2.2.1. Những khỏi niệm cơ bản trong nghiờn cứu nước ngầm [4]
“Tầng chứa nƣớc” là một thành tạo hoặc một nhúm thành tạo địa chất, một phần của một thành tạo địa chất cú chứa nƣớc trong cỏc lỗ hổng, khe nứt của chỳng và lƣợng nƣớc đú cú ý nghĩa trong việc khai thỏc để cung cấp nƣớc.
“Tầng chứa nƣớc yếu” là một thành tạo hoặc một nhúm thành tạo địa chất, một phần của một thành tạo địa chất cú chứa nƣớc trong cỏc lỗ hổng, khe nứt của chỳng, nhƣng khả năng thấm nƣớc, chứa nƣớc kộm và lƣợng nƣớc đú ớt cú ý nghĩa trong việc khai thỏc để cung cấp nƣớc.
“Tầng cỏch nƣớc hoặc thể địa chất khụng chứa nƣớc” là một thành tạo hoặc một nhúm thành tạo địa chất, một phần của một thành tạo địa chất cú tớnh thấm nƣớc rất nhỏ, khụng cú ý nghĩa thực tế trong cung cấp nƣớc.
“Phức hệ chứa nƣớc hoặc hệ thống cỏc tầng chứa nƣớc” là tập hợp cỏc tầng chứa nƣớc, chứa nƣớc yếu, cú quan hệ thuỷ lực với nhau trờn phạm vi rộng và tạo thành một hệ thống thuỷ động lực.
“Cấu trỳc chứa nƣớc” là một cấu trỳc địa chất hoặc một phần của một cấu trỳc địa chất, trong đú nƣớc dƣới đất đƣợc hỡnh thành, lƣu thụng và tồn tại. Cấu trỳc chứa nƣớc đƣợc giới hạn bởi cỏc biờn cỏch nƣớc hoặc cỏc biờn cấp, thoỏt nƣớc.
“Trữ lƣợng cú thể khai thỏc của một vựng” là lƣợng nƣớc cú thể khai thỏc từ cỏc tầng chứa nƣớc và chứa nƣớc yếu trong vựng đú mà khụng làm suy thoỏi, cạn kiệt nguồn nƣớc và biến đổi mụi trƣờng vƣợt quỏ mức cho phộp.
53
“Trữ lƣợng tĩnh” là lƣợng nƣớc tồn tại trong cỏc thể chứa nƣớc (khe nứt, lỗ hổng, hang hốc Karst) trong cỏc tầng chứa nƣớc, phức hệ chứa nƣớc hoặc cấu trỳc chứa nƣớc. Trữ lƣợng tĩnh bao gồm trữ lƣợng tĩnh đàn hồi và trữ lƣợng tĩnh trọng lực.
“Trữ lƣợng động” là lƣợng cung cấp cho nƣớc dƣới đất trong tự nhiờn. Lƣợng cung cấp tự nhiờn cho nƣớc dƣới đất cú thể từ ngấm của nƣớc mƣa, thấm từ hệ thống nƣớc mặt, thấm xuyờn từ cỏc tầng chứa nƣớc liền kề.
“Trữ lƣợng bổ sung” là lƣợng nƣớc gia tăng nhờ sự cung cấp của cỏc nguồn do hoạt động của cỏc cụng trỡnh khai thỏc nƣớc dƣới đất gõy ra.
“Chất lƣợng nƣớc dƣới đất” đƣợc thể hiện bởi giỏ trị của cỏc của thụng số về thành phần húa học cỏc nguyờn tố cú trong nƣớc và tớnh chất vật lý, húa học của nƣớc. Đặc trƣng chất lƣợng nƣớc quyết định đến khả năng sử dụng của nguồn nƣớc dƣới đất.
“Đỏnh giỏ tài nguyờn nƣớc dƣới đất” là hoạt động nhằm xỏc định điều kiện địa chất thủy văn, số lƣợng (trữ lƣợng), chất lƣợng nƣớc và khả năng khai thỏc, sử dụng nguồn nƣớc, cỏc tỏc động của việc khai thỏc, hoạt động kinh tế tới nguồn nƣớc dƣới đất; xu thế biến đổi về số lƣợng, chất lƣợng nƣớc dƣới đất phục vụ cụng tỏc quản lý, khai thỏc sử dụng và bảo vệ nguồn nƣớc.
2.2.2. Cụng thức tớnh trữ lượng tĩnh [4]
Trữ lƣợng tĩnh gồm trữ lƣợng tĩnh trọng lực và trữ lƣợng tĩnh đàn hồi. Trữ lƣợng tĩnh trọng lực là lƣợng nƣớc chứa trong cỏc lỗ hổng, khe nứt, hang hốc Kasrt của đất đỏ chứa nƣớc và cú khả năng thoỏt ra dƣới tỏc dụng của trọng lực. Trữ lƣợng tĩnh trọng lực đƣợc đặc trƣng bởi hệ số nhả nƣớc trọng lực.
Trữ lƣợng tĩnh đàn hồi là lƣợng nƣớc sinh ra do khả năng đàn hồi của nƣớc và của đất đỏ chứa nƣớc khi hạ thấp mực ỏp lực trong những tầng chứa cú ỏp. Trữ lƣợng tĩnh đàn hồi đƣợc đặc trƣng bởi hệ số nhả nƣớc đàn hồi.
54
Trữ lƣợng tĩnh đƣợc xỏc định bằng cụng thức:
Vtl = *V = tb*htb*F (đối với tầng chứa nƣớc khụng ỏp) Vtl = *V = tb*mtb*F (đối với tầng chứa nƣớc cú ỏp).
Trong đú : -hệ số nhả nƣớc trọng lực (cú giỏ trị dao động từ 0 – 1 đơn vị), V-thể tớch đất đỏ chứa nƣớc (m3), htb-chiều dày trung bỡnh của tầng chứa nƣớc khụng ỏp (m), mtb-chiều dày trung bỡnh tầng chứa nƣớc cú ỏp (m), F-diện tớch phõn bố của tầng chứa nƣớc (m2).
a) Tầng chứa nƣớc khụng ỏp b) Tầng chứa nƣớc cú ỏp
Hỡnh 7. Sơ đồ cỏc tầng chứa nước cú ỏp và khụng ỏp
Trong thực tế, cỏc đơn vị chứa nƣớc thƣờng cú diện phõn bố phức tạp theo khụng gian (mặt bằng và mặt cắt) nờn việc xỏc định thể tớch đất đỏ chứa nƣớc là rất khú khăn. Đất đỏ cấu tạo nờn cỏc tầng chứa nƣớc là khụng đồng nhất dẫn đến hệ số nhả nƣớc của đơn vị chứa nƣớc cũng biến đổi theo khụng gian. Trong thực tế, khi tớnh trữ lƣợng tĩnh của nƣớc dƣới đất thƣờng trung bỡnh húa hệ số nhả nƣớc và thể tớch đất đỏ chứa nƣớc đƣợc xỏc định bằng giỏ trị trung bỡnh của chiều dày tầng chứa nƣớc và diện tớch phõn bố của chỳng. Trong một số trƣờng hợp, khi cú đầy đủ số liệu thỡ trữ lƣợng tĩnh cú thể đƣợc xỏc định chớnh xỏc hơn bằng phƣơng phỏp sai phõn.
55
2.2.3. Phương phỏp thực nghiệm [4]
2.2.3.1. Xỏc định lượng nước ngầm từ trạm quan trắc thuỷ văn
Thực chất của phƣơng phỏp này là coi lƣu lƣợng quan trắc đƣợc tại trạm thuỷ văn là lƣợng nƣớc do nƣớc ngầm cung cấp. Khi trờn lƣu vực mà trạm thuỷ văn khống chế trải qua một thời gian khụng mƣa đủ dài. Cựng với một số điều kiện sau:
+ Lƣu vực trờn mặt và lƣu vực dƣới đất trựng nhau
+ Sự tham gia của nƣớc ở cỏc lƣu vực khỏc khụng cú hoặc khụng đỏng kể. + Khụng cú sự mất mỏt sang cỏc lƣu vực ngầm khỏc.
Ƣu điểm của phƣơng phỏp là dễ làm, khụng cần đầu tƣ thờm mà cú thể tận dụng đƣợc cỏc trạm thuỷ văn hiện cú.
Nhƣợc điểm của phƣơng phỏp này là chỉ cú thể tớnh toỏn cho cỏc lƣu vực sụng về cuối mựa kiệt, khớ coi lƣợng mua trờn lƣu vực bằng khụng. Phƣơng phỏp này khụ thể hiện đƣợc sự phõn bố nƣớc ngầm theo khụng gian.
2.2.3.2. Phương phỏp khoan thăm dũ
Phƣơng phỏp này cú thể ỏp dụng đƣợc trong mọi trƣờng hợp phõn bố của tầng chứa nƣớc, cho cả tầng chứa nƣớc cú ỏp và khụng ỏp. Để xỏc định đƣợc trữ lƣợng nƣớc dƣới đất trong trƣờng hợp này cần phải thành lập đƣợc bản đồ thủy đẳng cao hoặc thủy đẳng ỏp của nƣớc dƣới đất (bản đồ mực nƣớc dƣới đất) và phải xỏc định đƣợc hệ số thấm của tầng chứa nƣớc.
Tuy nhiờn việc thành lập đƣợc cỏc bản đồ này và xỏc định hệ số thấm thỡ đũi hỏi khổi lƣợng lớn lỗ khoan hỳt nƣớc, đo mực nƣớc, thƣờng rất tốn kộm. Đồng thời bản đồ thủy đẳng cao, thủy đẳng ỏp thƣờng chỉ xỏc định trong 1 thời điểm nhất định, do đú lƣu lƣợng dũng ngầm xỏc định đƣợc cũng chỉ là giỏ trị tại thời điểm đú, khụng đại diện cho cả thời kỳ.
56
Hỡnh 8. Bản đồ thủy đẳng cao và mặt cắt
Trong đú: Q-lƣu lƣợng dũng ngầm, m3/ngày, K1, K2-hệ số thấm tại cỏc mặt cắt trƣớc và sau theo hƣớng dũng chảy, m/ngày, F1, F2-diện tớch mặt cắt ƣớt theo hƣớng vuụng gúc với dũng chảy, m2.
I- Gradien thủy lực giữa 2 tiết diện
H1, H2 - cao độ mực nƣớc tiết diện trờn và dƣới theo hƣớng dũng chảy, m, L-khoảng cỏch trung bỡnh giữa 2 tiết diện, m.
Trong đú: h1, h2 - chiều dày tầng chứa nƣớc tại cỏc mặt cắt ƣớt, m, l1, l2 - chiều dài cỏc đƣờng thủy đẳng cao (hoặc đẳng ỏp) tƣơng ứng.
57
Trƣờng hợp cỏc thụng số tớnh toỏn thay đổi theo từng tiết diện thỡ theo dũng thấm sẽ chia thành cỏc khoảnh và trong mỗi khoảnh xem chỳng là đồng nhất. Khi đú, lƣu lƣợng dũng thấm (dũng ngầm) sẽ bằng tổng lƣu lƣợng dũng thấm trong từng khoảnh cộng lại.
2.2.4. Phương phỏp tương tự địa chất thuỷ văn [4]
Do tớnh phức tạp về điều kiện địa chất thuỷ văn và khả năng thực tế khụng thể đỏnh giỏ định lƣợng cỏc nguồn hỡnh thành trữ lƣợng khai thỏc nƣớc dƣới đất, trong nhiều trƣờng hợp ngƣời ta ỏp dụng phƣơng phỏp tƣơng tự địa chất thuỷ văn trờn cơ sở dựa vào những tài liệu về chế độ khai thỏc nƣớc dƣới đất ở những khu cú cỏc cụng trỡnh khai thỏc đang hoạt động (kể cả những tài liệu của cỏc khu đó thăm dũ ti mỉ) ỏp dụng cho những khu nghiờn cứu cú cỏc điều kiện tƣơng tự.
Phƣơng phỏp tƣơng tự địa chất thuỷ văn cú thể đƣợc sử dụng :
- Để đỏnh giỏ trữ lƣợng khai thỏc nƣớc dƣới đất theo thụng số tổng hợp đặc trƣng cho toàn bộ qỳa trỡnh hỡnh thành trữ lƣợng. Thụng số đú cú thể là mụdun trữ lƣơng khai thỏc đƣợc xỏc định theo tài liệu của cỏc cụng trỡnh lấy nƣớc tƣơng tự đang hoạt động.
- Để xỏc định cỏc thụng số mà khụng thể xỏc định chớnh xỏc đƣợc theo tài liệu thăm dũ (hệ số nhả nƣớc trọng lực của đất đỏ nứt nẻ, hệ số thấm của cỏc lớp thấm nƣớc yếu ngăn cỏch).
- Để điều chỉnh và chọn sơ đồ tớnh toỏn.
Để đỏnh giỏ trữ lƣợng khai thỏc bằng phƣơng phỏp tƣơng tự thỡ vấn đề quan trọng bậc nhất là điều kiện địa chất thuỷ văn và cỏc nguồn hỡnh thành trữ lƣợng khai thỏc nƣớc dƣới đất trờn diện tớch nghiờn cứu và diện tớch chuẩn phải giống nhau.
58
Khả năng sử dụng phƣơng phỏp tƣơng tự đƣợc quyết định bởi sự cú mặt của mỏ nƣớc đó khai thỏc (khu chuẩn). Để luận chứng cho khả năng tƣơng tự giữa khu chuẩn và khu nghiờn cứu, cần phải so sỏnh cỏc yếu tố chủ yếu quyết định điều kiện hỡnh thành trữ lƣợng khai thỏc nƣớc dƣới đất và giỏ trị của chỳng (điều kiện thế nằm của tầng chứa nƣớc, cỏc điều kiện biờn, thành phần của đỏ chứa nƣớc, điều kiện cung cấp, khả năng sử dụng cỏc thành phần trữ lƣợng, tớnh chất và thành phần trầm tớch của lớp phủ).
Sự tƣơng tự cú cỏc biểu hiện ở tất cả cỏc mặt hoặc từng phần. Khi cú sự tƣơng tự trờn tất cả cỏc mặt thỡ mức độ giống nhau về điều kiện địa chất thuỷ văn của khu chuẩn và khu nghiờn cứu phải đƣợc xỏc định đối với tất cả cỏc yếu tố chủ yếu quyết định trữ lƣợng khai thỏc nƣớc dƣới đất trong điều kiện tự nhiờn nhất định. Cũn khi tƣơng tự từng phần thỡ chỉ xem xột theo một số yếu tố kể trờn.
Khi cú sự tƣơng tự trờn tất cả cỏc yờỳ tố thỡ việc đỏnh giỏ trữ lƣợng khai thỏc cú thể tiến hành theo trị số mụđun khai thỏc nƣớc dƣới đất, tức là theo lƣu lƣợng cú thể nhận đƣợc từ 1 đơn vị diện tớch của tầng chứa nƣớc (trong cỏc thung lũng sụng cú cụng trỡnh khai thỏc nƣớc dạng thấm lọc thỡ tớnh trờn đơn vị chiều dài). Mụđun trữ lƣợng khai thỏc đƣợc tớnh theo tài liệu quan trắc cỏc cụng trỡnh khai thỏc nƣớc đang hoạt động. Trữ lƣợng khai thỏc nƣớc dƣới đất của khu nghiờn cứu đƣợc xỏc định bằng tớch số của mụđun tớnh toỏn với diện tớch (chiều dài) của khu đú.
Trong trƣờng hợp sự cung cấp đƣợc đảm bảo (vớ dụ, trong cỏc thung lũng sụng cú nguồn hỡnh thành trữ lƣợng chủ yếu là dũng mặt) thỡ trị số hạ thấp mực nƣớc cho phộp trờn khu nghiờn cứu khỏc với trị số hạ thấp trờn khu tƣơng tự. Khi đú trị số mụđun tớnh toỏn cần đƣợc hiệu chỉnh theo cụng thức.
59
ở đõy, M‟kt – trị số hiệu chỉnh mụđun trữ lƣợng khai thỏc ;
Mkt – trị số tớnh toỏn mụđun trữ lƣợng khai thỏc trờn khu cụng trỡnh khai thỏc tƣơng tự với trị số hạ thấp S;
S – trị số hạ thấp mực nƣớc cho phộp trờn khu nghiờn cứu.
Trong trƣờng hợp độ dẫn nƣớc của khu tƣơng tự và khu thăm dũ khỏc nhau, thỡ trị số mụđun phải đƣợc hiệu chỉnh theo quan hệ tƣơng tự.
Trong trƣơng hợp tƣơng tự từng phần thỡ trữ lƣợng khai thỏc nƣớc dƣới đất đƣợc đỏnh giỏ bằng cỏc phƣơng phỏp thuỷ động lực, thuỷ lực, cõn bằng đó trỡnh bày ở trờn. Khi sử dụng cỏc phƣơng phỏp này, theo sự tƣơng tự ngƣời ta xỏc định đƣợc những nguồn hỡnh thành, những thụng số riờng biệt hoặc tiến hành hiệu chỉnh sơ đồ tớnh toỏn.
Trong trƣờng hợp này xỏc định cỏc yếu tố thƣờng gặp trờn diện tớch nghiờn cứu là việc quan trọng nhất khi đỏnh giỏ trữ lƣợng khai thỏc. Những tài liệu khỏc để tớnh trữ lƣợng đƣợc xem xột theo phƣơng phỏp thụng thƣờng.
Vớ dụ khi cú sự giống nhau về thành phần thạch học của đất đỏ chứa nƣớc và điều kiện cung cấp của nƣớc dƣới đất, thỡ trị số nhả nƣớc cú thể lấy tƣơng tự, cũn trữ lƣợng động tự nhiờn và cỏc tài liệu cần thiết khỏc để tớnh toỏn đƣợc xỏc định bằng cỏc phƣơng phỏp thụng thƣờng.
Nhƣ vậy, việc sử dụng phƣơng phỏp tƣơng tự đũi hỏi phải tiến hành cỏc cụng tỏc thăm dũ với mục đớch chủ yếu là xỏc định mức độ giống nhau về điều kiện hỡnh thành trữ lƣợng khai thỏc.
Đỏnh giỏ trữ lƣợng khai thỏc bằng phƣơng phỏp tƣơng tự địa chất thuỷ văn đƣợc tiến hành theo trỡnh tự sau:
- Tỡm một khu khai thỏc nƣớc dƣới đất mà theo tài liệu địa chất thuỷ văn cú thể coi là tƣơng tự với khu nghiờn cứu;
60
- Tớến hành phõn tớch chế độ khai thỏc của cụng trỡnh lấy nƣớc để làm sỏng tỏ cỏc nguồn chủ yếu hỡnh thành trữ lƣợng khai thỏc và cỏc nhõn tố chủ yếu quyết định qui luật vận động của nƣớc đến cỏc cụng trỡnh khai thỏc;
- Trong phạm vi diện tớch nghiờn cứu, tiến hành cỏc cụng tỏc thăm dũ để chứng minh mức độ giống nhau hoàn toàn hoặc từng phần điều kiện hỡnh trành trữ lƣợng khai thỏc nƣớc dƣới đất của khu chuẩn và khu thăm dũ;
- Xỏc định dạng tƣơng tự (hoàn toàn hoặc từng phần) và chọn phƣơng phỏp đỏnh giỏ trữ lƣợng khai thỏc nƣớc dƣới đất.
2.2.5. Phương phỏp mụ hỡnh
Với khỏi niệm chung nhất, mụ hỡnh hoỏ là sự phản ỏnh thực tế tồn tại bằng phƣơng phỏp nào đú để nghiờn cứu quy luật khỏch quan vốn cú của sự vật, hiện tƣợng trong thế giới khỏch quan. Phƣơng phỏp mụ hỡnh đƣợc xem là một phƣơng phỏp nhận thức khoa học về thế giới khỏch quan, chỳng đó đƣợc ứng dụng nhiều trong cỏc ngành khoa học và ứng dụng hiệu quả trong thực tế. Cỏc mụ hỡnh mà cỏc ngành khoa học kỹ thuật ứng dụng cú thể kể đến là cỏc mụ hỡnh truyền nhiệt trong ngành nhiệt, mụ hỡnh phần tử hữu hạn ỏp dụng trong tớnh toỏn kết cấu xõy dựng, mụ hỡnh điện trong ngành điện, mụ hỡnh dự bỏo bóo, mụ hỡnh dũng chảy mặt trong nghiờn cứu thuỷ văn, mụ hỡnh dũng chảy nƣớc dƣới đất, mụ hỡnh lan truyền vật chất nhiễm bẩn trong mụi trƣờng nƣớc trong nghiờn cứu địa chất thuỷ văn và đỏnh giỏ tài nguyờn nƣớc dƣới đất.
Trong địa chất thuỷ văn, phƣơng phỏp mụ hỡnh đƣợc ứng dụng để giải quyết những nhiệm vụ cụ thể nhƣ: nghiờn cứu địa chất thuỷ văn khu vực, nghiờn cứu lý thuyết, đỏnh giỏ trữ lƣợng nƣớc dƣới đất, nghiờn cứu dịch chuyển khối lƣợng của cỏc chất nhiễm bẩn trong mụi trƣờng nƣớc dƣới đất, quỏ trỡnh truyền nhiệt trong mụi trƣờng nƣớc dƣới đất, cỏc quỏ trỡnh thấm mất nƣớc hồ đập, nghiờn cứu đỏnh giỏ lƣợng nƣớc chảy vào cỏc khu mỏ...
61
Ƣu điểm quan trọng nhất của phƣơng phỏp mụ hỡnh là thay vỡ nghiờn cứu trực tiếp đối tƣợng, chỳng ta cú thể phục hồi đƣợc trờn cỏc mụ hỡnh chuyờn mụn những quỏ trỡnh và hiện tƣợng khỏc nhau. Khi mụ hỡnh húa, quỏ trỡnh nghiờn cứu đƣợc thay bằng quỏ trỡnh khỏc thiết lập đơn giản và rừ ràng hơn trong phũng thớ nghiệm hoặc trờn mỏy tớnh. Sự thay thế đú cú thể thực hiện đƣợc bởi vỡ cú rất nhiều quỏ trỡnh đặc trƣng bởi cựng một phƣơng trỡnh toỏn học. Sự tƣơng tự của cỏc quỏ trỡnh là do sự thống nhất của thế giới vật chất và cú cựng quy luật của chuyển động vật chất.
2.2.6. Phương phỏp chuyờn gia
Phƣơng phỏp này chớnh là cỏc ý kiến của cỏc chuyờn gia giàu kỡnh nghiệm trong lĩnh vực thuỷ văn nƣớc dƣới đất. Cỏc kinh nhiệm đƣợc lấy là những trao đổi nhỏ trong suốt quỏ trỡnh thực hiện luận văn và tại buổi hội thảo trờn khoa Khớ tƣợng Thuỷ văn và Hải dƣơng học với cỏc đúng gúp ý kiến của cỏc thầy, cụ và cỏc bạn đồng nghiệp.
Điều thuận lợi cho tỏc giả khi thực hiện luận văn thạc sĩ là hƣớng nghiờn cứu