Ưng dụng mô hình dòng ngầm ba chiều để xác định lượng cung cấp và trữ lượng có thể khai thác của nước dưới đất tại khu vực các tỉnh phía tây sông Hậu

Để từng bước giải quyết các vấn đề nêu trên, phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước dưới đất trong khu vực, tháng 7 năm 2005, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã giao cho Cục Quản lý tài ng

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

CỤC QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC

Tập thể tác giả: ThS Trần Thị Huệ

PGS.TS Đoàn Văn Cánh ThS Nguyễn Văn Đức ThS Nguyễn Văn Nghĩa ThS Trương Quảng Đại

KS Nguyễn Thị Vân

b¸o c¸o tæng kÕt

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DÒNG NGẦM

BA CHIỀU ĐỂ XÁC ĐỊNH LƯỢNG CUNG CẤP

VÀ TRỮ LƯỢNG CÓ THỂ KHAI THÁC CỦA NƯỚC

DƯỚI ĐẤT KHU VỰC CÁC TỈNH PHÍA TÂY SÔNG HẬU

HÀ NỘI, 2007

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG I 6

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH, TÌNH HÌNH ÁP DỤNG MÔ HÌNH TRONG NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN, ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 6

1.1 Tổng quan về phương pháp mô hình 6

1.1.1 Phương trình dòng chảy nước dưới đất 9

1.1.2 Phương trình lan truyền vật chất 16

1.1.3 Quy trình và các bước tiến hành khi giải bài toán Địa chất thủy văn bằng phương pháp mô hình 19

1.1.4 Các bước tiến hành khi giải bài toán mô hình Địa chất thủy văn bằng phần mềm Visual Modflow 24

1.2 Tình hình áp dụng mô hình nước dưới đất trên thế giới 26

1.3 Tình hình áp dụng mô hình nước dưới đất ở Việt Nam 28

CHƯƠNG 2 32

ĐẶC ĐIỂM CÁC TẦNG CHỨA NƯỚC KHU VỰC CÁC TỈNH PHÍA TÂY SÔNG HẬU 32

2.1 Tổng quan lịch sử nghiên cứu Địa chất thủy văn đồng bằng Nam Bộ 32

2.1.1 Giai đoạn trước năm l975 32

2.1.2 Giai đoạn từ năm 1975 đến nay 33

2.2 Tình hình áp dụng phương pháp mô hình số để đánh giá nước dưới đất vùng đồng bằng Nam Bộ 41

2.3 Đặc điểm địa chất thủy văn các tỉnh phía Tây sông Hậu 44

2.2.1 Phức hệ chứa nước lỗ hổng trong trầm tích đa nguồn gốc Holocen (qh) 45

2.2.2.Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Pleistocen giữa - muộn (qp 2-3 ) 46

2.2.3.Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Pleistocen sớm (qp 1 ) 49

2.2.4.Phức hệ chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Pliocen (m 4 ) 52

2.2.5 Phức hệ chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Miocen muộn (m 3-3 ) 53

CHƯƠNG 3 57

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH BA CHIỀU XÁC ĐỊNH LƯỢNG CUNG CẤP THẤM VÀ TRỮ LƯỢNG CÓ THỂ KHAI THÁC CỦA CÁC TẦNG CHỨA NƯỚC KHU VỰC PHÍA TÂY SÔNG HẬU 57

3.1 Cơ sở tài liệu xây dựng mô hình 57

3.2 Mô hình khái niệm 58

3.2.1 Sơ lược điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu 58

3.2.2 Địa chất 59

3.2.3 Địa tầng địa chất thủy văn 60

3.2.4 Xác định diện tích lập mô hình 60

3.2.5 Thông số và điều kiện biên 61

3.3 Mô hình hóa, hiệu chỉnh mô hình 62

3.2.1 Mô hình dòng chảy 62

3.2.2 Mô hình lan truyền vật chất 74

3.2.3 Kết quả bài toán chỉnh lý mô hình 76

3.4 Kết quả xác định lượng cung cấp cho các tầng chứa nước 91

3.4.1 Các phương án khai thác 91

3.4.2 Kết quả xác định lượng cung cấp cho nước dưới đất 94

3.5 Kết quả xác định lượng trữ lượng có thể khai thác 113

3.5.1 Phương án xác định trữ lượng có thể khai thác 114

3.5.2 Kết quả xác định trữ lượng có thể khai thác 115

CHƯƠNG 4 127

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ NHỮNG ĐỀ XUẤT, KIẾN NGHỊ .127

4.1 Những kết quả đạt được của đề tài 127

4.2 Những hạn chế, tồn tại 128

4.3 Đề xuất kiến nghị 129

TÀI LIỆU THAM KHẢO 130

MỞ ĐẦU

Đồng bằng phía Tây sông Hậu là một phần của đồng bằng sông Cửu Long, bao gồm các tỉnh: Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng, An Giang, Bạc Liêu, Kiên Giang và Cà Mau Diện tích tự nhiên toàn vùng khoảng 23.470 km2 với dân số khoảng 8.383.000 người* Đây là vùng kinh tế quan trọng và là vựa lúa của cả nước, đồng thời là vùng nuôi trồng thuỷ sản lớn với sản lượng hàng triệu tấn năm

Điều kiện địa hình vùng Tây sông Hậu khá bằng phẳng, hướng nghiêng thoải từ Tây - Tây Nam sang Đông - Đông Bắc; độ cao địa hình nhìn chung là thấp và thường bị ngập nước trong mùa lũ

Vùng phía Tây sông Hậu là phần cuối của châu thổ sông Mê Kông, vì vậy nguồn nước mặt trong vùng khá dồi dào, với các hệ thống sông, kênh rạch dày đặc Tuy nhiên, nguồn nước mặt ở đây thường có độ đục lớn, phần lớn bị chua phèn, nhiễm mặn và nhiễm bẩn nên không thuận lợi đối với các mục đích sử dụng nước cho ăn uống sinh hoạt và công nghiệp

Nguồn nước dưới đất có trữ lượng lớn Theo các tài liệu điều tra, nghiên cứu địa chất thủy văn trong vùng, mặt cắt đồng bằng phía Tây sông Hậu gồm 5 tầng chứa nước trong trầm tích Kainozoi, các tầng chứa nước đều có chiều dày

và mức độ chứa nước lớn Tuy nhiên, do quá trình hình thành đồng bằng trải qua nhiều giai đoạn hoạt động địa chất phức tạp, với nhiều đợt thăng trầm nâng

hạ của vỏ trái đất tạo nên các đợt biển tiến - thoái trong quá khứ, cùng với ảnh hưởng mạnh của hoạt động thủy triều, chế độ thủy văn của hệ thống sông Mê Kông nên nước dưới đất ở đồng bằng sông Cửu Long nói chung và đồng bằng phía Tây sông Hậu nói riêng có đặc điểm thủy động lực và thuỷ địa hoá hết sức phức tạp, tốc độ vận động của nước chậm chạp, hệ số trao đổi nước nhỏ, mặn nhạt xen kẽ nhau theo cả chiều thẳng đứng và chiều ngang Trong khi các công trình nghiên cứu, điều tra, đánh giá nguồn nước dưới đất trên đồng bằng nói chung còn rất hạn chế Việc điều tra, đánh giá chi tiết nguồn nước chủ yếu tại các công trình thăm dò, khai thác nước dưới đất phân tán rải rác trên đồng bằng Các nghiên cứu mang tính khu vực còn ít, số lượng điểm nghiên cứu đối với mỗi công trình rất hạn chế, đặc biệt các nghiên cứu về nguồn gốc, trữ lượng và điều kiện hình thành trữ lượng nước dưới đất, diễn biến xâm nhập mặn, chất lượng nước, mối quan hệ nước mặt - nước dưới đất đều chưa đầy đủ

* số liệu thống kê năm 2005

Về tình trạng khai thác sử dụng nước dưới đất: do phần lớn nguồn nước mặt bị mặn, phèn và nhiễm bẩn nên nguồn nước dưới đất đã trở thành nguồn cấp nước quan trọng cho ăn uống, sinh hoạt và sản xuất công nghiệp của vùng Chỉ trừ một số khu vực ở phần phía Tây (thuộc các tỉnh An Giang, Kiên Giang, Cần Thơ, Hậu Giang) có nguồn nước mặt đáp ứng yêu cầu cho ăn uống, sinh hoạt và sản xuất, còn lại đều phụ thuộc vào nguồn nước dưới đất, đặc biệt tại các tỉnh Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, nước dưới đất là nguồn cấp chủ yếu cho ăn uống, sinh hoạt và sản xuất tại các đô thị và vùng nông thôn trong khu vực này Lượng nước dưới đất khai thác ngày càng tăng đã gây ra hạ thấp lớn và xâm nhập mặn

ở một số khu vực, điển hình như tại thị xã Cà Mau, Sóc Trăng Tại Cà Mau trước đây mực nước nằm cao hơn mặt đất khoảng 1 mét nhưng hiện tại mực nước dưới đất đã nằm dưới mặt đất khoảng 30 mét và liên tục bị hạ thấp với tốc

độ hạ thấp khoảng 0,2 - 0,5m /năm Tại các công trình khai thác nước dưới đất của thị xã Sóc Trăng, Cà Mau, Bạc Liêu đều đã xảy ra hiện tượng xâm nhập mặn vào công trình khai thác, một số giếng đã phải hủy bỏ hoặc giảm lưu lượng khai thác

Các vấn đề nêu trên đã gây không ít khó khăn cho công tác quản lý, bảo

vệ tài nguyên nước dưới đất trong khu vực, đặc biệt là khó khăn trong việc phân

bổ, cấp phép khai thác, sử dụng hợp lý nguồn nước

Để từng bước giải quyết các vấn đề nêu trên, phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước dưới đất trong khu vực, tháng 7 năm 2005, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã giao cho Cục Quản lý tài nguyên nước triển khai thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu, ứng dụng mô hình dòng ngầm ba chiều để xác định lượng cung

cấp và trữ lượng có thể khai thác của nước dưới đất khu vực các tỉnh phía Tây sông Hậu” Mục tiêu chủ yếu của đề tài nhằm: nghiên cứu điều kiện hình thành

trữ lượng khai thác, nguồn cung cấp cho nước dưới đất ở khu vực các tỉnh phía Tây sông Hậu; ứng dụng mô hình dòng ngầm xác định định lượng lượng cung cấp cho nước dưới đất và trữ lượng có thể khai thác của một số khu vực trong vùng nghiên cứu, phục vụ áp dụng mở rộng cho các khu vực khác trên đồng bằng, phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước dưới đất; góp phần làm rõ hơn

về điều kiện địa chất thủy văn của khu vực nghiên cứu; và nâng cao năng lực và

kỹ thuật sử dụng mô hình cho cán bộ làm công tác quản lý tài nguyên nước ở Cục Quản lý tài nguyên nước cũng như ở các tỉnh trong vùng nghiên cứu

Đề tài được thực hiện trên cơ sở phân tích, tổng hợp các nguồn tài liệu đã

có về điều kiện địa lý tự nhiên, địa hình, khí tượng, thuỷ văn, địa chất, địa chất thuỷ văn kết hợp với điều tra khảo sát bổ sung hiện trạng khai thác, sử dụng

Chương 1 Tổng quan về phương pháp mô hình, tình hình áp dụng mô hình trong nghiên cứu địa chất thuỷ văn, đánh giá tài nguyên nước trên ở thế giới và Việt Nam

Chương 2 Đặc điểm các tầng chứa nước khu vực phía tây sông Hậu

Chương 3 Ứng dụng mô hình ba chiều xác định lượng cung cấp thấm và trữ lượng có thể khai thác của các tầng chứa nước khu vực phía tây sông Hậu

Chương 4 Đánh giá kết quả thực hiện đề tài và những đề xuất, kiến nghị Kết luận: đánh giá chung về kết quả thực hiện đề tài, những kết quả cụ thể của đề tài và kiến nghị áp dụng trong công tác quản lý tài nguyên nước dưới đất, cũng như những nội dung kiến nghị cần tiếp tục nghiên cứu trong thời gian tới

Nhân dịp kết thúc đề tài, chúng tôi xin chân thành cảm ơn Bộ Tài nguyên

và Môi trường, Vụ Khoa học Công nghệ đã tạo điều kiện cho chúng tôi được thực hiện đề tài nêu trên và giúp đỡ chúng tôi hoàn thành các nội dung nghiên cứu của đề tài

Chúng tôi cũng xin tỏ sự cảm ơn chân thành đến các nhà khoa học, các chuyên gia ở trong và ngoài Bộ, các đồng nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu, góp phần vào việc xây dựng các luận cứ khoa học của đề tài cũng như hoàn thiện các kết quả của đề tài

Cũng nhân dịp này chúng tôi xin chân thành cảm ơn các cấp chính quyền, các cơ quan ban ngành thuộc các tỉnh Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Kiên Giang, An Giang, Hậu Giang, Cần Thơ, đặc biệt nhân dân địa phương đã giúp

đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Chúng tôi cũng mong muốn nhận được các ý kiến nhận xét, đánh giá, góp

ý bổ sung của các nhà khoa học, đồng nghiệp để báo cáo được hoàn thiện một cách tốt nhất

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH, TÌNH HÌNH ÁP DỤNG

MÔ HÌNH TRONG NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN, ĐÁNH GIÁ

TÀI NGUYÊN NƯỚC Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.1 Tổng quan về phương pháp mô hình

Với khái niệm chung nhất, mô hình hoá là sự phản ánh thực tế tồn tại bằng phương pháp nào đó để nghiên cứu quy luật khách quan vốn có của sự vật, hiện tượng trong thế giới khách quan Phương pháp mô hình được xem là một phương pháp nhận thức khoa học về thế giới khách quan, chúng đã được ứng dụng nhiều trong các ngành khoa học và ứng dụng hiệu quả trong thực tế Các

mô hình mà các ngành khoa học kỹ thuật ứng dụng có thể kể đến là các mô hình truyền nhiệt trong ngành nhiệt, mô hình phần tử hữu hạn áp dụng trong tính toán kết cấu xây dựng, mô hình điện trong ngành điện, mô hình dự báo bão, mô hình dòng chảy mặt trong nghiên cứu thuỷ văn, mô hình dòng chảy nước dưới đất,

mô hình lan truyền vật chất nhiễm bẩn trong môi trường nước trong nghiên cứu địa chất thuỷ văn và đánh giá tài nguyên nước dưới đất

Trong Địa chất thuỷ văn, phương pháp mô hình được ứng dụng để giải quyết những nhiệm vụ cụ thể như: nghiên cứu địa chất thuỷ văn khu vực, nghiên cứu lý thuyết, đánh giá trữ lượng nước dưới đất, nghiên cứu dịch chuyển khối lượng của các chất nhiễm bẩn trong môi trường nước dưới đất, quá trình truyền nhiệt trong môi trường nước dưới đất, các quá trình thấm mất nước hồ đập, nghiên cứu đánh giá lượng nước chảy vào các khu mỏ

Ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp mô hình là thay vì nghiên cứu trực tiếp đối tượng, chúng ta có thể phục hồi được trên các mô hình chuyên môn những quá trình & hiện tượng khác nhau Khi mô hình hóa, quá trình nghiên cứu được thay bằng quá trình khác thiết lập đơn giản và rõ ràng hơn trong phòng thí nghiệm hoặc trên máy tính Sự thay thế đó có thể thực hiện được bởi vì có rất nhiều quá trình đặc trưng bởi cùng một phương trình toán học Sự tương tự của các quá trình là do sự thống nhất của thế giới vật chất và có cùng quy luật của chuyển động vật chất

Trên cơ sở phân loại mô hình theo đặc trưng mô hình hóa vật chất có thể chia ra làm 4 loại: Đồ giải, vật lý, toán và tự nhiên Bản chất của chúng tương đối khác nhau:

Mô hình hóa đồ giải phản ánh đối tượng nghiên cứu bằng các bản vẽ Mô hình hóa đồ giải được sử dụng để tổng hợp những tài liệu nhận được khi điều tra làm sáng tỏ những đặc điểm, quy luật cơ bản của đối tượng nghiên cứu và những quá trình hiện tượng đặc trưng của nó Mô hình đồ giải có thể là mô hình mặt cắt, mô hình mặt bằng và mô hình khối

Mô hình hóa vật lý là sự phục hồi trên các mô hình chuyên môn đối tượng Địa chất thủy văn nhưng vẫn giữ nguyên sự tương tự về mặt vật lý giữa mô hình

và đối tượng nghiên cứu nhờ hệ số tỉ lệ về kích thước hình học và các thông số vật lý Theo mục đích nghiên cứu, mô hình vật lý có thể chia thành 2 nhóm: nhóm thứ nhất nghiên cứu những quá trình vật lý (máng thấm, mô hình thấm ); nhóm thứ hai nghiên cứu tính chất của các đối tượng địa chất thủy văn (dụng cụ nghiên cứu tính thấm và thủy tính đất đá)

Mô hình toán học là sự phục hồi trên các mô hình chuyên môn những đối tượng địa chất thủy văn khi có sự đồng nhất về phương trình mô tả đối tượng nghiên cứu và mô hình Theo nguyên tắc xây dựng và hoạt động mô hình toán

có thể chia ra thành ba nhóm: tương tự, số, xibenetic

Mô hình tương tự được chia ra làm 2 loại là mô hình tương tự vật lý và

mô hình tương tự toán học

- Mô hình tương tự vật lý là sự mô phỏng sự tương tự về mặt vật lý giữa đối tượng nghiên cứu và đối tượng mô hình hoá Quá trình thấm được khống chế bởi các phương trình vật lý tương tự như quá trình truyền nhiệt, truyền điện Bởi vậy thay bằng nghiên cứu các qúa trình xảy ra trong môi trường nước dưới đất người ta tiến hành nghiên cứu các quá trình truyền điện, truyền nhiệt trên các đối tượng mô hình hoá tương đương với đối tượng nghiên cứu Phương pháp mô hình tương tự được sử dụng khá rộng rãi trong nghiên cứu địa chất thuỷ văn những năm 60 – 70 Ví dụ như mô hình giấy dẫn điện, mô hình điện và mô hình điện ô mạng Mô hình điện (Anderson, 1972; Spieker, 1968) được làm bằng các điện trở theo tỷ lệ để biểu thị cơ cấu các tầng chứa nước, còn tụ điện được mô phỏng cho độ trữ nước Cường độ dòng điện trong ampe kế của mô hình biểu thị lưu lượng dòng thấm Điện thế trong mô hình biểu thị mực nước, còn thể tích nước trong mô hình được thể hiện bằng tổng lượng điện tích Điện trở tỷ lệ nghịch với hệ số thấm của tầng chứa nước trong khi điện dung điện mạng lưới tỷ

lệ với độ chứa nước Các số đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong mạng thể hiện lưu lượng và mực nước trong các tầng chứa nước Các mô hình điện tương tự có thể mô phỏng cho dòng chảy hai chiều hoặc ba chiều, đối với dòng

ba chiều được mô phỏng bằng cách nối tiếp một số nhóm nằm ngang với nhau

lý của hệ tầng chứa nước (hệ số thấm, hệ số nhả nước, độ lỗ hổng) Định luật Đacxi là một ví dụ của mô hình giải tích Để giải một mô hình giải tích chúng ta phải biết điều kiện ban đầu và điều kiện biên của bài toán thấm Các điều kiện này phải đủ đơn giản để có thể giải trực tiếp phương trình thấm bằng máy tính Các mô hình giải tích có thể được giải nhanh chóng, chính xác và không tốn kém trên các máy tính hoặc máy tích phân được lập sẵn chương trình

Mô hình số là dùng máy tính để giải các phương trình vi phân mô tả các quá trình của đối tượng nghiên cứu Bản chất của chúng là giải phương trình vi phân vận động của nước dưới đất, phương trình lan truyền chất nhiễm bẩn bằng phương pháp số Phương pháp số là phương pháp giải gần đúng các phương trình vi phân đạo hàm riêng bao gồm sai phân hữu hạn hoặc phần tử hữu hạn Vấn đề này đã được Trescott đề cập lần đầu tiên vào năm 1975, sau đó tiếp tục được phát triển thành chương trình máy tính bởi Trescott, Pider và Larson năm

1976 Kế thừa những kết quả nghiên cứu này nhóm nghiên cứu gồm có Arlen W.Harbaugh và Michael G.McDonald phát triển thành chương trình hoàn thiện gọi là MODFLOW-96 mô phỏng dòng chảy 3 chiều trong môi trường nước dưới đất (Modular Finite Difference Groundwater Flow Model) vào năm 1996 và chúng còn tiếp tục được hoàn thiện vào năm 2000 với phiên bản MODFLOW-

2000 Đến nay hầu hết các phần mềm thương mại về mô hình nước dưới đất trên thế giới đều sử dụng chương trình MODFLOW làm nòng cốt Bản chất của phương pháp mô hình số là giải phương trình vi phân đạo hàm riêng vận động của nước dưới đất trong không gian 3 chiều bằng phương pháp sai phân hữu hạn

Xibenetic là một thiết bị tổ hợp tương tự - số phức tạp làm việc theo một

chương trình logic nhất định Thiết bị sẽ nhận được những thông tin về đối tượng nghiên cứu và sử dụng nó để tự hoàn thiện mô hình theo mối liên hệ ngược giữa mô hình và đối tượng Những thiết bị này được trang bị và sử dụng phổ biến ở Liên Xô vào những năm 70 như Xibenetic(ASVK), Xatun

Mô hình hóa tự nhiên là sự chuyển sang ngang về lượng trên cơ sở lý thuyết tương tự giữa đối tượng nghiên cứu với mô hình tự nhiên trên đối tượng

đó Mô hình tự nhiên nằm trong tự nhiên, nó được coi như là một đối tượng có thể quan sát sự biến đối, các hiện tượng quá trình xảy ra bên trong Mô hình loại này có thể kể đến là các sân cân bằng, khu cân bằng Mô hình tự nhiên có thể được chia thành 3 nhóm là: mô hình sản xuất, thí nghiệm – sản xuất và mô hình tương tự tự nhiên

Nội dung nghiên cứu của Đề tài này là ứng dụng mô hình dòng ngầm 3 chiều để đánh giá tài nguyên nước dưới đất cho các tỉnh đồng bằng phía Tây sông Hậu Mô hình dòng ngầm 3 chiều về bản chất là mô hình số nghiên cứu quá trình vận động của nước dưới đất trong không gian 3 chiều bằng cách giải phương trình vi phân vận động của nước dưới đất, phương trình lan truyền vật chất bằng phương pháp sai phân hữu hạn Toàn bộ việc giải phương trình trên cũng như giao diện đồ họa nhập số liệu đầu vào, nhận kết quả đầu ra đã được các Công ty phần mềm thiết kế thành các phần mềm chuyên dụng Các phần mềm này đã được thương mại hóa, sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam, phải kể đến là các phần mềm Visual Modflow của Công ty Waterloo Hydrogeologic Inc Canada; GMS (Groundwatre Model Sytem) của Trường đại học Bigham Young University kết hợp với công ty U.S Army Engineer Waterways Experiment Station sản xuất; phần mềm MIKE SHE của Công ty Denmark Hydrogeology Institute Water and Enviroment Tuy nhiên sử dụng phổ biến, rộng rãi nhất hiện nay là phần mềm Visual Modflow của Công ty Waterloo Hydrogeologic Inc Canada, theo thống kê là hơn 80% các quốc gia sử dụng

Sau đây chúng tôi xin trình bày tóm lược việc giải phương trình vi phân vận động của nước dưới đất, phương trình lan truyền vật chất bằng phương pháp sai phân hữu hạn

1.1.1 Phương trình dòng chảy nước dưới đất

Phương trình vi phân vận động của nước dưới đất được thể hiện như sau:

t

h S W z

h K z y

h K y x

h K

- W là mô đun dòng ngầm, hay là các giá trị bổ cập, giá trị thoát đi của nước ngầm tính tại vị trí (x,y,z) ở thời điểm t W = W(x,y,z,t) là hàm số phụ thuộc thời gian và không gian (x,y,z)

Trong đó K và Ss là hàm số phụ thuộc vào vị trí không gian (x,y,z)

Để giải phương trình (1.1) cần phải tìm hàm số h(x,y,z,t), thoả mãn các điều kiện biên và điều kiện ban đầu Sự biến động của giá trị h theo thời gian sẽ xác định bản chất của dòng chảy và sử dụng để tính toán định lượng phục vụ cho các mục đích khác nhau như: đánh giá trữ lượng, nghiên cứu cân bằng Phương trình (1.1) là phương trình vi phân phi tuyến nên việc tìm ra hàm h(x,y,z,t) từ phương trình (1.1) thường rất khó, ngoại trừ một số rất ít trường hợp đặc biệt đơn giản mới có thể tìm ra lời giải giải tích cho phương trình Do vậy

đó người ta buộc phải giải bằng phương pháp gần đúng Một trong các phương pháp giải gần đúng ở đây được áp dụng cho bài toán này là phương pháp sai phân hữu hạn

Phương pháp sai phân hữu hạn thay vì tìm lời giải cho hàm liên tục h(x,y,z,t), người ta chia nhỏ không gian thành các ô lưới (phần tử), và chia nhỏ bước thời gian tính toán Ở mỗi phần tử trong một bước thời gian các giá trị tham gia vào phương trình được coi là đồng nhất tại mỗi thời điểm trong ô lưới người ta coi cả thông là không thay đổi Thiết lập cân bằng nước cho từng ô lưới sai phân và kết hợp chúng lại tạo thành một hệ phương trình đại số tuyến tính Giải hệ phương trình đại số này ta sẽ tìm được nghiệm là hàm h(x,y,z,t) rời rạc

Hình 1.1 mô tả quá trình rời rạc hoá không gian, vùng nghiên cứu được phân chia theo chiều thẳng đứng z thành các lớp chứa nước, thấm nước kém Mỗi lớp chứa nước lại được chia thành các ô nhỏ hơn Vùng hoạt động của nước ngầm trong mỗi tầng chứa nước sẽ được đánh dấu “hoạt động”, ở đó mực nước biến thiên và nó sẽ tham gia vào tính toán trong phương trình Những ô thuộc vùng không chứa nước hoặc nước không thể thấm qua, hoặc ô ngoài miền tính toán được thì được đánh dấu là “không hoạt động”

Hình 1.1 Sơ đồ rời rạc hoá không gian trong mô hình

Hệ phương trình sai phân nhận được từ phương trình (1.1) được thành lập

trên cơ sở các qui tắc cân bằng: Tổng tất cả dòng chảy vào và chảy ra từ một ô

phải bằng sự thay đổi thể tích nước có trong ô Giả thiết rằng mật độ của nước,

môi trường chứa nước không đổi thì cân bằng dòng chảy cho một ô được thể hiện bằng phương trình sau:

V

t

h S

- Qi là lượng nước chảy vào ô (nếu chảy ra thì Q lấy giá trị âm)

- SS là giá trị của hệ số nhả nước, nó chính là giá trị Ss(x,y,z)

- ∆V là thể tích ô

- ∆h là giá trị biến thiên của h trong thời gian ∆t tại ô lưới đang xét

Hình 1.2 mô tả cho một ô lưới (i,j,k) và 6 ô bên cạnh: (i-1,j,k), (i+1,j,k), (i,j-1,k), (i,j+1,k), (i,j,k-1), (i,j,k+1) Dòng chảy từ ô (i,j,k) sang các ô bên cạnh (ở đây ngầm định nếu dòng chảy vào ô mang dấu dương, ngược lại ra khỏi ô mang dấu âm)

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

Hình 1.2 Ô lưới i,j,k và 6 ô xung quanh

Theo định luật Darcy, lượng nước qi,j-1/2,k chảy từ ô (i,j-1,k) sang ô (i,j,k)

sẽ tính được theo phương trình sau:

2 / 1

, , ,

1 , ,

2 / 1 , ,

2 / 1 ,

) (

j

h h

v c KR

Trong đó:

- ∆ci∆vk là diện tích bề mặt vuông góc với phương dòng chảy

Tương tự ta có các phương trình cân bằng tính cho các nút lưới lân cận khác Dòng chảy chảy qua giữa các nút lưới (i,j,k) và (i,j+1,k) sẽ là:

2 / 1

, , ,

1 , ,

2 / 1 , ,

2 / 1 ,

) (

+

+ +

j

h h

v c KR

Dòng chảy chảy qua các nút lưới (i,j,k) và (i+1,j,k) sẽ là:

2 / 1

, , ,

, 1 ,

2 / 1 ,

, 2 / 1

) (

+

+ +

j i

c

h h

v r KC

và từ nút lưới (i-1,j,k) vào (i,j,k) là:

2 / 1

, , ,

, 1 ,

, 2 / 1 ,

, 2 / 1

) (

j i

c

h h

v r KC

Dòng chảy theo phương thẳng đứng qua nút lưới (i,j,k) và (i,j,k+1) là:

2 / 1

, , 1 , , 2

/ 1 , , 2

/ 1 , ,

) (

+

+ +

j i i j k

j i k

j i

v

h h

c r KV

và từ nút lưới (i,j,k-1)) và (i,j,k) là:

2 / 1

, , 1 , , 2

/ 1 , , 2

/ 1 , ,

) (

j i i j k

j i k

j i

v

h h

c r KV

Nếu chúng ta thay tích số kích thước các bước lưới và hệ số thấm bằng giá trị sức cản thấm nào đó, chẳng hạn như sức cản thấm theo phương nằm ngang từ nút lưới (i,j-1,k) đến (i,j,k) sẽ là:

Trong đó:

(i,j-1,k) và (i,j,k)

Tương tự như vậy ta sẽ có các giá trị sức cản thấm tương ứng:

Lưu lượng cung cấp từ biên vào ô được xác định theo phương trình tổng quát sau:

Trong đó:

- CRIVi,j,k,2 là giá trị sức cản thấm

Từ (1.18) suy ra:

Như vậy thành phần thứ nhất của vế phải chính là pi,j,k,2 và thành phần thứ hai chính là qi,j,k,2 trong phương trình (1.16)

Một cách tổng quát, nếu có N nguồn cấp vào trong ô lưới, lưu lượng tổng

là QSi,j,k thì:

Trong đó:

Thay các phương trình từ (1.10) đến (1.15) và phương trình (1.20 vào phương trình (1.2) ta có:

CR i,j-1/2,k (h i,j-1,k -h i,j,k )+CR i,j+1/2,k (h i,j+1,k -h i,j,k )+CC i-1/2,j,k (h i-1,j,k -h i,j,k )+CC i+1/2,j,k (h i+1,j,k -h i,j,k )

+CV i,j,k-1/2 (h i,j,k-1 -h i,j,k )+CV i,j,k+1/2 (h i,j,k+1 -h i,j,k )+P i,j,k h i,j,k-1 +Q i,j,k =S Si,j,k (∆r j ∆c j ∆v k )∆h i,j,k /∆t (1.21)

Sai phân giá trị ∆hi

,j,k/∆t ta có:

1

1 , , , , ,

m k j i

m k j i m

k j

t t

h h

Thay phương trình (1.22) vào (1.21) từ bước thời gian tm-1 đến tm ta có:

CR i,j-1/2,k (h i,j-1,k -h i,j,k )+CR i,j+1/2,k (h i,j+1,k -h i,j,k )+CC i-1/2,j,k (h i-1,j,k -h i,j,k )+CC i+1/2,j,k (h i+1,j,k -h i,j,k ) +

CV i,j,k-1/2 (h i,j,k-1 -h i,j,k )+CV i,j,k+1/2 (h i,j,k+1 -h i,j,k )+P i,j,k h i,j,k-1 +Q i,j,k = S Si,j,k (∆r j ∆c j ∆v k )(hi,j,km-h i,j,k(m-1))

Hệ phương trình trên được giải bằng phương pháp lặp, người ta tiến hành chia nhỏ khoảng thời gian (tm-1,tm) kết quả nhận được là lời giải gần đúng của hệ phương trình Khi thời gian tăng lên thì h sẽ thay đổi Khi h đạt được sự ổn định

(chênh lệch h tính được giữa 2 thời điểm kế cận nhau nhỏ hơn một giá trị cho phép) thì mực nước đạt được sự cân bằng động và tại đây kết thúc một bước tính

toán Để phương pháp lặp hội tụ, người ta chọn bước thời gian tăng theo cấp số nhân, khi đó thừa số 1/(tm-1 - tm) sẽ tiến nhanh tới 0 do đó các tổng có liên quan đến thừa số này hội tụ Có thể hình dung cách giải hệ phương trình bằng phương pháp lặp như sau:

- Điều kiện biên loại II là điều kiện biên dòng chảy được xác định trước (còn gọi là điều kiện biên Neumann) Đó là các ô mà lưu lượng dòng chảy qua biên được xác định trước trong suốt bước thời gian tính toán Trường hợp không

có dòng chảy thì lưu lượng được xác định bằng không

- Điều kiện biên loại III là điều kiện biên lưu lượng trên biên phụ thuộc vào mực nước (còn gọi là điều kiện biên Cauchy hoặc biên hỗn hợp) Có một vài dạng biên loại III này như sau:

Tùy thuộc vào biên trong thực tế là sông, suối, barie đá cách nước, lượng

bổ cập, bốc hơi nước ngầm, lỗ khoan hút nước mà người ta mô phỏng trên mô hình là biên loại I, loại II hoặc loại III

1.1.2 Phương trình lan truyền vật chất

Phương trình vi phân mô phỏng quá trình lan truyền vật chất trong môi trường nước dưới đất:

t

C R

S C

C q C v x y

C D

s s x

∂

= +

− +

θρλ

C q C v x y

C D x

s s x

∂

=+

C

q : Nguồn bổ sung chất dịch chuyển

R: Hệ số trễ

Phương trình (1.25) thể hiện quá trình dịch chuyển vật chất bao gồm 2 cơ

chế khuyếch tán (diffustion) và cuốn theo (advection) Khi di chuyển trong môi trường lỗ hổng của đất đá thì quá trình phân tán (dispertion) có tác động pha

loãng và làm hạ thấp nồng độ các chất hoà tan Đối với những chất hoà tan có khả năng bị hấp thụ trong môi trường lỗ hổng có thể làm chậm lại quá trình dịch chuyển gây ra hiện tượng trễ

Khuếch tán phân tử được mô tả bằng các định luật Fick Trong trạng thái vận động không ổn định thì quá trình khuyếch tán phân tử tuân theo định luật Fick II:

2

2

x

C D t

Trong môi trường lỗ hổng quá trình khuyếch tán không xảy ra nhanh như

ở trong nước vì các ion phải đi quãng đường dài hơn xung quanh bề mặt các hạt khoáng vật Đồng thời, sự khuyếch tán chỉ có thể sảy ra trong các lỗ hổng mở vì các hạt khoáng chặn một phần đường đi của chất dịch chuyển Trong trường hợp này thay vì dùng hệ số khuyếch tán chúng ta phải sử dụng hệ số khuyếch tán hiệu quả D* được xác định như sau:

Trong đó: w là hệ số kinh nghiệm được xác định trong phòng thí nghiệm Đối với nhóm chất hoà tan không bị hấp phụ thì w nằm trong khoảng từ 0,5 đến 0,01 (theo Freeze & Cherry, 1979)

Sự cuốn theo là sự dịch chuyển cùng vận tốc dòng chảy nước dưới đất của các chất hoà tan Vận tốc dòng chảy nước dưới đất được xác định bằng định luật Dacxi:

l

h n

K v

nước dưới đất (vx) với hệ số phân tán động lực (aL) là vx aL

Khi nghiên cứu quá trình dịch chuyển của chất hoà tan trong môi trường

lỗ hổng khó có thể tách biệt riêng rẽ hai quá trình khyếch tán phân tử và phân

tán cơ học nên khi tính toán thường đưa vào một hệ số chung gọi là hệ số phân tán thuỷ động lực (Dxy) để thể hiện cho cả hai quá trình nêu trên và được xác định như sau:

Dxy = aL.vx + D* (1.29) Trong đó:

aL: Độ phân tán động lực

vx: Vận tốc dòng chảy của nước dưới đất

D*: Hệ số khuyếch tán hiệu quả

Ngoài ra, đối với những chất hoà tan bị hấp thụ bởi các khoáng vật nằm trong môi trường lỗ rỗng còn phải kể đến hiện tượng trễ nghĩa là quá trình làm chậm do chất hoà tan bị hấp phụ trên bề mặt khoáng vật Đặc trưng cho hiện tượng trễ người ta đưa và vế phải của phương trình (1.25) thông số trễ R có giá trị từ 0 đến 1 (bằng 0 là hấp phụ hoàn toàn, bằng 1 là không bị hấp phụ) Thông

số R phụ thuộc vào nhiều mật độ của đất đá, độ ẩm của đất và hệ số phân bố chất hoà tan của chất tan trong đất Khi đánh giá sự dịch chuyển của ranh giới mặn (TDS) trong môi trường nước dưới đất người ta thường bỏ qua sự hấp phụ

và coi R = 1

Khi giải bài toán dịch chuyển của chất hoà tan trong môi trường lỗ hổng thì các thông số cần phải xác định là độ lỗ hổng hiệu quả (ne), hệ số phân tán động lực (aL), hệ số khuyếch tán hiệu quả (D*)

Phương trình (1.25) cũng được giải bằng phương pháp sai phân tương tự như giải phương trình (1.1) Cũng giống như bài toán thuỷ động lực cũng không cần mô phỏng phương trình cân bằng cho tất cả các ô lưới mà tại một số ô lưới

có thể xác lập điều kiện biên trên đó Trong bài toán lan truyền vật chất cũng gồm 3 loại biên:

- Biên Dirichle C = C0 trên Γc

n

n

C n

C D C

Γc: Miền xác định của biên

Với điều kiện ban đầu là sự phân bố nồng độ chất hoà tan trong môi trường nước ở thời điểm ban đầu ta cũng có thể xác định sự phân bố nồng độ của chất hoà tan ở thời điểm bất kỳ trong các bước thời gian tiếp theo

1.1.3 Quy trình và các bước tiến hành khi giải bài toán Địa chất thủy văn bằng phương pháp mô hình

Khi tiến hành thiết lập giải bài toán Địa chất thủy văn bằng phương pháp

mô hình hóa cần tiến hành theo các bước được mô phỏng bởi sơ đồ hình (1.4) dưới đây:

+ Xác định mục tiêu

Xác định mục tiêu khi xây dựng mô hình là bước đầu tiên quan trọng nhất khi giải bài toán ĐCTV bằng phương pháp mô hình Bước này nhằm trả lời cho câu hỏi “xây dựng mô hình để làm gì? giải quyết vấn đề gì”

Các vấn đề có thể giải quyết được bằng mô hình trong ĐCTV rất đa dạng Sau đây là một số vấn đề được giải quyết tốt bằng mô hình:

- Sử dụng mô hình để đánh giá trữ lượng nước dưới đất phục vụ các mục đích khác nhau

- Nghiên cứu, đánh giá quá trình thấm mất nước qua đập, hồ chứa

- Đánh giá lượng cung cấp cho nước dưới đất

- Dự báo động thái nước dưới đất

- Tối ưu hóa công trình khai thác nước dưới đất

- Đánh giá cân bằng nước khu vực

- Đánh giá lượng nước chảy vào mỏ khai thác khoáng sản

- Đánh giá, dự báo sự lan truyền vật chất, chất nhiễm bẩn trong môi trường nước dưới đất

Hình 1.4 Sơ đồ quy trình giải bài toán ĐCTV bằng mô hình

+ Thu thập số liệu

Các tài liệu cần thu thập phục vụ làm số liệu đầu vào cho mô hình gồm:

- Số liệu về địa tầng lỗ khoan phục vụ việc phân chia lớp mô hình

- Các thông số địa chất thủy văn của các tầng chứa nước, cách nước

- Bản đồ mực nước (thủy đẳng cao, thủy đẳng áp) các tầng chứa nước để làm số liệu đầu vào, chỉnh lý mô hình

- Tài liệu về cấu trúc địa chất, sự phân bố các dòng mặt để xác lập điều kiện biên cho mô hình

- Lượng mưa, lượng bốc hơi để xác định lượng bổ cập và thoát

- Tài liệu quan trắc động thái nước dưới đất để chỉnh lý, hiệu chỉnh mô hình

- Quan trắc mực nước, động thái dòng mặt để xác định các thông số trên biên của các tầng chứa nước

- Các thông số đặc trưng cho bài toán dịch chuyển vật chất

Các số liệu trên sẽ được thu thập, tổng hợp và chỉnh sửa sơ bộ để loại bỏ các sai số thô Sau đó chúng sẽ được xử lý, số hóa thành dạng file số liệu phù hợp để đưa vào mô hình Tùy theo phần mềm sử dụng mà các file số liệu này sẽ được xử lý đưa về định dạng file phù hợp

+ Xây dựng mô hình khái niệm

Đây là bước rất quan trọng khi tiến hành giải bài toán ĐCTV bằng phương pháp mô hình Mục đích của mô hình khái niệm là để đơn giản bài toán thực tế và tổ chức các số liệu thực đo có liên quan sao cho hệ thống có thể được phân tích một cách dễ dàng Chất lượng kết quả dự báo phụ thuộc rất nhiều vào bước xây dựng mô hình khái niệm Mô hình khái niệm càng sát thực thế thì kết quả dự báo sẽ càng chuẩn xác Những việc cần làm khi xây dựng mô hình khái niệm gồm:

- Xác định các điều kiện trong vùng nghiên cứu, yếu tố nào là quan trọng, yếu tố nào có thể xem nhẹ, bỏ qua

- Đối tượng mô hình nào là đối tượng điển hình, khách quan Ví dụ nguồn nào có khả năng gây ô nhiễm cao, chất nào có khả năng di chuyển cao

Trên cơ sở đó sơ bộ xác định các yếu tố nhằm xác lập mô hình như:

- Xác định kích thước, diện tích xây dựng mô hình

- Dự kiến số lớp, số ô lưới và kích thước ô lưới

- Mô hình có biên hay không có biên

- Các tầng chứa nước là đồng nhất hay không đồng nhất

- Vận động ổn định hay không ổn định v.v

Cân nhắc và chỉnh sửa mô hình khái niệm trước khi xây dựng, phát triển thành mô hình số

- Phân chia ô lưới, lớp của mô hình

- Nhập các bề mặt đẳng của bề mặt địa hình, đáy các lớp chứa nước và cách nước

- Nhập các thông số ĐCTV, thông số dịch chuyển cho các lớp của mô hình

- Xác định điều kiện biên (biên dòng chảy, biên dịch chuyến vật chất) và nhập số liệu vào mô hình (loại biên, hình dáng, số liệu thông số trên biên)

- Lượng bổ cập, thoát do bốc hơi từ bề mặt nước ngầm

- Các lỗ khoan hút nước khai thác nước

- Mực nước ban đầu

+ Chỉnh lý hiệu chỉnh mô hình

Chỉnh lý mô hình được thực hiện bằng bài toán ngược và bài toán nghịch

và được gọi chung là bài toán ngược chỉnh lý mô hình Nội dung của bài toán ngược là xác định điều kiện ứng với trạng thái nào đó của đối tượng nghiên cứu khi biết trước giá trị của hàm động lực Nội dung của bài toán nghịch là tìm những đặc trưng vật lý của môi trường đối tượng mô hình hóa khi biết điều kiện ranh giới và sự phân bố của hàm áp lực trong phạm vi miền mô hình hóa

Trước hết cần tiến hành phân tích để loại bỏ những sai số thô, khắc phục các lỗi nhập số liệu Sau đó chuẩn bị các tài liệu quan trắc thực tế để làm cơ sở đánh giá khi tiến hành chỉnh lý, hiệu chỉnh mô hình Mô hình được hiệu chỉnh bằng bài toán ngược bao gồm bài toán ngược ổn định và bài toán ngược không

ổn định

Bài toán ngược ổn định được chỉnh lý các thông số tại thời điểm nước dưới đất vận động ổn định, nghĩa là các yếu tố động lực của dòng thấm (mực nước, lưu lượng) không biến đổi theo thời gian Mục đích của bài toán ngược ổn định là chỉnh lý hệ số thấm của các tầng chứa nước cách nước khi biết trước sự phân bố mực nước trong các tầng chứa nước và điều kiện biên

Bài toán ngược không ổn định nhằm chỉnh lý, chính xác hóa các thông số vật lý của trường thấm là hệ số thấm, hệ số nhả nước Chỉnh lý điều kiện biên và

- Sai số trung bình (ME) là sai số trung bình giữa mực nước quan trắc (hm)

và mực nước mô hình (hs):

ME = 1/n ∑(hm - hs) (1.30) Trong đó: n là số điểm chỉnh lý

Kết quả này ít có giá trị tham khảo và không được sử dụng rộng rãi để đánh giá sai số bởi vì đôi khi giá trị sai khác mang dấu âm và dương sẽ loại trừ nhau và cuối cùng vẫn có thể đạt trị số ME cực tiểu

- Sai số tuyệt đối trung bình (MAE) là giá trị trung bình tuyệt đối giữa hiệu số mực nước quan trắc và mực nước mô hình:

MAE = 1/n ∑⎜(hm - hs)⎜ (1.31)

- Sai số trung bình quân phương (RMS) hay là độ lệch chuẩn được tính theo công thức:

RMS = [1/n ∑(hm - hs)2]0.5 (1.32) Sai số MAE và RMS là chỉ tiêu tốt để đánh giá chất lượng của mô hình

+ Giải thích kết quả

Sau khi chỉnh lý mô hình các thông số vật lý của trường thấm, các điều kiện biên của mô hình đã được chỉnh lý tương đối sát với điều kiện trong tự nhiên Sử dụng các điều kiện này làm số liệu đâu vào để chạy bài toán thuận để nhận được các kết quả tính toán là mực nước, lưu lượng của các tầng chứa nước

Phân tích, giải thích các kết quả thu được, nếu kết quả là phù hợp thì chúng ta có thể sử dụng mô hình này cùng với các thông số, điều kiện biên để tiến hành chạy bài toán thuận dự báo phục vụ cho các mục tiêu nghiên cứu đề ra Trong trường hợp ngược lại, các kết quả chưa phù hợp thì cần phải quay lại các bước trước đây để tiến hành xây dựng và hiệu chỉnh lại từ đầu

+ Bài toán dự báo

Dự báo là bước cuối cùng khi giải bài toán địa chất thủy văn bằng mô hình Bài toán dự báo có thể tiến hành trong thời gian ngắn hoặc dài tùy theo mục tiêu đề ra Đồng thời trong quá trình dự báo có thể chạy tiến hành song song nhiều bài toán dự báo: bài toán thủy động lực, tính toán cân bằng nước, bài toán dự báo dịch chuyển chất nhiễm bẩn tùy theo yêu cầu, mục tiêu đề ra trước khi tiến hành xây dựng mô hình

1.1.4 Các bước tiến hành khi giải bài toán mô hình Địa chất thủy văn bằng phần mềm Visual Modflow

Như đã nêu ở phần trên, hiện nay trên thế giới có khá nhiều phần mềm được thương mại hóa phục vụ việc giải bài toán Địa chất thủy văn bằng phương pháp mô hình như Visual Modflow, GMS, MIKE SHE Mỗi phần mềm đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng

GMS (Groundwatre Model Sytem) của Trường đại học Bigham Young University kết hợp với công ty U.S Army Engineer Waterways Experiment Station sản xuất và phát triển Điểm mạnh của phần mềm này là được tích hợp các mô dul GIS để phục vụ công tác nhập số liệu tuy nhiên không được thiết kế theo hướng mở để có thể giao tiếp số liệu thuận lợi với các phần mềm khác GMS cũng được thiết kế trên nền tảng MODFLOW-96 và MODFLOW – 2000 nhưng việc nhập số liệu vào mô hình bằng GMS thường khá phức tạp và khó chỉnh sửa Giá thương mại của phần mềm khá cao, theo thống kê trên thế giới có khoảng 18% các nước sử dụng phần mềm này Ở Việt Nam, GMS được một số

Cơ quan trong miền Nam sử dụng

Visual Modflow của Công ty Waterloo Hydrogeologic Inc Canada xây dựng và phát triển Đây là phần mềm rất dễ sử dụng, tính linh động cao vì có thể giao tiếp được với nhiều phần mềm chuyên dụng khác như Mapinfow, ArcGIS, Sufer, Excel, MicroStation Việc nhập và hiệu chỉnh số liệu đầu vào cho mô hình bằng phần mềm này được tiến hành một cách dễ dàng, tốc độ tính toán khá nhanh Đồng thời giá thương mại của phần mềm vừa phải nên được sử dụng khá rộng rãi Theo thống kê có tới 80% số quốc gia sử dụng phần mềm này trong

nghiên cứu Địa chất thủy văn Ở Việt Nam, từ những năm 80 phần mềm này đã được du nhập và sử dụng rất rộng rãi

MIKE SHE là phần mềm tổng hợp sử dụng cả nước mặt và nước dưới đất

do Công ty Denmark Hydrogeology Institute Water and Enviroment xây dựng

và phát triển Nhược điểm của MIKE SHE là tốc tộ tính toán chậm, hơn nữa phần mềm này mới được xây dựng và phát triển nên hiện nay mới có khoảng 2%

số nước trên thế giới sử dụng phần mềm này Ở Việt Nam, MIKE SHE lần đầu tiên được sử dụng để xây dựng mô hình NDD cho vùng bazan của tỉnh ĐakLak trong dự án hợp tác giữa Việt Nam và Úc

Hình 1.5 Sơ đồ các bước tiến hành khi giải bài toán mô hình bằng phần mềm Visual Modflow

Với những ưu điểm vượt trội như đã nêu nên trong Đề tài khoa học này chúng tôi đã sử dụng bộ phần mềm Visual Modflow để xây dựng mô hình cho vùng nghiên cứu Các bước tiến hành khi giải bài toán mô hình bằng phần mềm Visual Modflow gồm:

- Thu thập và hiệu chỉnh sơ bộ số liệu đầu vào

- Mô hình hóa

- Xây dựng, chỉnh sửa mô hình khái niệm

- Xây dựng mô hình số gồm mô hình dòng chảy và mô hình vận chuyển vật chất

- Giải các bài toán Địa chất thủy văn theo yêu cầu bằng phần mềm

- Xuất kết quả tính toán thông qua các giao diện biểu đồ, đồ thị 2D, 3D Toàn bộ quy trình giải bài toán mô hình bằng phần mềm Visual Modflow được trình bày trong sơ đồ hình 1.5

1.2 Tình hình áp dụng mô hình nước dưới đất trên thế giới

Trên thế giới việc áp dụng phương pháp mô hình hóa để nghiên cứu các đối tượng Địa chất thủy văn đã bắt đầu từ thế kỷ trước Nó phát triển rất nhanh, mạnh ở các nước công nghiệp phát triển như Liên Xô cũ (nay là Nga và các nước Cộng hòa khác), Mỹ, Pháp, Canada, Đan Mạch Ở nước ta, nó mới được

áp dụng trong những năm 70, 80 của thế kỷ trước Lịch sử phát triển của mô hình hóa Địa chất thủy văn có thể được chia làm 6 giai đoạn:

Giai đoạn 1 kéo dài từ thế kỷ 19 đến những năm 20 của thế kỷ 20 Trong giai đoạn này, nó được áp dụng để nghiên cứu các bài toán thấm cơ bản

Giai đoạn 2 kéo dài từ những năm 20 đến những năm 40 của thế kỷ 20 Trong giai đoạn này đã phát triển một số mô hình vật lý và mô hình điện tương

tự (EGĐA) để luận chứng thiết kế một số công trình thủy lợi ở Liên Xô Một số phòng thí nghiệm thấm được hình thành ở Liên Xô như VNIIG, VODGEO, MGRI do Giáo sư G.N.Kamenxki chỉ đạo

Giai đoạn 3 bắt đầu từ sau chiến tranh thế giới II (cuối những năm 40) đến cuối những năm 50 của thế kỷ 20 Giai đoạn này đặc trưng bởi sự phát triển mạnh của phương pháp EGĐA Nó được sử dụng để giải các bài toán thấm dưới móng đập, xác định dòng chảy đến giếng và lò, giếng mỏ Cũng trong giai đoạn này người ta cũng dùng phương pháp EGĐA để nghiên cứu dự đoán động thái, cân bằng nước ngầm ở các vùng tưới như Davogia, Dovongie, Bắc Keprad, Trung Á, Ukraina Sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn và tích phân thủy lực V.X.Lukianov để giải các bài toán thấm Các bài toán thấm 1 chiều, hai chiều và không gian dưới nền đập, quanh hồ chứa và kênh đào đã được nghiên cứu Lần đầu tiên giải bài toán ngược xác định thông số Địa chất thủy văn và giá trị cung cấp thấm đối với dòng một chiều cũng như dòng thấm phẳng hai chiều Trong giai đoạn này phương pháp mô hình đã được đưa vào chương trình giảng dạy tại một số trường Đại học như trường MGRI, MGU (năm 1954) và trường Kiev, Tasken, Mỏ Leningrat, Bách khoa Anmaata (những năm 1961)

Giai đoạn 4 kéo dài trong những năm 60 của thế kỷ 20 Đây là giai đoạn

mô hình toán học phát triển mạnh mẽ, chủ yếu là máy tính tích phân điện ô mạng Nhờ các máy tích phân, nhiều bài toán phức tạp đã được giải như: Đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất, dự đoán nước ngầm vùng tưới, luận chứng hợp lý các dạng kênh thoát để cải tạo đất, tính toán các hệ thống lỗ khoan

hạ thấp mực nước khi khai thác khoáng sản kỹ thuật và phương pháp mô hình được hoàn thiện và phát triển Mô hình địa chất thủy văn được ứng dụng để nghiên cứu điều tra địa chất thủy văn trong các khu vực rộng lớn, chỉnh lý các thông tin ĐCTV trong các giai đoạn điều tra Phương pháp luận và lý thuyết giải bài toán ngược phát triển, nhiều thiết bị chuyên môn được chế tạo Lần đầu tiên những công trình khoa học mang tính chất tổng kết về phương pháp mô hình ĐCTV được trình bày hội thảo trong những hội nghị Quốc tế

Giai đoạn 5 bắt đầu từ cuối những năm 60 đến những năm 70 Nó đặc trưng bởi sự xuất hiện nhiều lĩnh vực mới trong lý thuyết về mô hình hóa và ứng dụng nó để giải quyết những nhiệm vụ thực tế ĐCTV Lần đầu tiên tổ hợp tương

tự - số đã được hình thành Phương pháp sử dụng kết hợp giữa AVM và ESVM bắt đầu phát triển Lời giải của các bài toán về điều kiện lựa chọn hợp lý các điều kiện khai thác mỏ nước dưới đất, lựa chọn tối ưu để khai thác nhiệt từ lòng đất đã được áp dụng trong thực tế, sản xuất Đồng thời trong giai đoạn này vấn

đề áp dụng phương pháp mô hình để nghiên cứu cổ ĐCTV, sự hình thành của nước dưới đất cũng được nghiên cứu và cũng đã đạt được những thành tựu đáng

kể Các vùng đã áp dụng phương pháp mô hình như VXEGINGEO, MGU, KGU, GIDROINGEO (Liên Xô)

Giai đoạn 6 bắt đầu từ cuối những năm 70 thế kỷ 20 đến ngày nay Đây là giai đoạn phát triển mạnh nhất của mô hình số Nhiều bài toán thủy động lực cũng như các bài toán về vận chuyển vật chất, vận chuyển nhiệt trong địa chất thủy văn được áp dụng rộng rãi Phương pháp luận và cơ sở lý thuyết phương pháp mô hình số (mô hình sai phân) được hoàn thiện và áp dụng vào trong thực

tế phục vụ các vấn đề về địa chất thủy văn, quản lý và quy hoạch nguồn nước dưới đất Đồng thời trong giai đoạn này, với những tính năng vượt trội mô hình

số đã dần thay thế những mô hình vật lý, mô hình tương tự cổ điển trước đây Những nước phát triển như Mỹ, Nga (Liên Xô trước đây), Đan Mạch, Canada, Úc đã áp dụng mô hình số để giải quyết hầu hết các vấn đề ĐCTV, đồng thời còn sử dụng mô hình số để phục vụ công tác quản lý tổng hợp tài nguyên nước trong lãnh thổ Những nước ở Châu Á, Đông Nam Á cũng đã áp dụng mô hình

số để đánh giá và quản lý tài nguyên nước trên lãnh thổ của mình Ở Việt Nam,

Năm 2000 cũng tại Cục Địa chất Mỹ đã triển khai dự án nhằm đánh giá lượng bổ cập cho nước dưới đất tại bang Texas cũng đã sử dụng phương pháp

mô hình số Kết quả đã tính toán xác định được cân bằng nước trên toàn bang, đánh giá được lượng bổ cập cho nước dưới đất từ các nguồn nước mưa và nước mặt Kết quả đánh giá xác định được nguồn bổ cập cho nước dưới đất chiếm 15% tổng lượng mưa Phần mềm được sử dụng để xây dựng mô hình là Visual Modflow của công ty Waterloo Hydrogeologic Inc Canada

Năm 2000, Công ty Waterloo đã ứng dụng phần mềm Visual Modflow xây dựng mô hình số để đánh giá lượng thấm mất nước qua vai đập tại đập Chemwest vùng phía Tây nước Mỹ Đập được xây dựng trên sông Norman

Tại Đan Mạch, để phục vụ công tác Quản lý tài nguyên nước dưới đất trên toàn lãnh thổ, các cơ quan quản lý tài nguyên nước Chính phủ Đan Mạch đã xây dựng mô hình số nước dưới đất cho toàn lãnh thổ, thời gian xây dựng là 5 năm

từ 2000 đến 2005 Phần mềm sử dụng để xây dựng mô hình là MIKE SHE

Và cho tới nay, hầu hết các nước trên thế giới đều đã sử dụng công cụ là

mô hình số để phục vụ công tác đánh giá tài nguyên cũng như để giải quyết các vấn đề thực tế đề ra trong lĩnh vực Địa chất thủy văn Mô hình số cũng được áp dụng rộng rãi để quản lý tài nguyên nước dưới đất trên lãnh thổ

1.3 Tình hình áp dụng mô hình nước dưới đất ở Việt Nam

Từ những năm kháng chiến cho đến thời kỳ giải phóng Việt Nam đã cử rất nhiều học sinh sang học tập, thực tập sinh, làm luận án tiến sĩ ở Liên bang

Xô Viết (Liên Xô) Chính những học sinh, nghiên cứu sinh đó đã được học tập

về cơ sở lý thuyết phương pháp mô hình trong nghiên cứu ĐCTV và đem chúng

về áp dụng ở Việt Nam Trong thời gian này (khoảng từ năm 1975 – 1985), trường Đại học Mỏ - Địa chất cũng đã đưa môn học cơ sở lý thuyết mô hình số vào giảng dạy bậc Sau đại học và môn học đó vẫn tồn tại và phát triển vững mạnh cho đến nay Hiện nay, phòng thí nghiệm Bộ môn ĐCTV vẫn còn máy tích phân điện EGDA nhập từ Liên Xô trước đây nhưng hiện nay không còn sử dụng mà thay vào đó là chương trình mô hình số

Mô hình số được áp dụng vào Việt Nam lần đầu tiên là năm 1984 để đánh giá trữ lượng nước dưới đất trong phương án thăm dò tỉ mỉ nước dưới đất vùng

Hà Nội do Liên đoàn ĐCTV – ĐCCT Miền Bắc chủ trì Đơn vị thực hiện chạy

mô hình là Viện Cơ học Việt Nam Phần mềm sử dụng để mô hình hóa là Visual Moflows 2.0 chạy trên môi trường DOS

Năm 1985, trong chuyên khảo Nước dưới đất đồng bằng Nam Bộ do Vũ Văn Nghi chủ biên đã đánh giá trữ lượng khai thác dự báo cho toàn đồng bằng Nam Bộ bằng phương pháp mô hình số Tuy nhiên trong đề án này đã không sử dụng phần mềm lập sẵn mà tự lập trình thành chương trình tính toán trên cơ sở giải phương trình vi phân vận động của nước dưới đất, dòng chảy 2 chiều bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Năm 1993, trong phương án thăm dò tỉ mỉ nước dưới đất vùng Hà Nội mở rộng do Trần Minh chủ trì cũng đã sử dụng phương pháp mô hình số để đánh giá trữ lượng cho vùng Hà Nội Phần mềm sử dụng để mô hình hóa cũng là Visual Modflow 2.0

Đề tài nghiên cứu khoa học đánh giá sự ô nhiễm nhiễm bẩn vùng Hà Nội của Đặng Đình Phúc cũng đã áp dụng mô hình dịch chuyển vật chất bằng phần mềm Visual Modflow 2.82 để đánh giá sự dịch chuyển của các chất nhiễm bẩn trong môi trường nước dưới đất vùng Hà Nội

Trong chuyên khảo nước dưới đất đồng bằng Bắc Bộ cũng đã áp dụng phương pháp mô hình số để đánh giá trữ lượng động cho toàn vùng nghiên cứu Phần mềm sử dụng là Visual Modflow 2.82

Năm 1997 chương trình hợp tác giữa chính phủ Hà Lan và Việt Nam để thực hiện triển khai dự án Nghiên cứu nước ngầm vùng Đồng bằng sông Cửu Long Đơn vị thực hiện, lập báo cáo tổng kết dự án là Công ty tư vấn kỹ thuật và kiến trúc HASKONING (Hà Lan) phối hợp với Liên đoàn ĐCTV – ĐCCT Miền Nam cũng đã áp dụng mô hình số để đánh giá trữ lượng nước dưới đất cho toàn vùng đồng bằng Sông Cửu Long Phần mềm sử dụng là GMS phiên bản 3.0

Và từ đó cho đến nay, trong các phương án thăm dò nước dưới đất phục

vụ khai thác nước dưới đất ở một số đô thị, nhà máy nước đều đã áp dụng phương pháp mô hình số để đánh giá trữ lượng khai thác Theo thói quen, các tỉnh khu vực phía Nam Việt Nam thường sử dụng phần mềm GMS để thực hiện việc mô hình hóa, ở Miền Bắc Việt Nam thường sử dụng phần mềm Visual Modflow để tiến hành mô hình hóa Các nhà máy nước ở Hà Nội như: Yên Phụ

mở rộng, Cáo Đỉnh, Gia Lâm, Thượng Cát, Sài Đồng, Lương Yên, Nam Dư trong giai đoạn thăm dò, lập báo cáo thăm dò cũng đều sử dụng phương pháp

mô hình số để đánh giá trữ lượng nước dưới đất Phần mềm sử dụng là Visual Modflow Báo cáo thăm dò nước dưới đất thuộc các tỉnh phía Nam như: Cà Mau, Sóc Trăng, Bến Cầu (Tây Ninh), Bạc Liêu, Cần Thơ để phục vụ xây dựng nhà máy nước đều sử dụng phương pháp mô hình số để đánh giá trữ lượng khai thác cho nước dưới đất Ngoài ra còn một số đề án thăm dò khu vực phía Bắc như bãi giếng Túc Duyên (Thái Nguyên), Phúc Yên (Vĩnh Phúc) cũng đều

áp dụng phương pháp mô hình số để đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất

Năm 2005, dự án hợp tác giữa Việt Nam và Úc cũng đã áp dụng phương pháp mô hình số để đánh giá trữ lượng nước ngầm cho vùng bazan trên địa bàn tỉnh Đak Lak

Ngoài những đề án phục vụ sản xuất thực tế còn có hàng vài chục các đề tài nguyên cứu khoa học cũng đã áp dụng phương pháp mô hình số phục vụ các nghiên cứu địa chất thủy văn khu vực như: Đề tài nghiên cứu khoa học cứu Phân chia địa tầng N – Q và nghiên cứu cấu trúc địa chất đồng bằng Nam Bộ, đề tài đánh giá tiềm năng nước dưới đất thấu kính nước nhạt vùng Nam Định

Việc áp dụng phương pháp mô hình số còn được tiến hành trong các luận

án thạc sỹ, tiến sỹ ngành Địa chất thủy văn thuộc trường Đại học Mỏ Địa chất

Thực tế đã chứng minh tính ưu việt của phương pháp mô hình số, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Cục Quản lý Tài nguyên nước cũng đã khuyến khích việc sử dụng phương pháp mô hình số để đánh giá trữ lượng cho các đề án thăm

dò nước dưới đất phục vụ công tác cấp nước trên phạm vi toàn quốc, nhất là đối với những công trình có quy mô lớn hoặc vùng thăm dò có điều kiện địa chất thủy văn phức tạp hoặc những vùng đang khai thác Điều này được thể hiện chi tiết trong thông tư 02/2005/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và môi trường

Ngoài ra, để phục vụ công tác Quản lý nhà nước về tài nguyên nước, đối với nước ngầm, Cục Quản lý Tài nguyên nước cũng đã áp dụng mô hình số để quản lý tài nguyên nước ngầm tại 2 đồng bằng lớn là Đồng bằng Bắc Bộ và Đồng bằng Nam Bộ

Trong khuôn khổ của đề tài đã đặt ra mục tiêu áp dụng những kết quả đánh giá bằng mô hình số cho công tác quản lý tài nguyên nước dưới đất cho các tỉnh phía Tây sông Hậu Khi xây dựng mô hình số cho vùng nghiên cứu chúng tôi sử dụng bộ phần mềm Visual Modflows phiên bản 4.2 của Công ty Waterloo Hydrogeology INC Canada, đây là phần mềm được sử dụng khá phổ biến trong nghiên cứu ĐCTV, tài nguyên nước ở Việt Nam Những ưu điểm của phần mềm Visual Modflow so với các phần mềm mô hình khác (GMS, MIKE SHE) là:

- Nhập số liệu và chỉnh sửa số liệu đầu vào khi sử dụng phần mềm Modflows là khá thuận tiện Lấy các kết quả đầu ra được thiết kế khoa học, thuận tiện, giao diện đồ họa 3D, dễ sử dụng Giá cả phần mềm có tính cạnh tranh so với các phần mềm khác

- Phần mềm Visual Modflows liên tục được nâng cấp nên các phiên bản cao hơn ngày càng thân thiện với người sử dụng Phần mềm có thể nhận được trực tiếp các file số liệu từ các phần mềm khác như Excel, Access, Mapinfow, Surfer, Microstation, và một các phần mềm GIS khác nên rất thuận tiện cho việc trao đổi xuất, nhập dữ liệu

Chính những ưu điểm vừa nêu trên mà phần mềm Visual Modflows được

sử dụng khá rộng rãi ở trên thế giới Theo thống hiện nay trên thế giới có khoảng 80% sử dụng phần mềm này khi giải các bài toán ĐCTV, đánh giá tài nguyên nước bằng phương pháp mô hình hóa Chính vì vậy khi xây dựng mô hình nước dưới đất cho khu vực các tỉnh phía Tây sông Hậu chúng tôi đã lựa chọn phần mềm VisualModflows phiên bản 4.2

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM CÁC TẦNG CHỨA NƯỚC KHU VỰC CÁC TỈNH PHÍA

TÂY SÔNG HẬU 2.1 Tổng quan lịch sử nghiên cứu Địa chất thủy văn đồng bằng Nam Bộ

2.1.1 Giai đoạn trước năm l975

Ngay từ đầu thế kỷ 20, các công trình khai thác nước dưới đất đã được thi công và sử dụng cấp nước cho sinh hoạt Tại Sài Gòn năm 1907 đã có các công tnình khai thác nước công suất 4.600 m3/ngày ở Tân Sơn Nhất và sau đó mở rộng lên Gò Vấp khai thác với công suất là 10.200 m3/ngày Các lỗ khoan khai thác nước ở Cà Mau được khoan năm 1930 do công ty người Pháp thực hiện, lỗ khoan sâu 170 m, lấy nước trong tầng nước áp lực, lưu lượng 1.800 m3/ngày Tiếp theo những năm sau đó 1932-1933, các giếng khai thác ở Bạc Liêu (sâu 89m), Sóc Trăng (133 m) được đưa vào hoạt động Từ năm 1960 trở đi hầu hết các thị xã khu dân cư, khu quân sự đều có lỗ khoan được khoan thăm dò ừa khai thác Tài liệu ghi lại các lỗ khoan ở Vị Thanh, Rạch Giá, Kiên Lương, Kênh B (Hậu Giang), Cần Thơ, Vĩnh Long, Trà Vinh Các lỗ khoan sâu gặp nước mặn phải bỏ như Ba Tri (sâu 408 m), Bến Tre (sâu 355 m), Gò Công (sâu 380 m),

Mỹ Tho (sâu 360m), Cần Giuộc (sâu 50m) Một số lỗ khoan thành công đưa vào khai thác tại Đạo Thạnh (Mỹ Tho) sâu 390m, Chợ Gạo (sâu 220m), Tân Hiệp (220m), Gò Đen (l80 m), Bình Chánh (l80m) Thời gian này tại Sài Gòn có tới

40 giếng khoan hoạt động khai thác khoảng 162.000 m3/ngày (các công trình này chủ yếu tập trung tại tầng Pleistoxen) Với lưu lượng này nước nhạt không

đủ cấp, bãi giếng của thành phố, các tầng chứa nước có nguy cơ cạn kiệt, bị nước mặn xâm nhập hủy hoại một phần tầng chứa nước Do đó người ta đã chuyển hướng sử dụng nước sông Đồng Nai, xử lý qua nhà máy nước Thủ Đức, công suất thiết kế 48000 m3/ngày Nhà máy nước được xây dựng từ năm 1962 đến 1967

Năm 1964 các nhà địa chất Mỹ có nhiều chuyến khảo sát ở Nam Bộ và tổng hợp thành các báo cáo công bố vào năm 1966, đáng chú ý là :

- W.C.Raslnussen, 1966 - Geohydrology of Lower Mekong

- W C Rasmussen, 1966 - Review of Groundwater potential of Sotlth Vietnam with reference to the delta (đánh giá tài nguyên nước ngầm ở vùng châu thổ NamViệt Nam) Tác giả đưa ra nhận định hợp lý về khả năng khai thác nước bằng các giếng khoan sâu 10- 100 m ở miền Đông Nam Bộ và tìm kiếm trong các tầng aluvi cổ ở trũng Cửu Long Trong phần đề xuất của mình, tác giá

nêu hướng nghiên cứu kết hợp các phương pháp như ảnh hàng không, địa vật lý

đo sâu diện và địa vật lý lỗ khoan (karota), mẫu cổ sinh, địa tầng và kỹ thuật khoan giếng ở vùng châu thổ

Năm 1969 H.R.Anderson đã tổng hợp và viết nhiều báo cáo đánh giá tầng nước tự lưu ở vùng hạ lưu sông Mê Kông Cụ thể là:

+1969: Altesian aquifer in lower region of the Mekong delta,

Groundwater condition in the hundred metre artesian aquifer in Bac Lieu province

+ The occurence of artesian water in the 450 sand at Bai San - 10 1969

+ Availabilily of groundwater along the Cambodian border in the Mekong delta

Các tài liệu của Anderson ghi chép thực tế và nhận định sâu sắc việc thực hiện các công trình cấp nước ở các vùng khác nhau trong vùng châu thổ

Phối hợp với các nhà địa chất nước ngoài, các nhà địa chất Việt Nam cũng tham gia có: Từ Quy, Nguyễn Văn Re, Victor phạm cũng đã có những thông tin ngắn về nguồn nước ngầm tại Bạc Liêu, Biên Hoà, Sài Gòn Năm 1913 đoàn chuyên viên Nhật Bản khảo sát vùng Hóc Môn do Muranatabe, nhằm thành lập đề án khai thác bổ sung cho thành phố Sài Gòn, mục tiêu 200000

m3/ngày Đề án được thực hiện bước 1 dở dang thì miền Nam được giải phóng năm 1975

Tóm lại: giai đoạn này công tác điều tra địa chất thủy văn phát triển không cân đối Các báo cáo được đề cập phần lớn ghi lại kết quả tìm kiếm khai thác nước ở các điểm cụ thể Không có phương án nghiên cứu toàn diện, chưa

có báo cáo nào đánh giá trữ lượng của vùng hay công trình khai thác Các loại bản đồ tối thiểu cần thiết về địa chất thủy văn cũng chưa được lập

2.1.2 Giai đoạn từ năm 1975 đến nay

Sau ngày miền Nam giải phóng, công tác nghiên cứu điều tra cơ bản điều kiện tự nhiên ở đồng bằng Nam Bộ được triển khai của nhiều cơ quan như Bộ Thủy lợi, Bộ Nông nghiệp, Bộ xây dựng, Tổng cục địa chất, các ban ngành chuyên môn của các tỉnh phối hợp Công ty xây dựng cấp thoát nước số 2 (Bộ Xây dựng) là cơ sở tiếp nhận tài liệu địa chất thủy văn, khoan cấp nước trước đây của chính quyền cũ để lại, nơi quản lý và xây dựng các công trình khai thác nước ở các địa phương Năm 1980 Phan Đình Điệp và Vương Văn Phổ Danh viết "Nước ngầm ở đồng bằng sông Cửu Long" đánh giá hiện trạng khoan cấp nước ở đồng bằng Với 252 lỗ khoan, các tác giả thống kê phân chia ra các vùng

Năm 1983, cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế phối hợp với Viện năng lượng nguyên tử quốc gia và sau đó có sự cộng tác của Liên đoàn 8 đã tiến hành nghiên cứu thủy văn đồng vị ở đồng bằng Kết quả lấy mẫu và phân tích mẫu đã tổng hợp thành 2 báo cáo chính Báo cáo thứ nhất do tiến sĩ Aranyorosy

và TS Trần Kim Thạch lập năm 1986, báo cáo thứ hai do Hồ Hữu Dũng và Vũ Văn Nghi viết năm 1992 Các báo cáo đã cho kết luận về tuổi và nguồn gốc nước đưới đất của các tầng chứa nước tại đồng bằng sông Nam Bộ Báo cáo này

đã được các nhà chuyên gia của cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế đánh giá cao về mặt khoa học và lưu hành như tài liệu chính thức trong hệ thống tài liệu khu vực của cơ quan quốc tế này Đây là những tài liệu ứng dụng có ý nghĩa bổ xung cho những nghiên cứu địa chất thủy văn ở đồng bằng bằng các phương pháp hiện đại đánh giá nguồn hình thành trữ lượng nước nhạt Nam Bộ

Năm 1985 Nguyền Đông Lâm và những người khác đánh giá điều kiện địa chất thủy văn Đông Nam Bộ, một phần trong chương trình qui hoạch của Bộ xây dựng mã số 28.03.02

Năm 1986 Vũ Văn Nghi và Tiến sĩ Georger Sentez đã lập báo cáo kết quả điều tra và tính trữ lượng nước dưới đất vùng Đồng Tháp Mười cho UNDP và Chính phủ Việt Nam theo dự án VIE-81-004

Năm 1986 PTS Trần Hồng Phú đã hoàn thành đề tài “ Nước dưới đất đồng bằng sông Cửu Long” một phần trong chương trình 44.04 “Nước dưới đất Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam” mang mã số 44.04.01.03

Năm 1986 KS Trần Lã hoàn thành báo cáo nghiên cứu khoa học “Hướng dẫn phương pháp tìm kiếm, thăm dò, đánh giá trữ lượng khai thác các mỏ nước

ở Việt Nam”, trong đó có phần chuyên về nước bồn Actêzi Nam Bộ, mã số 44.04.03.02

Năm 1989 Vũ Văn Nghi hoàn thành đề tài mang mã số 8.03.86 “Soạn thảo phương pháp tính thông số địa chất thủy văn và trữ lượng nước dưới đất ở

đồng bằng sông Cửu Long” Ba đề tài trên là những thông tin khá đầy đủ có ý nghĩa cả về mặt lý thuyết và thực tiễn nghiên cứu địa chất thủy văn tại đồng bằng Nam Bộ

Từ năm 1980, “Chương trình điều tra tổng hợp vùng đồng bằng sông Cửu Long” cấp nhà nước được thực hiện do GS.TS Nguyễn Ngọc Trân chủ trì Chương trình 60.01, 60.02 và 60.02b các chương trình này nghiên cứu toàn diện về các qui luật tự nhiên, kinh tế xã hội Trong đó có đề cập đến điều kiện địa chất thủy văn, địa chất, địa chất thủy văn, đưa ra các qui luật và yếu tố ảnh hưởng

Năm 1991 Vũ Văn Nghi và Hans Weslling tiến hành đánh giá tổng hợp tiềm năng nước dưới đất và lập các dự án cấp nước cho vùng đồng bằng sông Cửu Long phục vụ cho dự án Mekong Delta Master Plan của nhà nước Việt Nam do Công ty tư vấn kỹ thuật Nedeco thực hiện

Trên lãnh thổ đồng bằng Nam Bộ từ năm 1982 đến nay, Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT Miền Nam và các bộ ngành khác đã thực hiện nhiều công trình tìm kiếm, thăm dò nước dưới đất, đầu tư khối lượng lớn công trình ở các vùng như: tìm kiếm Hà Tiên (1984), thăm dò Rạch Giá (1987), thăm dò Trà Vinh (1989), tìm kiếm Tân An (1990), tìm kiếm Mỹ Tho (1989), thăm dò Thành Tuy

Hạ (1989), thăm dò Hóc Môn (1991), tìm kiếm Vĩnh Long - Sa Đéc (1989), Gò Công (1990), Bến Tre (1991), thăm dò Bà Rịa (1992), đánh giá Sóc Trăng, đánh giá Cao Lãnh, đánh giá Mỹ Tho, vv và hiện nay vẫn tiếp tục tiến hành điều tra nhiều vùng như Cần Thơ, Long Xuyên, Cao Lãnh, vv

Đặc biệt từ năm 1983 đến năm 1992 Bùi Thế Định và tập thể các tác giả Liên đoàn 8 đã hoàn thành tờ bản đồ địa chất thủy văn Nam Bộ tỷ lệ 1 : 200000 Đây là công trình nghiên cứu mang tính chất tổng hợp và chi tiết nhất từ trước tới nay trong vùng Trong báo cáo này đặc biệt là phần chuyên đề tài nguyên nước dưới đất do Bùi Thế Định và Vũ Văn Nghi viết đã nêu những quan điểm

cơ bản cũng như đánh giá khá chi tiết về tài nguyên nước dưới đất của vùng Về mặt địa tầng đã theo kết quả nghiên cứu địa chất mới làm cơ sở địa chất cho chuyên khảo này Về phân vùng đã phân chia chi tiết theo truyền thống trong đó chủ yếu là theo cấu trúc và địa tầng Địa chất thủy văn

Về nguồn gốc tác giả cũng vẫn cho rằng Nam Bộ là bồn Actezi nước được hình thành từ lâu và luôn được bổ sung từ nước khí quyển và trẻ hoá

Chương trình nước sạch nông thôn do UNICEF hỗ trợ trong những năm qua đã khoan 60.000 lỗ khoan (theo Chuyên khảo nước dưới đất đồng bằng Nam Bộ) cấp nước nhỏ cho các cụm dân cư trên đồng bằng Các cơ quan, xí

nghiệp có thiết bị khoan khai thác nước đã khoan hàng trăm giếng khoan khai thác công nghiệp, giải quyết yêu cầu đòi hỏi về nước trong nhịp độ phát triển kinh tế hiện nay Các tài liệu này được thu thập trong quá trình kháo sát tại thực địa, lấy mẫu nước, nhưng số liệu không đầy đủ Tài liệu mang tính tham khảo bổ sung cho các lỗ khoan chuẩn của phương án bản đồ đã thi công góp phần làm phong phú và sáng tỏ điều kiện địa chất thủy văn khu vực

Thực tế vùng đồng bằng Nam Bộ hãy còn hạn chế những công trình nghiên cứu mang tính lý thuyết và thực tiễn tính trữ lượng nước dưới đất Thời

kỳ trước năm 1975 có thể nói không có công trình lớn mang tính chất nghiên cứu chi tiết tại vùng này Hầu hết chỉ là những bài báo hoặc những báo cáo tổng kết những kết quả khai thác của một số giếng khoan khai thác tại vùng Chưa có báo cáo nào đánh giá hoặc nêu ra những con số trữ lượng nước dưới đất của vùng, ngay cả những dự đoán về tiềm năng Những công trình của Rasmussen, Andeson, Victor Phạm, vv chỉ là những báo cáo đánh giá sự tồn tại của các tầng chứa nước ở các vùng khoan khai thác như Sài Gòn, Bãi Sậy, Cà Mau- Bạc Liêu vv

Sau năm 1975 và mãi tới những năm 80 thì mới hình thành các nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn và lý thuyết nghiên cứu về trữ lượng nước dưới đất của vùng đồng bằng Năm 1978, TS Tô Văn Nhụ đã tiến hành thăm dò nước dưới đất vùng Hóc Môn nhưng thực tế mãi tới 1984 báo cáo mới được hoàn thành nhưng trữ lượng vẫn chưa được duyệt

Từ năm 1983 hàng loạt các phương án tìm kiếm ở các vùng như Rạch Giá, Mỹ Tho, Tân An, Tuy Hạ,Trà Vinh vv đã được thực hiện và sau đó đến năm 1985 thì mới có các phương án thăm dò đánh giá trữ lượng qui mô và đúng với những qui định của nhà nước và chuyên môn Các công trình điển hình là báo cáo thăm dò Rạch Giá- năm 1988 của Phạm Văn Giắng, Tuy Hạ - 1989 của Lương Quang Luân, Trà Vinh – 1990 của Ông Ngọc Khoát, Hóc Môn- 1989 của

Vũ Văn Nghi, Củ Chi- Hóc Môn- 1991 của Nguyễn Quốc Dũng và các báo cáo đánh giá tài nguyên nước dưới đất dạng thăm dò khai thác như Mỹ Tho- 1991 của Vũ Văn Nghi, Cao Lãnh- 1992 của Vũ Văn Nghi, Sóc Trăng- 1993 cũng của

Vũ Văn Nghi Tất cả các báo cáo này tiến hành dựa vào kết quả thi công các phương án thăm dò thuộc các cơ quan chuyên ngành phê duyệt nên bảo đảm đạt yêu cầu về lý thuyết chuyên môn đồng thời cũng mang ý nghĩa thực tiễn lớn vì

nó đánh giá chính xác được trữ lượng của các vùng nghiên cứu và góp phần tích cực vào củng cố những thuyết về nguồn hình thành trữ lượng, các cấp trữ lượng

có thể khai thác Những công trình này được nghiên cứu và tổng hợp rất chi tiết

bằng hàng loạt các phương pháp hiện đại lại được chỉnh lý tổng hợp rất công phu nên đã rút ra được những lý thuyết luận về sự hình thành trữ lượng nước dưới đất, phương pháp tính các thông số địa chất thuỷ văn cũng như về nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất của vùng công tác nhưng chỉ ở phạm vi nhỏ

và chi tiết về nguồn hình thành trữ lượng vẫn là câu hỏi còn đó Tuy vậy những báo cáo này là một trong những nguồn tài liệu quan trọng giúp cho tiến hành thực hiện nghiên cứu này

Năm 1986 hai đề tài cấp nhà nước là 44.04.01.03 của PTS Trần Hồng Phú

về tài nguyên nước dưới đất vùng đồng bằng sông Cửu Long và 44.04.03.02 của

Kỹ sư Trần Lã về hướng dẫn phương pháp tìm kiếm thăm dò nước dưới đất Trong đề tài này phần đánh giá trữ lượng do Vũ Văn Nghi và Trần Hồng Phú đã tiến hành đánh giá trữ lượng nước dưới đất vùng đồng bằng Nam Bộ khi đó xác định trữ lượng tiềm năng của đồng bằng là 19 triệu m3/ngày và cho rằng nước các tầng chứa nước đồng bằng có nguồn hình thành từ miền đông và Campuchia Con số đánh giá này hạn chế vì còn rất ít công trình nghiên cứu chưa có các thông số địa chất thuỷ văn chính xác ở đề tài sau phần đồng bằng Nam Bộ do Vũ Văn Nghi và Trần Lã tiến hành và đã khẳng định nước các tầng

ở vùng đồng bằng là nước thuộc dạng bồn Actêzi kiểu bồn trũng lớn, nguồn hình thành trữ lượng gồm trữ lượng động, đàn hồi và trữ lượng tĩnh trọng lực trong đó trữ lượng đàn hồi đóng vai trò quan trọng nhất

Từ năm 1987 đến năm 1989 Vũ Văn Nghi- Liên đoàn 8 đã tiến hành đề tài “Hướng dẫn phương pháp tính thông số Địa chất thuỷ văn và trữ lượng nước dưới đất vùng đồng bằng sông Cửu Long” Đây là một trong những công trình

có tính chất hệ thống nhất từ trước tới nay về trữ lượng nước dưới đất của đồng bằng Báo cáo này đã phân loại các mỏ nước có trong vùng gồm mỏ dạng bồn Actezi, mỏ thung lũng sông, mỏ ở các cồn cát và mỏ ở đới nứt nẻ Trên cơ sở phân chia đó đã chọn các phương pháp tính thông số và trữ lượng cho từng loại

mỏ riêng biệt Báo cáo cũng thống kê kết quả tính trữ lượng của vùng qua các phương án tìm kiếm thăm dò đồng đánh giá trữ lượng tiềm năng của vùng đồng bằng Về trữ lượng tiềm năng báo cáo này cũng chỉ dừng lại ở mức đánh giá tương tự như đề tài 44.04.01.03 là xác định các thành phần trữ lượng động thiên nhiên, tĩnh trọng lực và đàn hồi

Năm 1991 Vũ Văn Nghi và Hans Weslling (Dell Institute)đã tiến hành đánh giá tổng hợp tài nguyên nước dưới đất của đồng bằng sông Cửu Long thuộc dự án qui hoạch tổng thể vùng do Công ty tư vấn NEDECO của Hà Lan thực hiện Báo cáo này với mục tiêu chính là đánh giá tài nguyên nước ngầm và

tập các dự án cấp nước phục vụ phát triển kinh tế của toàn đồng bằng Trong phần đánh giá trữ lượng nước dưới đất đã tiến hành đánh giá toàn bộ trữ lượng nước ngầm kể cả nước nhạt lẫn nước mặn của vùng công tác căn cứ vào kết quả nghiên cứu lần đầu tiên các tác giả đã xác định các thành phần hình thành trữ lượng nước dưới đất của toàn vùng Đặc biệt các tác giả đã nhấn mạnh tới trữ lượng bảo đảm cho toàn bộ khu vực cũng như trữ lượng có khả năng khai thác trong điều kiện ổn định cho phép Những thành phần chủ yếu tham gia vào nguồn hình thành trữ lượng gồm ba thành phần như trên và hai yếu tố bổ xung là trữ lượng động bổ cập từ các dòng mặt và lượng thấm qua các tầng thấm nước yếu trên mặt Kết quả đánh giá cho thấy trữ lượng tiềm năng của vùng là 91 triệu

m3/ngày trong đó trữ lượng bảo đảm chỉ có trên 1triệu m3/ngày và trữ lượng có khả năng khai thác an toàn là 5 triệu m3/ngày tuy vậy trữ lượng bảo đảm ở báo cáo này cũng chỉ mới tính cho diện lộ có mặt tại vùng đồng bằng trong khi đó thực tế trữ lượng này phải xét tới toàn diện là miền cung cấp của nó tại miền đông nam bộ và một phần lãnh thổ Campuchia Đây là những thông tin cần được nghiên cứu bổ xung trong thời gian tới

Về quan điểm nguồn gốc hình thành trữ lượng các tác giả đã đánh giá nước dưới đất phụ thuộc các tầng áp lực ở đồng bằng sông Cửu Long có nguồn gốc từ nước mưa là chủ yếu nó luôn luôn được bổ cập từ bề mặt và vận động với tốc độ rất nhỏ Miền bổ cập của chúng chủ yếu từ xa Các vùng nước mặn có nguồn gốc chôn vùi còn vùng nước lợ có nguồn gốc chôn vùi nhưng được bổ cập nên đã được nhạt hoá dần

Ngoài những công trình trên, Giáo sư Nguyễn Kim Cương và các nhà ĐCTV khác cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu về trữ lượng cũng như nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất của vùng Trong đó GS Nguyễn Kim Cương có quan điểm khác với các nhà ĐCTV khác về nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất các tầng Actêzi Cửu Long Giáo sư cho rằng chúng chỉ có nguồn gốc chôn vùi, không nhận được bất cứ nguồn bổ cập nào vì vậy khi khai thác tầng chứa nước sẽ bị cạn kiệt Vì vậy giáo sư đã có nhiều thông báo SOS cho toàn vùng về vấn đề khai thác nước dưới đất Tất nhiên về mặt quan điểm chúng ta cần phải tôn trọng và tranh luận nhiều bằng những thông tin nghiên cứu chi tiết và mới nhất nhưng chúng tôi thấy rằng các số liệu khai thác sử dụng nước dưới đất hiện nay của đồng bằng rất lớn trên 550.000m3/ngày nhưng mực nước tự nhiên cũng không bị giảm ở các vị trí ngoài vùng bán kính ảnh hưởng, nghĩa là các tầng chứa nước vẫn có nguồn bổ cập hàng ngày Đặc biệt là kết quả nghiên cứu mới đây của các đề án thăm dò, quan trắc động thái chứng minh khá

- Năm 1986 đến năm 1988 đã tiến hành thực hiện phương án “Tìm kiếm

và thăm dò nước dưới đất vùng Rạch Giá” trên phạm vi 120 km2 Kết quả đánh giá trong phương án này đã xác định được trữ lượng cấp B:8000 m3/ng, cấp C1:13200 m3/ng, cấp C2 là 14390 m3/ng

- Năm 1989 đã tiến hành thực hiện phương án “Thăm dò sơ bộ nước dưới đất vùng Rạch Giá – Kiên Giang” Diện tích thăm dò là 240 km2, kết quả phương án đã đáng giá được trữ lượng cấp B là 4000 m3/ng, cấp C1 là 172000

120200 m3/ng

- Năm 1995 đã tiến hành thực hiện phương án “Tìm kiếm nước dưới đất

và lập bản đồ ĐCCT tỉ lệ 1:25000 vùng Cần Thơ – Ô Môn” trên diện tích 300

km2 Kết quả thực hiện phương án đã đánh giá được trữ lượng cho tầng chứa nước pleistocen giữa – trên là cấp C1 là 60000 m3/ng, cấp C2 là 688000 m3/ng

- Năm 1997 đã tiến hành thực hiện phương án “Điều tra nguồn nước dưới đất vùng Thạnh Phú – Mỹ Xuyên – Sóc Trăng” trên diện tích 280 km2 Kết quả thực hiện phương án đã đánh giá được trữ lượng cấp C1 là 4500 m3/ng, cấp C2