Nghiên cứu xác lập tiêu chí, phương pháp và quy trình đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất áp dụng thử nghiệm một số khu vực

Nhằm sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên NDĐ, hợp đồng nghiên cứu khoa học và công nghệ số 02-ĐC-08/HĐKHCN ngày 10 tháng 4 năm 2008 giữa Bộ Tài nguyên và Môi trường và Viện Khoa học Địa

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

-

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU XÁC LẬP TIÊU CHÍ, PHƯƠNG PHÁP VÀ QUY TRÌNH

ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT

ÁP DỤNG THỬ NGIỆM CHO MỘT SỐ KHU VỰC

Chủ nhiệm đề tài: VŨ THỊ MINH NGUYỆT

Cơ quan chủ trì: VIỆN KHOA HỌC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

8154

HÀ NỘI- 2009

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

Tập thể tác giả: TS Vũ Thị Minh Nguyệt, PGS.TS Đoàn Văn Cánh

KS Nguyễn Thị Thanh Thảo, KS Cao Duy Giang

ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT

ÁP DỤNG THỬ NGIỆM CHO MỘT SỐ KHU VỰC

VIỆN KHOA HỌC ĐỊA CHẤT VÀ

Vũ Thị Minh Nguyệt

HÀ NỘI- 2009

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 5

Mục tiêu của đề tài 6

Nội dung chính cần nghiên cứu 6

Phương pháp nghiên cứu 6

Các sản phẩm chủ yếu 6

Địa chỉ ứng dụng 7

Kinh phí và thời gian thực hiện 7

Tổ chức thực hiện 7

Lời cảm ơn 8

PHẦN I Chương 1 10

TỔNG QUAN VỀ TL NDĐ CÓ THỂ KHAI THÁC 10

1.1.Tổng quan về NDĐ và sự cần thiết đánh giá trữ lượng 10

1.2 Khái niệm về TL NDĐ có thể khai thác 12

1.3 Tổng quan về TL NDĐ có thể khai thác trên thế giới 13

1.3.1 Đánh giá TL NDĐ theo quan niệm của Liên Xô (cũ) 14

1.3.2 Đánh giá trữ lượng NDĐ theo quan niệm khác (châu Âu, Úc và Mỹ) 14

1.4 Tổng quan về TL NDĐ có thể khai thác tại Việt Nam 16

Chương 2 18

CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT CÓ THỂ KHAI THÁC CHO CÔNG TRÌNH, TẦNG CHỨA NƯỚC VÀ VÙNG 18

2.1 Các tiêu chí chung 18

2.1.1 Tiêu chí về độ hạ thấp mực nước cho phép 18

2.1.2 Tiêu chí mức độ phức tạp của điều kiện ĐCTV 19

2.1.3 Tiêu chí về nguồn hình thành trữ lượng 19

2.1.4 Tiêu chí về chất lượng nước và tác động môi trường 20

2.1.5 Tiêu chí về hiện trạng khai thác sử dụng nước 20

2.1.6 Tiêu chí về mức độ điều tra tài nguyên nước 20

2.1.7 Tiêu chí về chính sách quản lý tài nguyên nước dưới đất 21

2.1.8 Tiêu chí về quản lý lưu vực 21

2.2 Tiêu chí đánh giá trữ lượng NDĐ có thể khai thác cho công trình và nhóm mỏ22 2.3 Tiêu chí đánh giá trữ lượng NDĐ có thể khai thác cho tầng chứa nước 22

2.4 Tiêu chí đánh giá trữ lượng NDĐ có thể khai thác cho vùng 23

Chương 3 24

SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÙ HỢP ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT CÓ THỂ KHAI THÁC 24

3.1 Phương pháp đánh giá trữ lượng khai thác của công trình 24

3.1.1 Trình tự đánh giá 24

3.1.2 Đánh giá trữ lượng khai thác công trình trong điều kiện ĐCTV ít phức tạp 27

3.1.3 Đánh giá trữ lượng khai thác công trình trong điều kiện ĐCTV phức tạp hoặc rất phức tạp 30

3.2 Phương pháp đánh giá TL NDĐ có thể khai thác cho tầng chứa nước 31

3.2.1 Trình tự đánh giá 31

3.2.2 Phương pháp đánh giá TLNDĐ có thể khai thác cho tầng chứa nước trong điều kiện ĐCTV ít phức tạp 32

3.2.3 Phương pháp đánh giá TLNDĐ có thể khai thác cho tầng chứa nước trong điều kiện ĐCTV phức tạp hoặc rất phức tạp 32

3.3 Phương pháp đánh giá TLNDĐ có thể khai thác khu vực (vùng) 35

3.3.1 Trình tự đánh giá 36

3.3.2 Phương pháp đánh giá 37

3.4 Phương pháp đánh giá TL NDĐ có thể khai thác các dạng mỏ nước 37

3.4 1 Nguyên tắc phân chia các dạng mỏ nước 37

3.4.2 Đánh giá TL NDĐ có thể khai thác nhóm mỏ có điều kiện ĐCTV ít phức tạp 38

3.4.3 Đánh giá TL NDĐ có thể khai thác nhóm mỏ có điều kiện ĐCTV phức tạp

và rất phức tạp 38

Chương 4 40

PHÂN CẤP VÀ XÉT DUYỆT TRỮ LƯỢNG 40

4.1 Tiêu chí phân cấp TL NDĐ 40

4.1.1 Tiêu chí về mức độ thăm dò mỏ 40

4.1.2 Tiêu chí về độ tin cậy của con số trữ lượng 43

4.1.3 Tiêu chí về độ chính xác xác định các nguồn hình thành trữ lượng có thể khai thác 46

4.1.4 Tiêu chí về độ tin cậy xác định chất lượng nước và dự báo biến đổi chất lượng nước 47

4.1 5 Tiêu chí về các chỉ tiêu kinh tế - xã hội - môi trường 47

4.2 Phân cấp TL NDĐ 48

PHẦN II Chương 1 55

ĐÁNH GIÁ TL NDĐ CÓ THỂ KHAI THÁC TRONG CÁC THÀNH TẠO BỞ RỜI 55

1.1 Đặc điểm địa chất, địa mao 55

1.2 Đặc điểm địa chất thủy văn 56

1.3 Hiện trạng khai thác nước dưới đất 59

1.4 Đánh giá TL NDĐ có thể khai thác của tầng chứa nước 60

1.4.1 Cơ sở của phương pháp 60

1.4.2 Kết quả tính toán 60

1.5 Trữ lượng công trình 61

1.5.1.Tính toán thông số địa chất thủy văn 62

1.5.2.Tính trữ lượng khai thác công trình 62

Chương 2 64

ĐÁNH GIÁ TL NDĐ CÓ THỂ KHAI THÁC TRONG CÁC THÀNH TẠO NỨT NẺ - KARST 64

2.1 Đặc điểm địa chất, địa mạo 64

2.2 Đặc điểm địa chất thủy văn 65

2.3 Hiện trạng khai thác nước 66

2.4 Kết quả đánh giá TL NDĐ có thể khai thác 67

2.4.1.Cơ sở của phương pháp 67

2.4.2 Kết quả tính toán trữ lượng tĩnh tự nhiên 68

2.4.3.Kết quả tính toán trữ lượng động tự nhiên 68

Chương 3 70

ĐÁNH GIÁ TL NDĐ CÓ THỂ KHAI THÁC TRONG CÁC THÀNH TẠO ĐÁ CỨNG 70

3.1 Đặc điểm địa chất, địa mạo 70

3.2 Đặc điểm địa chất thủy văn 71

3.3 Hiện trạng khai thác nước 71

3.4 Kết quả đánh giá TL NDĐ có thể khai thác 72

3.4.1 Cơ sở của phương pháp 72

3.4.1.Kết quả tính toán 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

1 Tổng quan về TL NDĐ có thể khai thác 76

2 Các tiêu chí và phương pháp đánh giá TL NDĐ có thể khai thác 77

3 Đánh giá TL NDĐ tại các vùng thử nghiệm 77

4 Phân cấp và xét duyệt trữ lượng 78

5 Một số kiến nghị 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Nước dưới đất là một tài nguyên quý giá từ thiên nhiên, là nguồn cung cấp quan trọng cho ăn uống, sinh hoạt và phát triển kinh tế - xã hội của từng địa phương và của mọi quốc gia Việc đánh giá trữ lượng nước dưới đất (TLNDĐ) có thể khai thác là cần thiết góp phần sử dụng hiệu quả, hợp lý và bảo vệ nguồn tài nguyên quý giá này Tuy nhiên, đánh giá trữ lượng nước dưới đất có thể khai thác là một vấn đề rất phức tạp và

có nhiều quan điểm khác nhau trên thế giới Ngay khái niệm về TLNDĐ có thể khai thác đã rất khác nhau giữa các vùng, miền, địa phương và các quốc gia dẫn đến sự nhầm lẫn, khó phân biết rõ ràng giữa các khái niệm khác nhau đó Phương pháp đánh giá TLNDĐ có thể khai thác lại càng phong phú đa dạng, không thống nhất giữa các quốc gia và thậm chí từng địa phương trong một quốc gia

Trữ lượng nước dưới đất có thể khai thác đơn giản chỉ là lượng nước có trong công trình khai thác có thể sử dụng hoặc khai thác, nhưng việc xác định lượng nước có

là bao nhiêu lại rất phức tạp Trữ lượng NDĐ có thể khai thác được đánh giá ngoài việc dựa trên cở sở khoa học của địa chất thủy văn còn phụ thuộc vào các quy định về chính sách (bảo vệ môi trường) của địa phương và của quốc gia Chính vì vậy, tại cùng một tầng chứa nước trữ lượng nước dưới đất có thể khai thác có thể thay đổi từ giá trị nhỏ nhất đến giá trị lớn nhất

Ở Việt Nam ngay sau khi hòa bình lập lại ở miền Bắc Việt Nam việc tìm kiếm thăm dò nước dưới đất được đẩy mạnh để phục vụ nhu cầu nước phát triển kinh tế xã hội, vấn đề đánh giá trữ lượng là nhiệm vụ trọng tâm Đồng thời với những công tác điều tra đánh giá NDĐ, công tác nghiên cứu địa chất thuỷ văn, nghiên cứu sự hình thành trữ lượng, nghiên cứu các phương pháp đánh giá trữ lượng cũng được đẩy mạnh, đặc biệt sau ngày đất nước hoàn toàn giải phóng Hàng loạt các công trình nghiên cứu

đã đươc công bố dưới dạng sách tham khảo hoặc bài giảng giáo trình Các đề tài luận

án tiến sỹ, luận văn thạc sỹ liên quan đến TLNDĐ trong các vùng khác nhau, trong các thành tạo khác nhau đã được nghiên cứu Mặc dù vậy cho đến nay nhiều vấn đề còn cần được nghiên cứu, làm sáng tỏ và đi đến thống nhất

Nhằm sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên NDĐ, hợp đồng nghiên cứu khoa học và công nghệ số 02-ĐC-08/HĐKHCN ngày 10 tháng 4 năm 2008 giữa Bộ Tài nguyên và Môi trường và Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản về việc thực hiện đề

tài nghiên cứu khoa học và công nghệ “Nghiên cứu xác lập tiêu chí, phương pháp và

quy trình đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất Áp dụng thử nghiệm tại một số khu vực” đã được triển khai

Mục tiêu của đề tài

• Xác lập tiêu chí, phương pháp đánh giá TL NDĐ có thể khai thác của công trình, tầng chứa nước và vùng

• Đề xuất dự thảo quy trình đánh giá TLNDĐ có thể khai thác

Nội dung chính cần nghiên cứu

• Nghiên cứu tổng quan về khái niệm và phương pháp đánh giá TL NDĐ có thể khai thác trên thế giới và Việt Nam

• Đề xuất cơ sở khoa học xác lập các tiêu chí đánh giá TL NDĐ có thể khai thác cho công trình, tầng chứa nước và vùng

• Nghiên cứu đề xuất sử dụng phương pháp phù hợp đánh giá TL NDĐ có thể khai thác cho công trình, tầng chứa nước và vùng

• Áp dụng thử nghiệm tại một số vùng cụ thể

• Xây dựng dự thảo quy trình đánh giá TL NDĐ có thể khai thác

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp nghiên cứu truyền thống: thu thập, phân tích thống kê, tổng hợp tài liệu liên quan đến xác định trữ lượng nước dưới đất có thể khai thác trong nước và trên thế giới Phân tích, đánh giá tổng quan và nghiên cứu cơ

sở khoa học của các phương phương pháp từ đó lựa chọn phương pháp phù hợp đánh giá TLNDĐ có thể khai thác cho tầng chứa nước, công trình và vùng

• Phương pháp chuyên gia Mời các cán bộ khoa học có chuyên môn cao, am hiểu về lĩnh vực đánh giá TLNDĐ có thể khai thác cùng hợp tác tham gia nghiên cứu và lấy ý kiến góp ý để nâng cao chất lượng của đề tài

Các sản phẩm chủ yếu

• Báo cáo thuyết minh kết quả nghiên cứu của đề tài

• Báo cáo áp dụng thử nghiệm tại các khu vực

• Dự thảo quy trình đánh giá TL NDĐ có thể khai thác cho công trình, tầng chứa nước và vùng

Địa chỉ ứng dụng

• Kết quả và sản phẩm của đề tài được chuyển giao cho các cơ quan quản lý Nhà nước về hoạt động Khoa học Công nghệ theo quy định (Bộ Khoa học Công nghệ và Bộ Tài nguyên và Môi trường)

• Chuyển giao cơ quan quản lý Nhà nước về Tài nguyên nước để tiếp tục hoàn thiện và ban hành quy trình đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất

Kinh phí và thời gian thực hiện

Trong đó

Tổng số (triệu đồng)

Công lao động

Nguyên vật liệu, năng lượng

Thiết bị, máy móc

Xây dựng, sửa chữa nhỏ

Cơ quan chủ trì: Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản

Chủ nhiệm đề tài: TS Vũ Thị Minh Nguyệt

Cán bộ tham gia nghiên cứu: (Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản)

KS Nguyễn Thị Thanh Thảo

TS Lê Cảnh Tuân

Cơ quan phối hợp chính:

• Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội: PGS.TS Đoàn Văn Cánh

• Hội Địa chất Thủy văn Việt Nam: TS Đặng Đình Phúc; TS Trần Minh

Lời cảm ơn

Trong quá trình thực hiện, đề tài luôn nhận được sự hợp tác khoa học tích cực, thiện chí của các chuyên gia và cộng tác viên có nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực TLNDĐ Tập thể tác giả cũng đã nhận được sự ủng hộ, động viên khuyến khích của lãnh đạo, các phòng quản lý của Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản, các chuyên viên Vụ Khoa học và Công nghệ, Bộ Tài nguyên và Môi trường, các chuyên viên Cục Quản lý Tài nguyên nước Tập thể tác giả xin cảm ơn chân thành tới quý vị và rất mong nhận được sự góp ý để báo cáo được hoàn thiện hơn

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TL NDĐ CÓ THỂ KHAI THÁC

1.1.Tổng quan về NDĐ và sự cần thiết đánh giá trữ lượng

Theo tính toán của các nhà địa chất Mỹ toàn trái đất có khoảng 1357,5 triệu km3nước, thì chỉ có 3% là nước nhạt (ngọt), phần còn lại (97%) là nước mặn trong các đại dương Trong số 3% tổng nước ngọt trên trái đất thì có tới 77% nằm ở vùng đóng băng vĩnh cửu (các khối băng vùng bắc cực, nam cực), còn lại chỉ 1% nước chứa trong sông, hồ

trên khắp các châu lục và 11% nước dưới đất ở độ sâu từ 800m trở lại có thể khai thác sử dụng được, còn 11% NDĐ ở độ sâu

từ 800m trở xuống không thể khai thác sử dụng trong điều kiện kỹ thuật hiện nay

Thế nhưng, thế giới hiện nay khai thác sử dụng nước dưới đất mạnh mẽ như thế nào? Các nước trên thế giới khai thác

sử dụng nước dưới đất không đồng đều Toàn thế giới hàng năm khai thác khoảng 800 km3(2.191.781.000,0 m3/ngày) từ nước dưới đất Trong đó Châu Phi -35 km3/năm (95.890.411

m3/ngày); Bắc và Trung Mỹ -150 km3/năm (410.959.000); Nam Mỹ - 25 km3/năm; Châu Á

- 500 km3/năm; Châu Âu – 80 km3/năm; Châu Úc và Châu Đại Dương-10 km3/năm

Có 10 nước khai thác nước dưới đất lớn nhất (chiếm 74% trữ lượng nước dưới đất khai thác trên toàn thế giới) là Ấn Độ - 190 km3/năm; Mỹ - 115 km3/năm; Trung Quốc - 97

km3/năm; Pakistan - 55 km3/năm; Iran - 53 km3/năm; Mexico - 25 km3/năm; Arabia Saudi

- 21 km3/năm; Nhật Bản - 13,2 km3/năm; Indonesia - 12,5 km3/năm và Nga -11,6 km3/năm (Jean Margat, 2007)

Nước dưới đất ở Mỹ được khai thác từ các tầng chứa nước trong 6 thành tạo chứa nước cơ bản là thành tạo bở rời, thành tạo cát-bột kết, thành tạo carbonat, thành tạo lục nguyên-carbonat, thành tạo phun trào-biến chất và nước trong các loại thành tạo khác (US Geological Survey)

Tại Nga, việc khai thác sử dụng nước dưới đất được ước tính gần 15 triệu m3/ngày

Ở các thành phố lớn (hơn 100 ngàn dân) tỷ trọng nước dưới đất chỉ chiếm 29%, thậm chí

các thành phố lớn như Matxcova, San Peterburg, Roctop Na Đon, Vladivostok hoàn toàn

sử dụng nước mặt Tỷ trọng sử dụng nước dưới đất ở nông thôn chiếm tới 85%

Nếu lấy chỉ tiêu là tỷ số giữa tổng lượng khai thác với lượng nước dưới đất có thể được tái sinh (renewal) thì sao? Bản đồ do các nhà ĐCTV Hà Lan thuộc tổ chức IAH thành lập năm 2006 gây cho ta những ấn tượng sâu sắc về số liệu đó trên toàn thế giới ( hình 1.1) Chỉ số có giá trị < 20% cho biết lãnh thổ đó còn dư dật nước dưới đất và có thể khai thác bền vững Những nước có chỉ số 100% và lớn hơn nằm ở Trung cận Đông và Bắc Phi, nước dưới đất đang bị cạn kiệt dần Những nước có chỉ số từ 20% đến 100% là những nước mà ở đấy việc khai thác nước dưới đất chỉ có thể bền vững nếu kiểm soát chặt chẽ việc khai thác nước và có kế hoạch bổ sung nhân tạo nước dưới đất Việt Nam nằm trong những nước có chỉ số trung bình

Hình 1.1: Tỷ lệ giữa trữ lượng khai thác với lượng NDĐ Tuy nhiên, những khu vực có tài nguyên nước dưới đất ổn định trên thế giới đang từng ngày thu nhỏ lại Các đề chính ảnh hưởng đến việc sử dụng nước dưới đất bao gồm nước dưới đất cạn kiệt do sử dụng quá mức, do quy hoạch khai thác không đúng và do bị ngập úng, nước dưới đất bị nhiễm mặn do việc khai thác nước chưa hợp lý và việc sử dụng liên tục không có hiệu quả, và nước dưới đất bị ô nhiễm do các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp và các hoạt động khác của con người gây ra

Ở Việt Nam, tiềm năng nước ngầm trong các thành tạo chứa nước chính (thành tạo

bở rời, đá vôi, lục nguyên, bazan…) ước tính khoảng 130,76 triệu m3/ngày, trong đó đồng bằng Nam Bộ: 26,93 triệu m3/ngày, đồng bằng Bắc bộ : 22,49 triệu m3/ngày, Tây Nguyên : 18,49 triệu m3/ngày

Trong khi đó tỷ trọng sử dụng nước dưới đất chưa nhiều Thành phố Hà Nội hàng ngày khai thác gần 850.000 m3, các tỉnh Tây Nguyên 500.000 m3, các vùng nông thôn đồng bằng sông Cửu Long… hoàn toàn từ nước dưới đất Thành phố Hồ Chí Minh trong

số 1,5 triệu m3 nước khai thác hàng ngày thì 50% là từ nước dưới đất Các thành phố khác

và các vùng khác tỷ trọng khai thác nước dưới đất không đáng kể Tổng khai thác sử dụng nước dưới đất ở Việt Nam chưa vượt quá con số 5 triệu m3/ngày

Một trong những chỉ tiêu để đánh giá sự ổn định của nguồn nước là thời hạn phục hồi nguồn nước, nghĩa là thời gian cần thiết để nước vận động từ miền hình thành đến miền phá hủy Đối với dòng chảy trên mặt tính trung bình cho toàn địa cầu, thời gian đó cỡ khoảng 16 ngày đêm, còn đối với dòng ngầm khoảng 1,5 ngàn năm Do giới hạn về phục hồi nguồn nước cho nên phải đặc biệt chú ý đến bảo vệ tầng chứa nước khỏi bị cạn kiệt và

ô nhiễm Từ đây nảy sinh một vấn đề quan trọng nhất của ĐCTV khu vực là đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới dất

1.2 Khái niệm về TL NDĐ có thể khai thác

a) Trữ lượng an toàn và khai thác bền vững

Trữ lượng an toàn (safe yield) là lượng nước có thể khai thác để đạt tới cân bằng và duy trì lâu dài sự cân bằng giữa lượng nước khai thác và lượng cung cấp hàng năm Lượng nước có thể khai thác tại một tầng chứa nước có thể đạt bằng tổng lượng nước cung cấp của tầng chứa nước đó

Cuối thập kỷ 80, khái niệm trữ lượng khai thác bền vững (sustainable yield) bắt đầu được sử dụng nhằm khắc phục những nhược điểm của khái niệm trữ lượng an toàn nhưng không tính đến các tác động môi trường của việc khai thác Trữ lượng khai thác bền vững được xem như là một phần của trữ lượng khai thác an toàn mà khi khai thác không ảnh hưởng tiêu cực đến điều kiện môi trường và kinh tế - xã hội (đảm bảo cho việc khai thác nước được lâu dài hiệu quả, không làm ô nhiễm, cạn kiệt nước dưới đất, không gây tranh chấp nguồn nước, bảo vệ nguồn nước mặt và bảo vệ hệ sinh thái nước dưới đất)

Như vậy trữ lượng NDĐ có thể khai thác (theo khái niệm trữ lượng bền vững) được đánh giá ngoài việc dựa trên cở sở khoa học của địa chất thủy văn còn phụ thuộc vào điều kiện

tự nhiên (khí hậu, thảm thực vật, hệ sinh thái), điều kiện kinh tế- xã hội và các quy định về chính sách (bảo vệ môi trường) của địa phương và của quốc gia Đánh giá trữ lượng NDĐ

có thể khai thác tại rất nhiều nước như Mỹ, Úc và Châu Âu không chỉ đơn thuần là nhiệm

vụ của các nhà địa chất thủy văn nước ngầm mà còn có sự tham gia của các nhà khoa học thuộc các lĩnh vực khác nhau, các nhà quản lý và cả người sử dụng nước dưới đất

b) Trữ lượng động tự nhiên

Lượng cung cấp của tầng chứa nước trong điều kiện chưa bị phá huỷ bởi khai thác Trữ lượng động tự nhiên bằng tổng các yếu tố cân bằng tự nhiên của tầng chứa nước (thấm của nước mưa, thấm từ sông và các khối mặt, thấm xuyên từ các tầng chứa nước lân cận…) Trữ lượng động tự nhiên cũng có thể được xác định bằng lưu lượng của dòng chảy

dưới đất, hoặc bằng tổng lượng thoát của các yếu tố cân bằng nước (lượng bốc hơi, lượng thoát của mạch nước, lượng thấm xuyên vào các tầng chứa nước lân cận, thấm vào sông )

c) Trữ lượng động bổ xung (trữ lượng cuốn theo) là lượng nước chảy vào tầng

chứa nước do tăng sự cung cấp nhờ hoạt động của các công trình khai thác (sự phát sinh hay gia tăng quá trình thấm từ sông, hồ, thấm xuyên từ các tầng chứa nước lân cận, gia tăng lượng cung cấp do thấm)

d) Trữ lượng tĩnh tự nhiên là lượng (thể tích) nước trọng lực tồn tại trong lỗ

hổng, khe nứt, hang hốc karst trong đất đá của tầng chứa nước Trữ lượng tĩnh tự nhiên của nước ngầm còn gồm cả lượng nước trọng lực của đất đá chứa nước trong đới dao động mực nước Phần đó được gọi là "trữ lượng điều tiết"

Trong các lớp chứa nước có áp, trữ lượng tĩnh tự nhiên còn bao gồm cả "trữ lượng đàn hồi" Trữ lượng đàn hồi là thể tích nước có thể lấy ra từ các lớp chứa nước khi hạ thấp mực nước dưới đất do tính đàn hồi của nước và đất đá gây ra

e) Trữ lượng tĩnh nhân tạo là thể tích nước dưới đất trong tầng chứa nước được

hình thành nhờ xây dựng những công trình để cung cấp bổ sung cho đất đá chưa bão hoà nước

Theo quy định về điều tra, đánh giá tài nguyện NDĐ của Bộ TN và MT năm 2007 (13-2007-QĐ-BTNMT) định nghĩa trữ lượng có thể khai thác và trữ lượng khai thác NDĐ của công trình như sau:

g) Trữ lượng khai thác tiềm năng hoặc trữ lượng có thể khai thác của một vùng là

lượng nước có thể khai thác từ các tầng chứa nước và chứa nước yếu trong vùng đó mà không làm suy thoái, cạn kiệt nguồn nước và biến đổi môi trường vượt quá mức cho phép

h) Trữ lượng khai thác NDĐ của công trình là lượng nước có thể khai thác được

từ công trình đó với chế độ khai thác xác định, hợp lý về kinh tế - kỹ thuật, không gây tranh chấp nguồn nước, không tác động xấu tới môi trường; chất lượng nước đáp ứng nhu cầu sử dụng trong suốt thời gian khai thác

1.3 Tổng quan về TL NDĐ có thể khai thác trên thế giới

Để đánh giá trữ lượng NDĐ có thể khai thác của một đơn vị chứa nước (lỗ khoan, tầng chứa nước và vùng) cần xác định được lượng nước cung cấp hay lượng thoát của nước ngầm từ/tới đơn vị chứa nước đó, nghĩa là phải xét đến cân bằng nước Trên cơ sở xác định lượng nước cấp và lượng thoát của nước ngầm, tùy thuộc vào các điều kiện cụ thể (nhu cầu sử dụng nước, điều kiện kinh tế - xã hội, các quy định về chính sách bảo vệ môi trường) từ đó xác định trữ lượng nước có thể khai thác cho một tầng chứa nước theo tỷ lệ (%) với lượng cung cấp Có rất nhiều quan niệm và phương pháp khác nhau xác định

lượng cung cấp và lượng thoát từ tính toán thủy văn đơn giản đến giải các phương trình phức tạp hoặc chạy mô hình số trên máy tính

1.3.1 Đánh giá TL NDĐ theo quan niệm của Liên Xô (cũ)

Theo quan niệm của Liên Xô cũ, đánh giá TLNDĐ có thể khai thác theo các nhóm phương pháp sau:

• Phương pháp thủy động lực

• Phương pháp thủy lực

• Phương pháp cân bằng

• Phương pháp tương tự địa chất thủy văn

Các phương pháp này đã được trình bày rõ ràng trong nhiều tài liệu tham khảo

1.3.2 Đánh giá trữ lượng NDĐ theo quan niệm khác (châu Âu, Úc và Mỹ)

Đánh giá trữ lượng NDĐ có thể khai thác của một đơn vị chứa nước dựa vào việc xác định lượng (trữ lượng) nước cung cấp cho đơn vị chứa nước đó Xác định trữ lượng nước cung cấp cho một đơn vị chứa nước vẫn sử dụng các phương pháp tính toán thủy văn truyền thống Tuy nhiên, trữ lượng NDĐ có thể khai thác được xác định chủ yếu theo khái niệm trữ lượng bền vững và là một giá trị động (thậm chí bằng không) nhưng luôn

nhỏ hơn lượng nước cung cấp

Tuy nhiên, đối với mỗi khu vực hoặc vùng miền khác nhau, phương pháp xác định trữ lượng lại rất khác nhau cả ở mức độ tính toán chi tiết cũng như quan niệm về trữ lượng bền vững NDĐ (bảng 1.1) Phương pháp xác định trữ lượng bền vững cũng khác nhau ngay cả cùng một khu vực hoặc vùng miền (bảng 1.2)

Tại Mỹ (bang Texas), để đánh giá TLNDĐ có thể khai thác người ta sử dụng các nhóm phương pháp sau:

• Trung bình hóa lượng nước cấp tới/cho tầng chứa nước bao gồm các phương pháp: xác định lưu lượng dòng chảy ngầm, lưu lượng dòng chảy của sông suối, phân tích dòng chảy trong mùa kiệt và hệ thống dòng chảy, so sánh lưu lượng bơm hút và xu thế mực nước hạ thấp, hoặc xác định theo phần trăm lượng mưa trung bình hàng năm

• Lượng nước cấp tới tầng chứa nước tương ứng với sự thay đổi lượng nước trữ trong tầng gồm các nghiên cứu về quỹ nước (phân tích các nguồn cấp nước và lưu lượng tương ứng trong mối quan hệ của tầng chứa nước cũng như toàn bộ vùng nghiên cứu)

• Kết hợp hai nhóm phương pháp trên

• Phân tích khả năng cấp nước tối đa của tầng chứa nước Xác định khả năng chứa nước bằng chiều dày bão hòa nhân với năng suất riêng

Bảng 1.1: Ví dụ về các phương pháp khác nhau xác định trữ lượng bền vững

Bang hoặc vùng

miền

Phương pháp xác định trữ lượng bền vững NDĐ

Thủ đô Úc (ACT) Theo phương pháp cân bằng nước

Phía nam Wale

Khu vực phía Nam

(SA)

Trữ lượng bền vững được xác định theo nhu cầu sử dụng nước ngầm, mực nước ngầm, thông tin về nhiễm mặn và các đánh giá về lượng cung cấp cho đơn vị chứa nước Lượng cung cấp cho đơn vị chứa nước được xác định theo lượng cấp từ nước mưa, dòng chảy mặt, các phân tích về giá trị clo và sử dụng các mô hình số

Vùng Tasmania

(TAS)

Theo lượng cấp từ nước mưa và được tính bằng 3% lượng mưa

Victoria (VIC) Theo lượng mưa, dòng chảy mặt, quan hệ giữa các lỗ khoan, sự xâm

thực của nước biển, lượng cấp và lưu lượng của sông suối và các mô hình số

Phía Tây (WA) Dựa vào dòng chảy mặt, phân tích hàm lượng clo, lượng mưa, việc sử

dụng đất cũng như ảnh hưởng của việc sử dụng đất tới lượng nước cung cấp cho đơn vị chứa nước

Bảng 1.2: Các phương pháp xác định trữ lượng bền vững NDĐ tại các hạt quản lý nước Úc (AWRA, 2001)

1.4 Tổng quan về TL NDĐ có thể khai thác tại Việt Nam

Ở Việt Nam ngay sau khi hòa bình lập lại ở miền Bắc Việt Nam việc tìm kiếm thăm

dò nước dưới đất được đẩy mạnh để phục vụ nhu cầu nước phát triển kinh tế xã hội, vấn đề đánh giá trữ lượng là nhiệm vụ trọng tâm Đồng thời với những công tác điều tra đánh giá nước dưới đất, công tác nghiên cứu địa chất thuỷ văn, nghiên cứu sự hình thành trữ lượng, nghiên cứu các phương pháp đánh giá trữ lượng cũng được đẩy mạnh, đặc biệt sau ngày đất nước hoàn toàn giải phóng Hàng loạt các công trình nghiên cứu đã đươc công bố dưới dạng sách tham khảo hoặc bài giảng giáo trình Các đề tài luận án tiến sỹ, luận văn thạc sỹ liên quan đến trữ lượng nước dưới đất trong các vùng khác nhau, trong các thành tạo khác nhau đã được nghiên cứu

Khái niệm về trữ lượng có thể khai thác và trữ lượng khai thác của công trình tại Việt Nam hiện nay chính thức theo quy định 13-2007-QĐ-BTNMT; ngoài ra hiện vẫn đang sử dụng các khái niệm trữ lượng động tự nhiên, trữ lượng tĩnh, trữ lượng an toàn và trữ lượng bền vững (xem chi tiết mục 1.2)

Phương pháp đánh giá TLNDĐ có thể khai thác ở Việt Nam được áp dụng theo các phương pháp đánh giá TL NDĐ truyền thống của ĐCTV Liên Xô (cũ) Cụ thể là sử dụng các nhóm phương pháp như phương pháp thủy động lực, phương pháp thủy lực, phương pháp cân bằng, phương pháp phối hợp và phương pháp tương tự ĐCTV Các công thức tính toán đề cập đến trong từng phương pháp rất cụ thể, trong đó tùy thuộc vào điều kiện ĐCTV của đơn vị chứa nước mà lựa chọn phương pháp, công thức tính toán phù hợp Tuy nhiên do nhu cầu khai thác nước ngầm ngày càng tăng do tốc độ phát triển kinh tế nhanh Hiện trạng nhiễm mặn NDĐ do khai thác và ô nhiễm nguồn nước ngầm do các hoạt động của con người khá rõ rệt Để sử dụng hợp lý và hiệu quả tài nguyên nước dưới đất cần phải nghiên cứu tác động môi trường cũng như tính bền vững môi trường khi khai thác NDĐ, chỉ ra ngưỡng khai thác nước ngầm và đới phòng hộ vệ sinh phòng tránh ô nhiễm

Việc đánh giá TL NDĐ hiện nay đã tập trung cả cho công trình khai thác (lỗ khoan), tầng chứa nước và vùng với mức độ chi tiết khác nhau Mặc dù vậy, cho đến nay chưa có một văn bản chính thức nào của nhà nước quy định cho rõ ràng cơ sở khoa học xác lập tiêu chí và phương pháp phù hợp đánh giá trữ lượng NDĐ, phân cấp trữ lượng NDĐ cụ thể Vì vậy ở đây trong khuôn khổ một báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu cấp Bộ, chúng tôi mạnh dạn đưa ra các tiêu chí đánh giá trữ lượng có thể khai thác nước dưới đất Nội dung các vấn

đề đó sẽ được trình bày trong cụ thể tại chương 2

Chương 2 CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT

CÓ THỂ KHAI THÁC CHO CÔNG TRÌNH, TẦNG CHỨA NƯỚC

VÀ VÙNG

2.1 Các tiêu chí chung

Để đánh giá trữ lượng nước dưới đất có thể khai thác chúng ta có thể dựa vào các tiêu chí sau:

2.1.1 Tiêu chí về độ hạ thấp mực nước cho phép

Khi khai thác tầng chứa nước ngầm (nước không áp) sẽ diễn ra giảm chiều dày, dẫn đến làm giảm độ dẫn nước của tầng chứa nước Để không xảy ra sự xáo trộn mực nước trong đới gần giếng khoan cần phải bảo đảm độ dẫn nước không nhỏ hơn 30 - 50% giá trị

độ dẫn ban đầu

Trong giếng khoan luôn luôn cần cột nước để máy bơm hoạt động Cột nước ấy không nhỏ hơn chiều dài máy bơm (thường cột nước trong giếng khoan không nhỏ hơn 3 - 10m)

Độ hạ thấp mực nước khai thác cho phép đến mức nào đấy để không gây những tác động tiêu cực đến môi trường, như lún mặt đất, gây xâm nhập mặn hoặc xâm nhập chất bẩn từ tầng chứa nước bên cạnh, tầng chứa nước phân bố phía trên, phía dưới đến tầng chứa nước khai thác

Do vậy, trong thực tế khi xác định trị số hạ thấp mực nước cho phép (trị số hạ thấp tới hạn) cần dựa vào các tiêu chí sau:

• Đặc điểm tầng chứa nước có lỗ khoan đang khai thác: có áp hay không có áp

• Điều kiện kinh tế - kỹ thuật khi khai thác

• Mức độ tương tác của lỗ khoan đang khai thác với các lỗ khoan xung quanh và các ảnh hưởng tiêu cực (không mong muốn) có thể xảy ra như nhiễm mặn, nhiễm bẩn, sụn đất…

• Cột nước còn lại (chiều dài ống lọc còn lại) đủ đảm bảo cho máy bơm hoạt động bình thường với công suất thiết kế

Trên cơ sở đó trị số hạ thấp cho phép (Scp) được xác định như sau:

Đối với công trình khai thác trong tầng chứa nước không áp : trị số hạ thấp

mực nước cho phép được xác định làm sao giá trị dẫn nước còn lại không nhỏ hơn (0,3 – 0,5) giá trị dẫn nước ban đầu, có tính đến chiều sâu ngập của máy bơm

Scp ≈ (0, 5- 0,7) m - ∆hH - ∆hφ

Trong đó : m - chiều dày tầng chứa nước

: ∆hH - chiều sâu ngập máy

: ∆hφ- tổn thất do lực cản của ống lọc và đất đá của đới gần lỗ khoan

Đối với công trình khai thác trong tầng chứa nước có áp, trị số hạ thấp mực

nước cho phép tốt nhất không làm thay đổi dộ dẫn nước, nghĩa là lấy đến hết chiều cao cột nước áp lực tính từ mái tầng chứa nước (Scp = ∆h) và tối đa có thể lấy đến :

Scp ≈ (0,5- 0,7) m +∆h

Trong đó : ∆h - chiều cao cột nước kể từ mực nước tĩnh đến mái tầng chứa nước

: m - chiều dày tầng chứa nước có áp

2.1.2 Tiêu chí mức độ phức tạp của điều kiện ĐCTV

Đây là một trong những tiêu chí quan trọng khi đánh giá trữ lượng khai thác NDĐ,

nó quyết định việc lựa chọn phương pháp đánh giá trữ lượng cũng như việc thiết kế khối lượng công tác điều tra-đánh giá trữ lượng Mức độ phức tạp của điều kiện ĐCTV được xác định theo mức độ đồng nhất hay không đồng nhất về tính thấm của đơn vị chứa nước ;

cụ thể là dựa vào các chỉ tiêu về thành phần thạch học, tỷ lưu lượng và sự biến thiên hệ số dẫn nước Trên cơ sở đó mức độ phức tạp của điều kiện ĐCVT được chia làm 3 cấp độ như sau: 1) ít phức tạp; 2) phức tạp; 3) rất phức tạp

2.1.3 Tiêu chí về nguồn hình thành trữ lượng

Đây cũng là một trong những tiêu chí quan trọng khi đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất Việc xác định các nguồn hình thành trữ lượng khai thác NDĐ nhằm mục đích:

• Hiểu biết một cách đúng đắn về điều kiện ĐCTV, cho phép tránh được những sai sót có tính logic khi lựa chọn công thức, sơ đồ tính toán

• Định hướng công tác thăm dò đối với từng mỏ nước cụ thể

• Định hướng tính toán chất lượng nước

• Đánh giá tác động môi trường sinh thái do khai thác nước

Các bước xác định điều kiện hình thành trữ lượng và sơ đồ hình thành trữ lượng NDĐ của công trình, tầng chứa nước và vùng bao gồm:

• Phân tích, xác định đặc điểm cấu trúc địa chất, thành phần thạch học, đất đá vùng nghiên cứu

• Chiều dày, sự phân bố các lớp chứa nước và lớp cách nước

• Xác định nguồn hình thành trữ lượng NDĐ

• Xác định các thông số ĐCTV

• Xác định quy luật thay đổi chất lượng của NDĐ

• Các điều kiện thủy văn và khả năng thay đổi chế độ thủy văn do khai thác NDĐ

2.1.4 Tiêu chí về chất lượng nước và tác động môi trường

Trong quá trình khai thác nước dưới đất có thể gây ra những tác động như sau:

• Phá hủy bề mặt đất (gây lún mặt đất, hình thành các hố sụt, phá hủy thảm thực vật do thiếu nước…)

• Phá hủy chế độ ẩm của lớp bề mặt vỏ trái đất (tháo khô lớp thổ nhưỡng, gây xâm thực, bão bụi…)

• Phá hủy cân bằng nước lãnh thổ, đặc biệt trong vùng khai thác nước mạnh (làm suy giảm hoặc cạn kiệt dòng mặt, tháo khô hồ, đầm lầy…)

Như vậy, đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất cần phải thỏa mãn 3 vấn đề:

• Xác lập được mối quan hệ giữa lưu lượng khai thác và hạ thấp mực nước trong công trình

• Xác lập được xu hướng biến đổi chất lượng nước trong thời gian tính toán

• Xác lập được sự thay đổi có thể giữa công trình khai thác và môi trường xung quanh trong quá trình khai thác

2.1.5 Tiêu chí về hiện trạng khai thác sử dụng nước

Việc định lượng TL NDĐ có thể khai thác cho một vùng còn phụ thuộc vào hiện trạng khai thác sử dụng nước Đánh giá hiện trạng khai thác sử dụng nước (theo quy định 13-2007-QĐ-BTNMT) bao gồm:

• Vị trí, lưu lượng, chế độ khai thác và biến đổi của lưu lượng khi khai thác

• Mục đính khai thác, sử dụng nước của từng công trình và tổng lượng nước đang khai thác trong phạm vị từng dự án

2.1.6 Tiêu chí về mức độ điều tra tài nguyên nước

Tùy thuộc vào mục đích, yêu cầu cấp độ chính xác của con số trữ lượng mà tiến hành công tác điều tra tài nguyên nước theo từng giai đoạn khác nhau, tránh lãng phí khi tiến hành công tác tìm kiếm, thăm dò quá mức cần thiết hoặc không đầy đủ Kết quả điều tra đánh giá ở mỗi giai đoạn được phân tích đánh giá để thiết kế cho giai đoạn sau Trình tự giai đoạn điều tra tài nguyên nước như sau: 1) tìm kiếm; 2) thăm dò sơ bộ; 3) thăm dò tỉ mỉ; 4) thăm dò khai thác (thăm dò bổ sung) Tên gọi giai đoạn điều tra, số lượng giai đoạn

có thể được xem xét trong từng trường hợp cụ thể, tuy nhiên tiêu chí giai đoạn là không thay đổi

2.1.7 Tiêu chí về chính sách quản lý tài nguyên nước dưới đất

Việc định lượng TL NDĐ có thể khai thác của công trình còn phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng nước, định hướng phát triển kinh tế - xã hội và đặc biệt phụ thuộc vào chính sách quản lý tài nguyên nước dưới đất của vùng, miền và quốc gia

2.1.8 Tiêu chí về quản lý lưu vực

Trong các lưu vực, để phát triển toàn diện nguồn nước thì sử dụng luân phiên nguồn nước là cách sủ dụng nước tối ưu và có lợi nhất Nó bao gồm cả sử dụng nguồn nước mặt

và nước ngầm nhằm đáp ứng yêu cầu, trong một chừng mực nào đó, nhờ vậy các nguồn nước sẽ được bảo toàn Sự khác nhau cơ bản giữa việc mở rộng thường xuyên nguồn nước mặt hay nguồn nước ngầm với việc kết hợp mở rộng và sử dụng luân phiên cả hai nguồn này là ở chỗ: những lưu lượng bền vững riêng rẽ sẽ được thay thế bằng lưu lượng chung rộng lớn hơn và kinh tế hơn Cơ sở để đảm bảo cho việc sử dụng luân phiên cả hai nguồn này là ở chỗ: những lưu lượng bền vững riêng rẽ sẽ được thay thế bằng lưu lượng chung rộng lớn hơn và kinh tế hơn Cơ sở để đảm bảo cho việc sử dụng luân phiên nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm là dựa vào các hồ chứa nước mặt, nơi tập chung nước từ các sông suối để sau đó nước sẽ được chuyển với lưu lượng tối đa vào các kho chứa ngầm Vào những năm lượng mưa đạt dưới trung bình thì lượng nước trữ trong các hồ chứa là nguồn cung cấp chính do yêu cầu nước hàng năm, khi đó nước ngầm được giữ lại chỉ phục

vụ cho vòng tuần hoàn của kho nước ngầm mà thôi

Trong giai đoạn mà lượng nước mưa dưới trung bình hàng năm thì nước mặt được tận dụng trong phạm vi lớn nhất có thể và đó là nguồn bổ sung nhân tạo để cung cấp thêm vào kho chứa nước ngầm cũng như làm tăng mực nước ngầm Ngược lại, vào mùa hạn hán khi nguồn nước mặt bị hạn chế thì nó lại được bổ sung bởi nguồn nước ngầm từ các giếng khoan và làm cho mực nước ngầm lại hạ thấp xuống Tính khả thi để sử dụng luân phiên nguồn nước phụ thuộc vào sự hoạt động của lưu vực nước ngầm nhiều hơn là vào sự dao động của mực nước ngầm, nghĩa là cần có thể tích đủ lớn chứa nước khi có bổ sung để có thể hút khi cần thiết

Quản lý nước ngầm bằng cách sử dụng luân phiên nguồn nước đòi hỏi có các điều kiện tự nhiên thuận lợi cho việc phân bổ nước, bổ sung nhân tạo nguồn nước và hút nước

Nó đòi hỏi có kế hoạch cẩn thận, chính xác để sử dụng hiệu quả các nguồn nước mặt và nước ngầm Ngoài ra cần phải luôn ghi lại lưu lượng nước hút lên và lượng nước bổ sung vào lưu vực, thường xuyên cập nhật thông tin về mực nước ngầm và chất lượng nước

Để nghiên cứu sử dụng luân phiên nguồn nước cần thu thập đủ các dữ liệu về nguồn nước mặt và nước ngầm, các điều kiện địa chất, các dữ liệu về hệ thống phân bổ nước và

sử dụng nước, các tài liệu về tiêu thoát nước thải

Tổng lượng nước cung cấp có thể được tăng lên nếu xác định đúng đặc điểm, khả năng của các nguồn nước mặt và nước ngầm Các yêu cầu cơ bản về lưu vực nước ngầm để

có thể quản lý tối ưu nguồn nước gồm có:

• Khả năng chứa nước của các khối nước mặt và các tầng chứa nước ngầm cần phải kết hợp với nhau để đạt được tính sử dụng kinh tế nhất của nguồn nước tại chỗ và có được lưu lượng tối ưu đảm bảo cho khả năng bảo tồn nguồn nước

• Hệ thống phân phối nước mặt cần phải kết hợp được với các đặc tính truyền dẫn của lưu vực nước ngầm nhằm tạo ra giá rẻ nhất cho hệ thống phân phối

• Các cơ quan điều hành phải có đầy đủ quyền lực trong việc quản lý các nguồn nước mặt, các nguồn cấp bổ sung cho nước ngầm, các hệ thống phân phối nước mặt và khai thác nước ngầm

2.2 Tiêu chí đánh giá trữ lượng NDĐ có thể khai thác cho công trình và nhóm mỏ

Đánh giá trữ lượng NDĐ có thể khai thác cho công trình và nhóm mỏ dựa vào các tiêu chí sau:

• Độ hạ thấp mực nước cho phép

• Mức độ phức tạp của điều kiện địa chất thủy văn

• Chất lượng nước và tác động môi trường

• Nguồn hình thành trữ lượng

• Mức độ điều tra tài nguyên nước

2.3 Tiêu chí đánh giá trữ lượng NDĐ có thể khai thác cho tầng chứa nước

Đánh giá trữ lượng NDĐ cho tầng chứa nước dựa vào các tiêu chí sau:

• Mức độ phức tạp của điều kiện địa chất thủy văn

• Nguồn hình thành trữ lượng

• Hiện trạng khai thác sử dụng nước

• Chất lượng nước và tác động môi trường

• Chính sách quản lý tài nguyên nước

2.4 Tiêu chí đánh giá trữ lượng NDĐ có thể khai thác cho vùng

Đánh giá trữ lượng NDĐ có thể khai thác cho vùng dựa vào các tiêu chí sau:

• Độ hạng thấp mực nước cho phép

• Mức độ phức tạp của điều kiện địa chất thủy văn

• Hiện trạng khai thác sử dụng nước

• Nguồn hình thành trữ lượng

• Chất lượng nước và tác động môi trường

• Mức độ điều tra tài nguyên nước

• Chính sách quản lý lưu vực và quản lý tài nguyên nước

Chương 3

SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÙ HỢP ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG

NƯỚC DƯỚI ĐẤT CÓ THỂ KHAI THÁC

3 1 Phương pháp đánh giá trữ lượng khai thác của công trình

3.1.1 Trình tự đánh giá

Khi đánh giá trữ lượng khai thác của công trình (gồm một lỗ khoan đơn hoặc một số

lỗ khoan) cần phân tích đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn, thủy văn để xác định điều kiện hình thành trữ lượng và sơ đồ tính toán trữ lượng

• Phân tích, xác định đặc điểm cấu trúc địa chất, thành phần thạch học của đất đá vùng nghiên cứu… từ đó xác định điều kiện biên

• Đặc điểm của từng tầng chứa nước như chiều dày, sự phân bố các lớp chứa nước

và lớp cách nước, giá trị các thông số thấm và thông số chứa, giá trị áp lực…

• Xác định nguồn trữ lượng có thể được hình thành trong qua trình khai thác, các nguồn chủ yếu, nguồn bổ sung, nguồn biết chắc chắn, nguồn trữ lượng chưa biết

rõ hoặc không chắc chắn…

• Xác định chất lượng nước và quy luật thay đổi chất lượng nước theo thời gian và không gian

• Các điều kiện thủy văn và khả năng thay đổi chế độ thủy văn do khai thác NDĐ

Trên cơ sở đó, tùy thuộc vào điều kiện ĐCTV của công trình khai thác và mức độ nghiên cứu, thông tin điều tra thu thập được mà sử dụng/lựa chọn các phương pháp khác nhau để xác định mực nước hạ thấp cho phép và sự sự thay đổi về chất lượng nước (nếu có) cũng như các tác động tiêu cực đến môi trường có thể xảy ra trong quá trình khai thác

3.1.2 Phân nhóm mỏ nước dưới đất theo mức độ phức tạp về điều kiện địa chất thủy văn

Mỏ nước dưới đất là phần diện tích phân bố của các tầng hay phức hệ chứa nước mà trong phạm vi đó do ảnh hưởng của các phân tố tự nhiên hoặc nhân tạo có điều kiện thuận lợi hơn so với vùng xung quanh để khai thác nước dưới đất với số lượng đủ sử dụng một cách hợp lý trong nền kinh tế quốc dân Phần mỏ mà ở đấy tiến hành khai thác nước dưới đất được gọi là khu khai thác hay khu công trình khai thác

Tuỳ thuộc vào mức độ phức tạp về điều kiện địa chất thuỷ văn có chú ý đến những vấn đề đã nêu ở trên, có thể chia các mỏ nước dưới đất ra làm ba nhóm

Mức độ phức tạp về điều kiện địa chất thủy văn được xác định tùy thuộc sự đồng nhất hay không đồng nhất của tầng chứa nước Mức độ đồng nhất hay không đồng nhất của

tầng chứa nước có thể được xác định dựa vào các chỉ tiêu về thành phần thạch học, về tỷ lưu lượng, dựa vào sự biến thiên hệ số dẫn nước

Phân loại đât đá theo mức độ không đồng nhất về tính thấm được trình bày trong bảng 2.1 Phân loại không đồng nhất theo tỷ lưu lượng lỗ khoan có thể theo chỉ dẫn sau Tầng chứa nước đồng nhất qui ước khi các lỗ khoan có tỉ lưu lượng cực đạt và cực tiểu khác biệt nhau không quá 5 lần Tầng không đồng nhất – 5 đến 10 lần và rất không đồng nhất – lớn hơn 10 lần

Tầng chứa nước đồng nhất thường là cát, cát cuội và đá nứt nẻ đồng đều với thế nằm

ổn định ; không đồng nhất - đá nứt nẻ không đồng đều, trong nhiều trường hợp là trầm tích sỏi – cuội – tảng với vật liệu lấp nhét có thành phần khác nhau ; rất không đồng nhất - đất

đá nứt nẻ và cactơ hoá rất không đồng đều

Bảng 2.1 Phân loại đất đá theo mức độ không đồng nhất về tính thấm

Mức độ không đồng

nhất về tính thấm

Độ lệch toàn phương trung bình logarit hệ số dẫn nước, δ, 1gkm

> 0,4

40

40 – 90

> 90

Trên cơ sở đó tất cả các mỏ nước dưới đất được phân làm 3 nhóm như sau :

Nhóm I : Nhóm mỏ có điều kiện địa chất thuỷ văn ít phức tạp

Nước tàng trữ trong các kolectơ có thể nằm ổn định, chiều dầy không đổi, đất đá đồng nhất (trầm tích bở rời và đất đá nứt nẻ đồng đều) Các nguồn chính hình thành trữ lượng khai thác nước dưới đất có thể được nghiên cứu chính xác trong quá trình thăm dò, cũng như có thể dự đoán một cách có căn cứ thay đổi chất lượng của nước trong quá trình khai thác

Những mỏ đặc trưng cho nhóm I là mỏ trong các thung lũng sông với nguồn cung cấp là nước mặt hoặc trữ lượng tĩnh tự nhiên của nước dưới đất ; mỏ trong các bồn actêzi thuộc các vỉa đông nhất ; mỏ trong các thung lũng giữa núi ; mỏ trong các khối cát hoang mạc và bán hoang mạc khi ranh giới giữa các đới nước nhạt có hình dạng đơn giản

Đặc trung cho nhóm mỏ này ở Việt Nam có thể gồm mỏ nước dưới đất trong các thành tạo bở rời đệ tứ thuộc đồng bằng sông Hồng

Nhóm II : Những mỏ có điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp

Nước tồn tại trong các kolectơ có thể nằm tương đối ổn định, chiều dày biến đổi hoặc không đồng nhất về tính thấm (nứt nẻ và cactơ hoá không đồng đều) Một phần

nguồn hình thành trữ lượng khai thác có thể được nghiên cứu chính xác trong quá trình thăm dò, còn một phần được xác định một cách áng chừng Sự thay đổi chất lượng của nước có thể xảy ra trong quá trình khai thác được xác định gần đúng bằng tính toán

Những mỏ đặc trưng cho nhóm II là mỏ trong các thung lũng sông trong điều kiện trữ lượng được phục hồi có định kỳ ; mỏ trong các thung lũng sông chôn vùi ; mỏ trong các bồn actêzi với đất đá có thính thấm không đồng nhất và rất không đồng nhất ; mỏ trong các cấu trúc nhỏ hoặc trong các khối đá nứt nẻ và nứt nẻ cactơ có quan hệ thuỷ lực với sông ; mỏ trong các khối cát vùng hoang mạc và bán hoang mạc, cồn cát ven biển với điều kiện thuỷ hoá phức tạp

Những mỏ nước dưới đất thuộc trầm tích Đệ tứ - Neogen đồng bằng sông Cửu Long, Thung lũng sông Lô ở Tuyên quang, mỏ nước dưới đất trong các thành tạo bazan có thể xếp vào nhóm mỏ này

Nhóm III : Những mỏ có điều kiện địa chất thuỷ văn rất phức tạp

Nước tồn tại trong các kolectơ rất không đồng nhất về tính thấm (nứt nẻ hoặc cactơ hóa không đồng đều) có diện phân bố cục bộ, hoặc trong những vỉa có chiều dày thay đổi

và bị làm phức tạp thêm bởi các đới phá huỷ kiến tạo Các nguồn hình thành trữ lượng khai thác có thể xác định gần đúng trong quá trình thăm dò, còn sự thay đổi chất lượng của nước có thể xảy ra được xác định sơ bộ

Những mỏ đặc trưng cho nhóm III là mỏ nước khe nứt – cactơ và khe nứt – mạch không có quan hệ thuỷ lực với sông; trong phần rìa của bồn actêzi kiểu miền nền; mỏ trong những vỉa có tính thấm rất không đồng nhất và nguồn hình thành trữ lượng biểu hiện không rõ ràng

Thuộc nhó mỏ này ở Việt Nam có thể kể đến các mỏ nước trong các thành tạo cacbonat nưt nẻ-karst ở Thái Nguyên, Lạng Sơn, Tuyên Quang, Tam Điệp, Bỉm Sơn, trong các đới phá huỷ kiến tạo ở các vùng trung du Bắc Bộ, trong các thấu kính chứa nước nhạt ven biển Hải Phòng, Nam Định, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Trị

Những thí dụ đã nêu không loại trừ trường hợp nhiều mỏ cùng một kiểu, song tùy thuộc vào điều kiện địa chất thuỷ văn cụ thể, có thể xếp vào các nhóm này hay nhóm khác

về mức độ phức tạp Khi đó, tiêu chuẩn chính để xếp mỏ vào nhóm này hay nhóm khác là

độ chính xác của việc xác định các nguồn hình thành trữ lượng khai thác (điều kiện biên của các tầng chứa nước trên bình đồ và trên mặt cắt)

3.1.2 Đánh giá trữ lượng khai thác công trình trong điều kiện ĐCTV ít phức tạp

Các công trình khai thác NDĐ trong các thành tạo đất đá bở rời (là cuội, sỏi, sạn, cát, sét với kích thước khác nhau từ hạt mịn đến hạt thô) có tính thấm và tính chứa nước tương đối đồng nhất Nguồn hình thành trữ lượng khai thác NDĐ tại đây có thể được nghiên cứu chính xác trong quá trình điều tra cũng như có thể dự đoán chính xác sự thay đổi chất lượng nước trong quá trình khai thác Việc đánh giá trữ lượng công trình khai thác

trong trường hợp này thường sử dụng phương pháp thủy động lực với trình tự tiến hành

như sau:

1) Xác định đặc điểm địa chất thủy văn, xác định điều kiện biên (các tài liệu, báo cáo của giai đoạn trước nếu có) hiện trạng khai thác tại vùng, đối với vùng có tầng chứa nước nhiễm mặn thì cần xác định ranh giới mặn nhạt và tiến hành tính toán thời gian nhiễm mặn của tầng chứa nước với lưu lượng dự kiến khai thác trong thời gian 27 năm

Đối với các vùng đặc điểm địa chất thủy văn cũng như điều kiện biên chưa được sáng tỏ cần tiến hành xác định bằng các lỗ khoan thăm dò nhằm xác định đặc điểm, hình thái của tầng chứa nước (bề dày, mực nước tĩnh, điều kiện biên, tầng có áp hay không áp)

và tiến hành các công tác hút nước thí nghiệm (hút chùm) nhằm xác định thông số địa chất thủy văn của đối tượng khai thác Việc lấy mẫu xác định chất lượng nước cũng cần tiến hành đồng thời với công tác hút nước thí nghiệm

2) Thành lập sơ đồ địa chất thủy văn tự nhiên

3) Thành lập sơ đồ tính toán đánh giá trữ lượng khai thác, ví dụ sơ đồ hóa các lỗ khoan trong công trình (vị trí, khoảng cách giữa các lỗ khoan dự kiến khai thác) và các lỗ khoan đang khai thác nằm trong vùng bán kính ảnh hưởng

4) Chọn phương pháp tính (giải tích hay mô hình) và tiến hành tính toán công trình lấy nước bao gồm:

lý Còn nếu trị số hạ thấp mực nước tính toán vượt quá trị số hạ thấp mực nước tính

toán thì cần tiến hành hiệu chỉnh (giảm lưu lượng hoặc giảm khoảng cách giữa các

lỗ khoan)

5) Tính toán thời gian dịch chuyển của các loại nước không đạt tiêu chuẩn (nếu có) đến công trình lấy nước tương ứng với lưu lượng khai thác dự kiến

6) Điều chỉnh lưu lượng khai thác và sơ đồ khai thác hợp lý đảm bảo các yêu cầu/tiêu chí

về đánh giá trữ lượng công trình

7) Quyết định lưu lượng có thể khai thác

Phương pháp mô hình số: là một phần của phương pháp thủy động lực, thường

được sử dụng trong trường hợp có sơ đồ tính toán phức tạp hơn, nguồn hình thành trữ lượng thay đổi theo thời gian Sử dụng phương pháp mô hình có thể dự báo trữ lượng NDĐ cho công trình cũng như tính cân bằng cho khu vực

Bản chất của phương pháp mô hình là giải phương trình vi phân cân bằng nước bằng phương pháp sai phân hữu hạn Với phương pháp sai phân hữu hạn thay vì tìm lời giải cho hàm liên tục, người ta chia nhỏ không gian, thời gian thành nhiều ô, mỗi ô không gian và thời gian được coi là đồng nhất, nghĩa là ở đó tất cả các giá trị tham gia vào phương trình là không đổi và xấp xỉ các giá trị thực tế Các bước chính khi sử dụng mô hình như sau:

1 Xác định mục đích của bài toán Trên cơ sở mục đích này sẽ xác định được phương trình cơ bản cuả bài toán nghiên cứu và từ đó đưa ra chương trình hay phần mềm thích hợp sẽ được lựa chọn

2 Xây dựng mô hình hệ thống Xác định các tầng chứa nước và biên của chúng Các

số liệu cần thiết bao gồm các thông tin về cân bằng nước, các số liệu cần thiết về giá trị thông số của tầng chứa nước và các đặc điểm địa chất thủy văn (cột nước, lưu lượng) tại các biên và một số vị trí trong vùng nghiên cứu Trong giai đoạn này có thể tiến hành các khảo sát thực địa, sẽ giúp cho người làm mô hình hiểu biết thực tế

và giúp cho việc đưa ra các quyết định trong quá trình chạy mô hình

3 Lựa chọn phương trình cơ bản và chương trình máy tính Chương trình máy tính gồm các thuật toán để giải phương trình cơ bản bằng phương pháp số Cả phương trình cơ bản và chương trình máy tính cần được kiểm tra Việc kiểm tra phương trình cơ bản thể hiện rằng phương trình này mô tả một cách chính xác các quá trình vật lý xảy ra trong môi trường lỗ hỗng Nó có thể thiết lập độ tin cậy của phương trình cơ bản bằng việc so sánh với các kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm

và cuối cùng là các kết quả lý thuyết phải được so sánh với các số liệu hiện trường

Vì vậy, kiểm tra phương trình cơ bản có thể được thực hiện bằng việc áp dụng một

mô hình với một hoặc nhiều nghiệm giải tích hoặc với các lời giải số khác Kiểm tra chương trình đảm bảo rằng chương trình máy tính giải chính xác các phương trình trong mô hình toán

4 Thiết kế mô hình Thiết kế mô hình là việc đơn giản hoá bài toán thực tế bằng cách tạo ra một khuôn hình phù hợp để mô phỏng bài toán Bước này bao gồm thiết kế ô lưới, lựa chọn bước thời gian và xác định các điều kiện biên và điều kiện ban đầu và lựa chọn sơ bộ các giá trị của thông số tầng chứa nước và đại lượng các thông số khác

5 Hiệu chỉnh (hay kiểm định) mô hình Mục đích của bước này là xác định xem mô hình có thể tái tạo được lưu lượng và cột nước thực hay không.Trong quá trình chạy bài toán hiệu chỉnh, giá trị của thông số tầng chứa nước và các đại lượng khác được xác định sao cho có thể xấp xỉ với lưu lượng và cột nước thực đo Hiệu chỉnh mô hình được tiến hành bằng việc dò tìm thông số theo phương pháp thử dần hoặc chương trình tìm thông số tự động Hiệu chỉnh mô hình thường được tiến hành bằng cách thực hiện bài toán ngược ổn định và không ổn định

6 Phân tích độ nhậy của bài toán hiệu chỉnh Việc hiệu chỉnh mô hình bị ảnh hưởng bởi tính không chắc chắn do không thể xác định được sự phân bố theo không gian (và thời gian) của các thông số cũng như trong việc xác định chính xác các điều kiện biên và các đại lượng khác trong vùng nghiên cứu Vì vậy, sự phân tích về độ nhậy được thực hiện để xem xét ảnh hưởng của tính không chắc chắn đối với việc hiệu chỉnh mô hình

7 Xác nhận mô hình Mục đích của việc xác nhận mô hình là tạo nên độ tin cậy thêm cho mô hình bằng việc tái tạo lại số liệu thực đo (cột nước) khác bằng việc sử dụng các giá trị thông số và đại lượng khác đã được hiệu chỉnh ở bước 6

8 Dự báo Xác định sự thay đổi của hệ thống khi có các điều kiện hoặc các sự kiện thay đổi trong tương lai Mô hình chạy với giá trị các thông số và các đại lượng khác đã được kiểm định, trừ những đại lượng sẽ thay đổi trong tương lai Tính không chắc chắn trong mô phỏng dự báo là do tính không chắc chắn của mô hình

đã được hiệu chỉnh và do không thể xác định được một cách chính xác độ lớn và diễn biến của các đại lượng khác (chẳng hạn như lượng bổ cập) trong tương lai

9 Phân tích độ nhậy dự báo được tiến hành để xác định ảnh hưởng của tính không chắc chắn các giá trị của thông số trong dự báo Để kiểm tra sự ảnh hưởng của các khoảng sai số của các đại lượng thuỷ văn tương lai đến kết quả dự báo của mô hình

10 Biểu diễn kết quả mô hình Việc biểu diễn rõ ràng sơ đồ mô hình và các biểu đồ về

11 Hậu đánh giá mô hình Hậu đánh giá mô hình được thực hiện sau một vài năm kể từ khi nghiên cứu mô hình hoàn thành Các số liệu hiện trường mới sẽ được thu thập

để xác định xem dự báo của mô hình có đúng không Nếu dự báo là chính xác, mô hình được đánh giá là áp dụng tốt cho vùng cụ thể đó Do mỗi vùng có các đặc thù riêng, mô hình cần phải được đánh giá cho từng vùng cụ thể Hậu đánh giá mô hình cần phải tiến hành sau thời gian đủ dài kể từ khi dự báo được thực hiện để đảm bảo rằng có đủ thời gian để các thay đổi đáng kể có thể xảy ra

12 Thiết kế lại mô hình Thông thường hậu đánh giá mô hình sẽ cho chúng ta một sự hiểu biết sâu sắc hơn về hoạt động của hệ thống Từ đó, có thể dẫn đến các thay đổi cho phù hợp hơn về mô hình hệ thống hay về giá trị của các thông số của mô hình Trong thực tế khi sử dụng mô hình, không phải tất cả các bước nêu trên cũng phải thực hiện Nhưng tất cả nghiên cứu mô hình đều cần phải tiến hành ít nhất tới bước 6 ví dụ như cho các nghiên cứu tổng quan hệ thổng và nghiên cứu mô phỏng Trong trường hợp không có bộ số liệu thứ hai thì sẽ không có bước xác nhận mô hình (bước 7) Hậu đánh giá

mô hình (bước 11) không được xem là một phần thông thường của qui trình nghiên cứu

mô hình, nhưng các kết quả có được từ một vài hậu đánh giá cho thấy rõ ràng là bước này cần phải là một phần trong qui trình nghiên cứu mô hình

3.1.3 Đánh giá trữ lượng khai thác công trình trong điều kiện ĐCTV phức tạp hoặc rất phức tạp

Đối với công trình khai thác gồm một lỗ khoan đơn hoặc nhóm số lỗ khoan tương tác với nhau trong điều kiện ĐCTV phức tạp hoặc rất phức tạp, không xác định được nguồn hình thành trữ lượng khai thác, việc đánh giá TL NDĐ có thể khai thác của công trình trong trường hợp này thường sử dụng phương pháp thủy lực và được tiến hành như sau:

1 Phân tích điều kiện tự nhiên, xác định điều kiện ĐCTV

2 Thành lập sơ đồ tính toán đánh giá trữ lượng

3 Tính toán đánh giá trữ lượng khai thác bao gồm:

• đánh giá trị số hạ thấp mực nước trong lỗ khoan tương ứng với lưu lượng khai thác (dự kiến) dựa vào đường cong lưu lượng xác lập theo tài liệu thí nghiệm hút nước ổn định

• xác định trị số hạ thấp mực nước bổ sung khi lỗ khoan làm viêc với lưu lượng dự kiến khai thác từ cuối thời gian thí nghiệm đến cuối thời gian khai thác

• xác định trị số hao hụt mực nước trong các lỗ khoan can nhiễu (nếu có)

4 Điều chỉnh lưu lượng khai thác và sơ đồ khai thác hợp lý So sánh kết quả trị số hạ thấp mực nước tính toán với trị số hạ thấp mực nước cho phép Nếu trị số hạ thấp mực nước tính toán không vượt quá trị số hạ thấp mực nước cho phép khi đó trữ lượng khai thác dự kiến là đảm bảo Trường hợp trị số hạ thấp mực nước tính toán vượt quá trị số hạ thấp mực nước cho phép không đảm bảo khi đó cần điều chỉnh lưu lượng dự kiến khai thác và khoảng cách giữa các lỗ khoan

3.2 Phương pháp đánh giá TL NDĐ có thể khai thác cho tầng chứa nước 3.2.1 Trình tự đánh giá

Để đánh giá trữ lượng có thể khai thác cho tầng chứa nước tiến hành theo trình tự sau:

1 Phân tích điều kiện địa lý tự nhiên, địa chất, địa chất thủy văn, thủy văn để xác định các cấu trúc chứa nước, sự phân bố của các tầng chứa nước, cách nước, miền cung cấp, miền thoát, nguồn cung cấp, quan hệ giữa các tầng chứa nước và quan hệ với nước mặt

2 Xác định các thông số ĐCTV của tầng chứa nước, cách nước

3 Phân tích đặc điểm thủy động lực của các tầng chứa nước, quy luật biến đổi mực nước, lưu lượng các mạch

4 Nghiên cứu điều kiện khí tượng thủy văn, xác định các giá trị đặc trưng của lượng mưa, lượng bốc hơi, lưu lượng, mực nước sông

5 Phân tích đánh giá hiện trạng khai thác nước, các tác động của việc khai thác nước NDĐ tới môi trường và hệ sinh thái

6 Xác định nguồn hình thành trữ lượng khai thác

7 Lựa chọn phương pháp đánh giá và tính toán trữ lượng có thể khai thác theo phương trình tổng quát tn

8 Xác định ảnh hưởng của việc khai thác ứng với lưu lượng khai thác tới môi trường

và hệ sinh thái

9 Điều chỉnh lưu lượng khai thác và sơ đồ khai thác hợp lý, từ đó quyết định lưu lượng có thể khai thác

3.2.2 Phương pháp đánh giá TLNDĐ có thể khai thác cho tầng chứa nước trong điều kiện ĐCTV ít phức tạp

3.2.3 Phương pháp đánh giá TLNDĐ có thể khai thác cho tầng chứa nước trong điều kiện ĐCTV phức tạp hoặc rất phức tạp

Để xác định lượng nước có thể khai thác trong tầng có thể sử dụng các phương pháp cân bằng, mô hình và thủy lực, trong đánh giá phải xem xét tới yêu cầu nước cho hệ sinh thái phụ thuộc vào nước, cho dòng chảy môi trường của các dòng mặt có liên quan tới nước dưới đất, tới mực nước hạ thấp tới hạn hoặc mực nước hạ thấp cho phép

Một số lưu ý khi sử dụng các phương pháp trên trong đánh giá trữ lượng nước có thể khai thác trong điều kiện ĐCTV phức tạp và rất phức tạp sẽ được trình bày sau đây

Bảng 3.1 Các phương pháp đánh giá trữ lượng động tự nhiên của NDĐ (Theo Đặng Hữu

Ơn, 2003)

Nhóm phương pháp Tên phương pháp

Những dạng tầng chứa nước có khả năng áp dung phương pháp

1) Phương pháp dựa trên kết quả nghiên cứu ĐCTV

• Phương pháp sai phân hữu hạn

• Phương pháp tính giá trị cung cấp của nước ngầm theo dao động mực nước ở lỗ khoan

• Phương pháp dựa vào lời giải của phương trình vi phân chuyển động không ổn định

Có áp và không áp

2) Phương pháp tính lưu lượng dòng ngầm

Phương pháp thủy

động lực

3) Phương pháp tính lượng thấm xuyên qua

1) Phương pháp dựa vào lời giải của phương trình cân bằng nước trong một khu vực

• Đối với mặt đất

• Đối với đới thông khí

• Đối với các lớp chứa nước

Nước không áp Nước không áp Nước không áp, có áp Cân bằng

2) Phương pháp cân bằng nước trung bình

1) Phương pháp dựa vào kết quả xác định hiệu số lưu lượng của sông qua hai mặt cắt thủy văn

a) Phương trình cân bằng nguồn nước được biểu thị như sau:

Lượng nước mặt đến + Lượng nước dưới đất đến + Lượng nước mưa + Lượng nước nhận vào từ lưu vực khác + Sự giảm lượng trữ bề mặt + Sự giảm lượng trữ nước dưới đất = Lượng nước mặt thoát đi + Lượng nước dưới đất thoát đi + Lượng nước khai thác + Lượng nước chuyển sang lưu vực khác + Sự tăng lượng trữ nước mặt + Sự tăng lượng trữ nước dưới đất

b) Cân bằng nước dưới đất

Nếu chỉ xét riêng cân bằng của nước dưới đất thì phương trình cân bằng của nước dưới đất trong một thời kỳ nhất định có thể rút gọn là:

Lượng cung cấp cho nước dưới đất (reacharge) – lượng thoát của nước ngầm ra khỏi lưu vực = Thay đổi lượng nước trữ trong tầng

Lượng cung cấp ở đây bao gồm :

Wp – Lượng nước mưa thấm xuống cung cấp cho nước ngầm

Ws – Lượng nước từ các sông, hồ và các khối nước tự nhiên khác cung cấp cho nước ngầm

Wc – Lượng cung cấp từ các kênh phân phối nước và các kênh tưới

Was - Lượng cung cấp cho nước ngầm từ nước tưới bằng nguồn nước mặt

Wag - Lượng cung cấp cho nước ngầm từ nước tưới bằng nguồn nước ngầm

Gwi- Lượng dòng ngầm chảy vào

Gwn – Các thành phần khác nếu có

Lượng thoát đi bao gồm:

GWb- Lượng nước ngầm thoát ra sông và mạch nước

GWE- Tổn thất của nước ngầm do bốc hơi từ đới mao dẫn

GWET - Tổn thất bốc thoát hơi bởi thực vật

GWe - Lượng nước khai thác bởi bơm và tự chảy qua giếng

GWo - Lượng dòng ngầm chảy ra

GWn - Các đại lượng khác nếu có

Thay đổi lượng trữ trong tầng là Sgv

Phương trình cân bằng nước là:

Sgv = Wp + Ws+ Was + Wag + GWi – GWb – GWE – GWET – GWc- GWo-GWn

Trong các tầng chứa nước sâu ngoài thoát ra các sông ngòi trên lục địa, còn có một phần nước dưới đất được thoát ra biển

Từ phương trình cân bằng nước cho thấy một phần của phương trình cân bằng nước

có thể được xác định khi đã biết các thành phần khác của phương trình cân bằng nước

Việc xác định các yếu tố của phương trình cân bằng nước là công tác phức tạp và đòi hỏi khối lượng công tác điều tra, khảo sát lớn Trong tính toán trữ lượng có thể khai thác được thường quan tâm nhiều tới lượng cung cấp thấm, và lượng thoát của nước ngầm

và thường trong đánh giá trữ lượng có thể khai thác được chia ra làm các bước, trong bước một đánh giá sơ bộ giới hạn khai thác có thể được tính toán sơ bộ theo công thức:

Q gh =αr.R

Hoặc Q gh =αd D

ở đây Q gh là lưu lượng khai thác tới hạn

D là lượng thoát của dòng ngầm ra sông

r

α là hệ số thường lấy bằng 0,2 tới 0,6

d

α là hệ số thường lấy bằng 0,4 tới 0,8

Việc lựa chọn hệ số tùy thuộc vào điều kiện địa chất thủy văn và nguồn nước của vùng, tác động của việc khai thác tới môi trường và dòng mặt

Phương pháp thủy lực

Phương pháp thủy lực chỉ được sử dụng cho vùng đã có nhiều công trình khai thác được vận hành trong thời gian khá dài cũng như có tài liêu quan trắc lưu lượng khai thác và mực nước hạ thấp Trong trường hợp này sử dụng tài liệu lưu lượng và mực nước hạ thấp

ta xây dựng các phương trình quan hệ lưu lượng và mực nước, dựa trên các phương trình này có thể tính toán sơ bộ lưu lượng khai thác tới hạn theo mực nước hạ thấp tới hạn và ngược lại

Phương pháp mô hình là phương pháp chủ yếu được sử dụng để tính toán lưu lượng khai thác tới hạn và mực nước hạ thấp tới hạn Tuy nhiên vẫn có một số ý kiến cho rằng do môi trường chứa nước trong đá khe nứt là quá bất đồng nhất cho nên không thể sử dụng phương pháp thủy động lực nói chung và phương pháp mô hình nói riêng để tính toán trữ lượng nước khai thác nói chung trong nước khe nứt Nhiều công trình nghiên cứu đã nghiên cứu việc ứng dụng mô hình trong giải các bài toán về dòng chảy, và lan truyền vật chất trong môi trường lỗ hổng và trong môi trường khe nứt

Để giải quyết các bài toán này khái niệm tiệm cận liên tục và việc áp dụng thể tích nguyên tố đại diện để thay thế một điểm toán học khi xây dựng các bài toán về dòng chảy

và ô nhiễm đã được áp dụng, đồng thời khái niệm lỗ hổng “kép” cũng được áp dụng

3.3 Phương pháp đánh giá TLNDĐ có thể khai thác khu vực (vùng)

Đánh giá TLNDĐ có thể khai thác của khu vực được tiến hành trong khu vực hành chính và tự nhiên, cũng như cả lãnh thổ nhằm luận chứng sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên nước Đánh giá TL khu vực còn là cơ sở khoa học để vạch kế hoạch tìm kiếm, thăm dò nước trong phạm vi những vùng riêng biệt Đánh giá trữ lượng khu vực cần thiết phải tính đến ảnh hưởng qua lại giữa dòng ngầm, dòng mặt và môi trường cũng như lưu ý

về chất lượng nước phải thỏa mãn các tiêu chuẩn theo các quy phạm hiện hành Việc đánh

giá khu vực bao gồm tính tài nguyên tiềm năng và tài nguyên viễn cảnh của NDĐ

Theo nhiều tác giả, tài nguyên khai thác tiềm năng được xác định bằng tổng trữ lượng tĩnh tự nhiên, trữ lượng động tự nhiên và trữ lượng cuốn theo với trị số hạ thấp mực

nước và thời gian khai thác đã định Tài nguyên khai thác tiềm năng đặc trưng cho mức độ đảm bảo bởi NDĐ của những vùng khác nhau

Khả năng khai thác thực tế của NDĐ được thể hiện ở tài nguyên khai thác viễn cảnh Tài nguyên khai thác viễn cảnh được tính cho sơ đồ công trình khai thác với điều kiện khai thác nhất định

3.3.1 Trình tự đánh giá

Đánh giá khu vực tài nguyên khai thác chủ yếu dựa vào tài liệu ĐC-ĐCTV và địa vật lý đã tiến hành trước đây cũng như tài liệu khai thác của các công trình trong khu vực nghiên cứu Trình tự đánh giá khu vực tài nguyên như sau:

1 Thu thập tài liệu liên quan đến địa chất, ĐCTV và địa vật lý của vùng Bao gồm bản đồ, mặt cắt địa chất, kết quả đo đạc địa vật lý, tài liệu thăm dò và khai thác NDĐ, tài liệu khoan và hút nước thí nghiệm, thành phần hóa học của NDĐ, lưu lượng mạch nước, động thái dòng sông tại các trạm đo trong nhiều năm

2 Phân tích và tổng hợp tài liệu thực tế, xác định các tầng chứa nước thuận lợi cho việc cung cấp nước Từ đó xây dựng các bản đồ đẳng chiều sâu mực nước, áp lực trên mái, thành phần thạch học của đất đá chứa nước và lớp cách nước, điều kiện thủy địa hóa…

3 Trên cơ sở chỉnh lý tài liệu hút nước, quan trắc động thái NDĐ trong điều kiện tự nhiên và điều kiện khai thác xác định các thông số ĐCTV (hệ số thấm, dẫn nước, nhả nước đàn hồi và tự do, truyền áp và truyền mực nước, sức cản thấm của đáy

hồ Xây dựng bản đồ phân đới hệ số dẫn nước Để khoanh vùng hệ số dẫn nước có thể sử dụng tài liệu địa chất (thành phần thạch học của đất đá chứa nước) để xác định Trong đới chứa nước khe nứt và khe nứt-karst sử dụng tài liệu địa vật lý để xây dựng bản đồ hệ số dẫn nước của lớp chứa nước

4 Bổ sung khối lượng các công tác nghiên cứu địa chất, ĐCTV và địa vật lý (nếu cần)

5 Tiến hành đánh giá trữ lượng động từ nhiên của NDĐ theo các phương pháp khác nhau ví dụ phân chia biểu đồ thủy văn nguồn gốc của các sông, tính toán lưu lượng dòng thấm theo các công thức của động lực học NDĐ

6 Phân vùng ĐCTV theo đặc điểm hình thành tài nguyên khai thác NDĐ

7 Lựa chọn phương pháp tính tài nguyên khai thác viễn cảnh NDĐ hợp lý nhất

8 Luận chứng những thông số tính toán ĐCTV cần thiết cho vùng (hệ số dẫn nước, nhả nước, truyền nước, trữ lượng động tự nhiên và cuốn theo…

9 Sắp xếp sơ đồ các công trình khai thác theo diện tích phân bố các lớp chứa nước

11 Đánh giá khả năng thay đổi dòng sông khi khai thác NDĐ

12 Phân cấp tài nguyên khai thác NDĐ

3.3.2 Phương pháp đánh giá

Để đánh giá khu vực tài nguyên khai thác tiềm năng và viễn cảnh NDĐ có thể sử dụng phương pháp cân bằng, phương pháp tương tự ĐCTV, thủy động lực cũng như kết hợp giữa các phương pháp

Phương pháp cân bằng chủ yếu sử dụng đánh giá tài nguyên khai thác tiềm năng

Các nguồn hình thành tài nguyên khai thác được đánh giá riêng, sau đó cộng lại Trong một số trường hợp (ví dụ khu vực có hệ số dẫn nước lớn) phương pháp cân bằng có thể sử dụng đánh giá tài nguyên viễn cảnh

Phương pháp tương tự địa chất thủy văn có thể được áp dụng để đánh giá tài

nguyên khai thác viễn cảnh ứng với sơ đồ nhất định của công trình khai thác nước

Phương pháp thủy động lực được áp dụng để đánh giá cả tài nguyên khai thác

viễn cảnh và tiềm năng trong các thung lũng sông (khi nguồn hình thành trữ lượng chủ yếu

là trữ lượng cuốn theo và công trình khai thác bố trí dưới dạng đường thẳng) Trong đó tài nguyên tiềm năng được đánh giá theo năng suất của các hành lang, còn viễn cảnh theo giá trị lưu lượng của dãy đường thẳng các lỗ khoan

Đánh giá khu vực tài nguyên khai thác NDĐ có tính đến sự phân bố các điểm sử dụng nước và yêu cầu dung nước có thể sử dụng phương pháp giải tích và mô hình Trong trường hợp này, phương pháp đánh giá khu vực tài nguyên giống như phương pháp đánh giá trữ lượng khai thác của công trình (mục 3.1)

3.4 Phương pháp đánh giá TL NDĐ có thể khai thác các dạng mỏ nước 3.4 1 Nguyên tắc phân chia các dạng mỏ nước

Tiêu chuẩn phân chia các nhóm mỏ nước dưới đất bao gồm

• Khả năng đánh giá chính xác các nguồn hình thành trữ lượng khai thác nước dưới đất gồm: a) các mỏ trong đó tất cả các nguồn chủ yếu hình thành trữ lượng khai thác đều được xác định một cách tin cậy; b) các mỏ trong đó chỉ có phần nguồn hình thành trữ lượng được xác định tin cậy còn một phần được xác định tương đối; c) các mỏ mà tất cả các nguồn hình thành trữ lượng chỉ được xác định một cách tương đối

• Mức độ không đồng nhất về tính thấm của đất đá chứa nước có thể phân chia một cách quy ước thành các tầng chứa nước đồng nhất, không đồng nhất và rất không đồng nhất Để phân chia như thế có thể lấy giá trị độ lệch toàn phương

trung bình của lôgarit giá trị hệ số dẫn nước (σlg(T)) hoặc hệ số biến phân (W,

%), hoặc tài liệu về tỷ lưu lượng của các lỗ khoan làm tiêu chuẩn

• Điều kiện thủy địa hóa của mỏ nước: điều kiện thủy địa hóa đơn giản khi sự thay đổi chất lượng nước có thể xảy ra trong quá trình khai thác được xác định chính xác bằng tính toán; điều kiện thủy địa hóa phức tạp: sự thay đổi chất lượng nước

có thể xảy ra trong quá trình khai thác được xác định gần đúng bằng tính toán; điều kiện thủy địa hóa rất phức tạp: sự thay đổi chất lượng nước có thể xảy ra được đánh giá sơ bộ trên cơ sở phân tích định tính điều kiện địa chất thuỷ văn của mỏ

3.4.2 Đánh giá TL NDĐ có thể khai thác nhóm mỏ có điều kiện ĐCTV ít phức tạp

1) Phân tích đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn, thủy văn để xác định điều kiện hình thành trữ lượng và sơ đồ hình thành trữ lượng NDĐ của công trình, tầng chứa nước và vùng Bao gồm:

• Phân tích, xác định đặc điểm cấu trúc địa chất, thành phần thạch học, đất đá vùng nghiên cứu

• Chiều dày, sự phân bố các lớp chứa nước và lớp cách nước

• Xác định nguồn hình thành trữ lượng NDĐ

• Xác định các thông số ĐCTV

• Xác định quy luật thay đổi chất lượng của NDĐ

• Các điều kiện thủy văn và khả năng thay đổi chế độ thủy văn do khai thác NDĐ 2) Tùy theo điều kiện ĐCTV và mức độ nghiên cứu, thông tin điều tra thu thập được mà lựa chọn các phương pháp khác nhau để đánh giá TL NDĐ có thể khai thác Các phương pháp có thể áp dụng bao gồm: phương pháp thủy động lực, phương pháp thủy lực, phương pháp cân bằng và phương pháp phối hợp

3.4.3 Đánh giá TL NDĐ có thể khai thác nhóm mỏ có điều kiện ĐCTV phức tạp và rất phức tạp

Do điều kiện ĐCTV phức tạp nên khó xác định chính xác các thông số ĐCTV và điều kiện biên, vì vậy tùy thuộc vào mức độ nghiên cứu và tài liệu thu thập được trong quá trình điều tra mà lựa chọn một trong các phương pháp cân bằng, phương pháp kết hợp (thủy lực và cân bằng), phương pháp tương tự ĐCTV để đánh giá TL NDĐ có thể khai thác trong hai nhóm mỏ này

* Phương pháp cân bằng

− Phân tích điều kiện tự nhiên, chia ra các vùng cân bằng