểđạt trị số ME cực tiểu
- Sai số tuyệt đối trung bỡnh (MAE): (hm hs)
MAE
n
Σ −
= (2.6)
- Sai số trung bỡnh quõn phương (RMS) hay là độ lệch chuẩn:
2 (hm hs) MAE n − = ∑ (2.7)
Sai số MAE và RMS là chỉ tiờu tốt đểđỏnh giỏ chất lượng của mụ hỡnh.
2.3.4 - Phương phỏp giải tớch truyền thống
Phương phỏp giải tớch truyền thống sẽ được sử dụng đề tớnh toỏn thụng số tổng tài nguyờn NDĐ cú thể khai thỏc (trữ lượng tiềm năng) trong Chỉ số sử dụng NDĐ so với tiềm năng.
Tài nguyờn NDĐ cú thể khai thỏc là số lượng nước cú thể khai thỏc được hàng năm từ một tầng chứa nước dưới điều kiện kinh tế, xó hội và mụi trường hiện tại. Ởđề
tài này chỉ tớnh cho nước cú tổng khoỏng húa <1g/l. Như vậy tổng tài nguyờn NDĐ cú thể khai thỏc được xem là trữ lượng tiềm năng NDĐ. Phương phỏp và kỹ thuật ỏp dụng là phương phỏp truyền thống của ngành địa chất thủy văn.
Trữ lượng khai thỏc tiềm năng NDĐ được tớnh theo phương phỏp cõn bằng, cú cụng thức sau:
Qkt = Qt + Qđ (2.8)
Trong đú:
Qt=Qtl + Qdh - Trữ lượng khai thỏc từ trữ lượng tĩnh của tầng chứa nước. Qtl - Trữ lượng khai thỏc từ trữ lượng tĩnh trọng lực của tầng chứa nước. Qdh - Trữ lượng khai thỏc từ trữ lượng tĩnh đàn hồi của tầng chứa nước.
Xỏc định trữ lượng tĩnh trọng lực 1 tl kt F m Q t à α ì ì = (2.9) - Xỏc định trữ lượng tĩnh đàn hồi
* 2 . . a dh kt F h Q t à = (2.10)
Riờng trữ lượng động sẽ sử dụng kết quả tớnh toỏn từ mụ hỡnh NDĐ, gồm: - Lượng bổ cập từ mưa.
- Tổng lượng thoỏt ra vựng tớnh toỏn (gồm hai thành phần Seepage và Outflow).
2.3.5 - Phương phỏp phõn tớch, thống kờ tổng hợp số liệu
Phương phỏp phõn tớch, thống kờ tổng hợp số liệu sẽ được thực hiện chủ yếu dưới dạng cỏc bảng số liệu trong Microsolf Excel. Phương phỏp này được sử dụng để
tớnh toỏn cỏc thụng số sau:
1- Tổng lượng khai thỏc tài nguyờn NDĐ
Tổng lượng khai thỏc tài nguyờn NDĐ là số liệu thu được từ kết quả điều tra hiện trạng khai thỏc sử dụng NDĐ tại cỏc địa phương. Đề tài sẽ sử dụng số liệu của cỏc dự ỏn mới được thực hiện trong vựng:
- Quy hoạch tài nguyờn nước trong phạm vi tỉnh Đồng Nai đến năm 2020 [9]. - Điều tra hiện trạng, qui hoạch khai thỏc và xõy dựng CSDL phục vụ quản lý tài nguyờn NDĐ tỉnh Bỡnh Dương [25].
- Biờn hội bản đồ ĐC, bản đồ ĐCTV và bản đồ ĐCCT thành phố Hồ Chớ Minh tỷ lệ 1/50.000 [29].
Đõy là cỏc dự ỏn được thực hiện sau khi đó được tiến hành điều tra hiện trạng khai thỏc NDĐ. Dữ liệu này đó được lưu trong cơ sở dữ liệu ĐCTV cỏc tỉnh trong vựng nghiờn cứu và được cập nhật hàng năm. Đề tài đó thu thập được cỏc số liệu cần