Mô hình dòng chảy nước dưới đất được sử dụng phục vụ cho qui hoạch, quản lý và dự báo khai thác nước dưới đất vùng Vinh Cửa Lò. Kết quả hiệu chỉnh mô hình ổn định là thỏa mãn, mức độ chính xác cao. Sự khác biệt trung bình giữa các giá trị tính toán và giá trị quan trắc khác nhau từ 1cm đến 38cm, và sai số tiêu chuẩn như được phản ánh bởi độ lệch chuẩn của những khác biệt này là 0,16m, sai số đạt 3,54%. Kết quả mô hình không ổn định cho độ lệch trung bình giữa mực nước quan sát và mực nước tính toán từ 0,02m đến nhỏ hơn 1m là rất nhỏ đảm bảo để dự báo khai thác nước dưới đất theo các kịch bản khác nhau. Triển vọng khai thác dự báo vào năm 2010 trong tầng chứa nước Holocen và Pleistocen là 6.072m3ngày và 1.890 m3ngày và năm 2015 là 1.587m3ngày và 560m3ngày với mực nước hạ thấp lớn nhất trong tầng Holocen là 4m và trong tầng Pleistocen là 10m.
Trang 1ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DỊNG CHẢY NƯỚC DƯỚI ĐẤT TÍNH TỐN DỰ BÁO KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT
VÙNG VINH - CỬA LỊ TỈNH NGHỆ AN
APPLICATION OF GROUNDWATER SIMULATION IN
CALCULATION FOR PREDICTION OF GROUNDWATER
EXPLOITATION IN VINH - CUALO AREA OF THE
NGHEAN PROVINCE
ThS Phan Văn Tuyến PGS.TS Vương Đình Đước
TĨM TẮT
Mơ hình dịng chảy nước dưới đất được sử dụng phục vụ cho qui hoạch, quản lý và dự báo khai thác nước dưới đất vùng Vinh - Cửa Lị Kết quả hiệu chỉnh mơ hình ổn định là thỏa mãn, mức độ chính xác cao Sự khác biệt trung bình giữa các giá trị tính tốn và giá trị quan trắc khác nhau từ 1cm đến 38cm, và sai số tiêu chuẩn như được phản ánh bởi độ lệch chuẩn của những khác biệt này là 0,16m, sai số đạt 3,54% Kết quả mơ hình khơng ổn định cho độ lệch trung bình giữa mực nước quan sát và mực nước tính tốn từ 0,02m đến nhỏ hơn 1m là rất nhỏ đảm bảo để dự báo khai thác nước dưới đất theo các kịch bản khác nhau Triển vọng khai thác dự báo vào năm 2010 trong tầng chứa nước Holocen và Pleistocen là 6.072m 3 /ngày và 1.890 m 3 /ngày và năm
2015 là 1.587m 3 /ngày và 560m 3 /ngày với mực nước hạ thấp lớn nhất trong tầng Holocen là 4m và trong tầng Pleistocen là 10m
ABSTRACT
Groundwater modelling was used for groundwater planning and management in Vinh – Cualo area Result of the statesteady modelling was obtained with the small error The calculated water level was different to the monitoring water level from 1cm to 38cm Normalized error is 3.54% Result of the unstatesteady modelling was also obtained the small error The calculated water level was different to the monitoring water level from 0.02m to 1m The unstatesteady modelling was used to forecast the different scenarios of groundwater exploitation The quantity of 6,072 m 3 /day in Holocene aquifer, 0f 1,890 m 3 /day in Pleistocene aquifer will be exploited in 2010 and The quantity of 1,587
m 3 /day in Holocene aquifer, 0f 560 m 3 /day will be exploited in Pleistocene aquifer in 2015 The maximum drawdown was forecast 4m
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
Trang 2in Holocene aquifer in 2015 and 10m in Pleistocene aquifer in 2015
Trang 3I ĐẶT VẤN ĐỀ
Mụ hỡnh dũng chảy nước dưới đất là một cụng cụ hữu dụng để mụ phỏng
hệ thống nước dưới đất sao cho hệ thống nước dưới đất được mụ phỏng càng gần với thực tế, càng tốt Người ta sử dụng mụ hỡnh nước dưới đất để thiết kế một hệ thống cỏc giếng hay một cụm giếng khai thỏc nước dưới đất phục vụ cung cấp nước ăn uống sinh hoạt cho khu dõn cư, khu cụng nghiệp, hay một đụ thị, hoặc một cụm dõn cư Mụ hỡnh cú tầm quan trọng lớn trong lập qui hoạch khai thỏc sử dụng cũng như cung cấp nhõn tạo cho nước dưới đất và bảo vệ, dự bỏo biến đổi mụi trường do khỏi thỏc nước dưới đất gõy ra Ngoài ra mụ hỡnh nước dưới đất cũn cú nhiều ứng dụng trong cỏc ngành khỏc nhau
Mụ hỡnh dũng chảy nước dưới đất ỏp dụng ở vựng Vinh – Cửa Lũ tỉnh Nghệ An cú số liệu đầu vào được tổng hợp, phõn tớch từ tài liệu khảo sỏt, tỡm kiếm thăm dũ nước dưới đất vựng Vinh – Cửa Lũ năm 1984 của Đoàn ĐCTV 2F
và được cập nhật trong đề tài điều tra, đỏnh giỏ hiện trạng, chất lượng nước và quy hoạch quản lý, khai thỏc sử dụng nước dưới đất, năm 2007 của PGS.TS Vương Đỡnh Đước Cỏc thụng số cơ bản như hệ số thấm, hệ số nhó nước, lượng cung cấp, hiện trạng khai thỏc nước được tớnh toỏn trờn cơ sở đo đạc, thớ nghiệm tại hiện trường
Mụ hỡnh dũng chảy nước dưới đất ở trạng thỏi ổn định đạt được từ việc hiệu chỉnh cỏc thụng số nờu trờn với sự sai số nhỏ nhất cú thể Mụ hỡnh này đó
mụ phỏng được điều kiện địa chất thủy văn trung bỡnh phự hợp với thực tế
Mụ hỡnh khụng ổn định đú là một số cỏc mụ hỡnh ổn định hoạt động liờn tiếp, mỗi mụ hỡnh dưới cỏc điều kiện ứng suất khỏc nhau Trờn cơ sở mụ hỡnh ổn định bổ sung thờm đặc trưng địa chất thủy văn (ĐCTV) thể hiện những thay đổi theo chu kỳ thủy văn Cỏc đặc trưng này là lượng mưa, bốc hơi, mực nước dưới đất và mực nước mặt thay đổi theo cỏc thỏng trong năm thủy văn Trong trường hợp này, tổng thời gian 365 ngày được chia làm 12 giai đoạn tương ứng với 12 thỏng trong năm, bắt đầu từ thỏng 1 và kết thỳc vào thỏng 12 Một số số liệu đầu vào cho mụ hỡnh khụng ổn định được tớnh theo giỏ trị trung bỡnh của chỳng cho mỗi một thỏng Mụ hỡnh khụng ổn định đạt được khi sai số phần trăm nhỏ hơn 10% Lỳc này mụ hỡnh khỏ phự hợp với thực tế theo chu kỳ thủy văn và được ứng dụng phục vụ qui hoạch, quản lý khai thỏc nước dưới đất
Một số kết quả đạt được khi lập mụ hỡnh dũng chảy nước dưới đất và tớnh toỏn dự bỏo khai thỏc nước dưới đất tới năm 2015 tại vựng Vinh - Cửa Lũ tỉnh Nghệ An được túm tắt dưới đõy
II kết quả mô hình trạng thái ổn định
Mụ hỡnh dũng chảy nước dưới đất vựng Vinh - Cửa Lũ được xõy dựng gồm hai tầng chứa nước (Holocen và Pleistocen) Mụ hỡnh mụ phỏng 3 lớp trờn mặt
VIEÄN KHOA HOẽC THUÛY LễẽI MIEÀN NAM
Trang 4cắt hỡnh 1 và 2 Lớp1, tầng chứa nước khụng ỏp thành phần thạch học học là cỏt mịn đến trung Lớp 2, lớp cỏch nước nước yếu thành phần thạch học là sột, sột bột Lớp 3, tầng chứa nước cú ỏp với thành phần thạch học là cỏt trung đến thụ lẫn sạn sỏi
Hình 1: Mặt cắt ngang đợc mô phỏng trong mô hình
Hình 2: Mặt cắt dọc đợc mô phỏng
Hình 3: Phạm vi vựng lập mụ hỡnh
Trang 5Mơ hình trạng thái ổn định phản ánh các điều kiện ĐCTV trung bình của vùng nghiên cứu Mực nước dưới đất trung bình quan trắc nhiều năm sẽ là cơ sở
để hiệu chỉnh mơ hình Khi việc này hồn tất, mơ hình khơng ổn định được xây dựng để mơ phỏng nhiều thời kỳ phản ánh các điều kiện thực tế như số liệu quan trắc trong một năm đặc trưng Mực nước ngầm quan trắc được trong năm ấy sẽ là
cơ sở để kiểm tra tính đúng đắn của kết quả mơ hình Cuối cùng phân tích độ nhạy của mơ hình đối với những thơng số liên quan đến một mức độ khơng chắc chắn sẽ được thực hiện Sau quá trình hiệu chỉnh, mơ hình ổn định với các thơng
số đạt được nhỏ hơn 10% Kết quả được thể hiện qua các số liệu sau:
II.1 Mực nước
Hiệu chỉnh mơ hình là quá trình vi chỉnh các thơng số mơ hình sao cho các thơng số nhập vào mơ hình càng giống càng tốt với những gì quan trắc được trong hệ thống nước ngầm thực tế Điều này bao gồm việc thay đổi những thơng
số này trong phạm vi chấp nhận được của các giá trị cho đến khi đạt được mức
độ chính xác mong muốn
Do đĩ, mục tiêu của việc hiệu chỉnh là để giảm thiểu độ hạ thấp từ mực thủy lực ban đầu Độ hạ thấp mực nước trong vùng mơ hình càng dần về khơng càng tốt Một phân tích thống kê cần thiết được thực hiện trên các kết quả cuối cùng để bảo đảm rằng độ hạ thấp là khơng phải mang tính định kiến, mà theo một
sự phân phối bình thường
Hình 4 và hình 5 thể hiện mực nước tính tốn của mơ hình trong lớp 1 và lớp 3 tương ứng với tầng chứa nước Holocen và Pleistocen
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
Hình 4: Mức nước tầng Holocen Hình 5: Mực nước tầng Pleistocen
Trang 6II.2 Hệ số thấm
Hệ số thấm ngang:
Đối với lớp 1, hệ số thấm sau khi hiệu chỉnh mô hình ở trạng thái ổn định được thể hiện trên hình 6
Lớp 3: Hệ số thấm sau khi hiệu chỉnh mô hình ở trạng thái ổn định được thể hiện trên hình 7
H×nh 6 HÖ sè thÊm tÇng chøa níc H×nh 7: HÖ sè tÇng chøa níc
Holocen Pleistocen
Hệ số thấm thẳng đứng, đầu tiên ước lượng bằng 1/10 -1/5 hệ số thấm theo chiều ngang, sau khi hiệu chỉnh hệ số thấm thẳng đứng lấy bằng 1/10 giá trị
hệ số thấm ngang đối với các lớp cách nước
II.3 Độ dẫn thủy lực của các vật liệu đáy sông và kênh
Độ dẫn thủy lực của các vật liệu lòng sông được tính toán là 4 m2/ngày, sau hiệu chỉnh thì độ dẫn thủy lực lòng kênh được xác định là 10m2/ngày Điều này cho thấy là trong lớp bùn sét có chứa cát mịn, cát bột
Trang 7 Độ dẫn thủy lực của các vật liệu vách kênh, được lấy bằng giá trị hệ số thấm nhỏ nhất trong vùng, 10m2/ngày, sau hiệu chỉnh độ dẫn thủy lực các vật việc đáy kênh thốt nước là 5m2/ngày
II.4 Cung cấp và bốc hơi
Cung cấp: Lượng cung cấp do mưa sau hiệu chỉnh là 17.245m3/ngày
Bốc hơi: Lượng bốc hơi sau hiệu chỉnh là 4.523m3/ngày
Kết quả cho thấy các thơng số cơ bản của hệ thống nước ngầm vùng nghiên cứu đạt được với sai số rất nhỏ (3,54%, hình 8)
Bảng 1: So sánh cao độ mực nước quan trắc và cao độ mực nước do mơ hình
ổn định tính tốn trong lớp 1
khoan Cao độ mực nước quan trắc (m) mơ hình tính tốn (m) Cao độ mực nước do Chênh lệch (m)
Bảng 2: So sánh cao độ mực nước quan trắc và cao độ mực nước do mơ hình
ổn định tính tốn trong lớp 2.
ST
T Lỗ khoan Cao độ mực nước quan trắc (m) mơ hình tính tốn (m) Cao độ mực nước do lệch (m) Chênh
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
Trang 8Giá trị chênh lệch tại từng lỗ khoan sau khi mô hình đã
đ-ợc hiệu chỉnh nêu trong bảng 1 và 2 Có thể nhận thấy rằng các
lỗ khoan có giá trị chênh lệch mực nớc lớn nhất 0,38m và sai số tính theo phần trăm cho cả mô hình 3,54%, nh vậy kết quả hiệu chỉnh mô hình là đợc chấp nhận
Bảng 3: Đỏnh giỏ sai số mụ hỡnh
-0,0015 1
Lớp 3 -0,0058 0,148 0,19 5,66%
Toàn mô
Hình 8: Đánh giá sai số toàn bộ mô hình
Mụ hỡnh ổn định đạt được bằng việc hiệu chỉnh cỏc thụng số cơ bản dựa trờn cơ sở số liệu quan trắc thực tế làm cho quỏ trỡnh hiệu chỉnh tương đối dễ dàng và nhanh chúng Phõn tớch thống kờ số liệu đầu vào của mụ hỡnh chỉ ra mức
Trang 9độ chính xác cao Sự khác biệt trung bình giữa các giá trị tính tốn và giá trị quan trắc khác nhau từ 1cm đến 38cm, và sai số tiêu chuẩn, như được phản ánh bởi độ lệch chuẩn của những khác biệt này là bằng 0,16m, sai số đạt 3,54% Bây giờ mơ hình mang tính đại diện cho hệ thống nước dưới đất thực tế và hứa hẹn cho các kết quả dự đốn tốt ở bước sau
III KẾT QUẢ MƠ HÌNH DỊNG CHẢY NƯỚC DƯỚI ĐẤT Ở ĐIỀU KIỆN KHƠNG ỔN ĐỊNH
Động thái trung bình hàng năm của hệ thống nước ngầm đã được tái hiện qua các điều kiện ĐCTV trung bình, bao gồm mực nước dưới đất, lượng bổ cập, lượng hút ra, và mực nước sơng Tuy nhiên, để hiểu được hệ thống nước dưới đất
và để dự đốn khai thác trong tương lai, những thay đổi theo mùa của các hệ thống nước dưới đất, thể hiện sự chênh lệch theo mùa với trung bình năm của chúng cần được chú ý Do vậy, cần thực hiện việc kiểm chứng mơ hình đã hiệu chỉnh bằng cách sử dụng số liệu quan trắc địa chất thủy văn của 1 năm đặc trưng, như một sự bảo đảm bổ sung rằng các kết quả của mơ hình đã hiệu chỉnh phù hợp vối các giá trị quan trắc Sự phân tích ấy chỉ cĩ thể thực hiện được nhờ vào sự trợ giúp của mơ hình khơng ổn định, đĩ là một số các mơ hình ổn định hoạt động liên tiếp, mỗi mơ hình dưới các điều kiện ứng suất khác nhau tương ứng với mực nước quan trắc của từng tháng trong một năm thủy văn Sau đĩ mơ hình khơng
ổn định cĩ thể được sử dụng để mơ phỏng hành vi của hệ thống nước dưới đất
(bao gồm bất cứ sự ảnh hưởng bên ngồi vào hệ thống nước dưới đất) dưới các
điều kiện ĐCTV thực tế
Việc hiệu chỉnh mơ hình khơng ổn định chỉ thực hiện đối với các thơng số thay đổi theo chu kỳ thủy văn như lượng cung cấp, lượng bốc hơi, mực nước tại các biên thuỷ lực, độ nhả nước trọng lực và độ nhả nước đàn hồi Cơ sở cho hiệu chỉnh là mực nước quan trắc tại cụm trạm quan trắc TPV1, TPV2, TPV3, TPV4, TPV5, TPV6, TPV7, TPV8, TPV9, TPV10, TPV12 và TPV13 Do chỉ cĩ tài liệu quan trắc từ tháng 12 năm 2006 đến tháng 6 năm 2007 nên việc hiệu chỉnh chỉ thực hiện được trong 7 tháng Việc hiệu chỉnh cũng chỉ thực hiện được ở lớp 1 và lớp 3 với những lý do nêu trên
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
Trang 10Sai số mực nước giữa mực nước tính toán theo mô hình và mực nước quan trắc tại các trạm quan trắc từ tháng 12 đến tháng 6 năm sau được thể trong bảng 4 như sau:
Bảng 4: So sánh mực nước tính toán của mô hình và mực nước quan trắc
trong lớp 1
Tr¹m
quan
tr¾c
Th¸ng 1 Th¸ng 2 Th¸ng 3 Th¸ng 4 Th¸ng 5 Th¸ng 6 Th¸ng 12
MN-QT MN- TT MN -QT MN- TT MN- QT MN- TT MN- QT MN- TT MN- QT MN- TT MN- QT MN- TT MN- QT MN -TT
TPV1a 2,53 2,47 2,47 2,57 2,57 2,41 2,41 2,44 2,44 2,28 2,28 2,80 2,58 2,58
TPV2a 3,40 3,54 3,42 3,53 3,60 3,51 3,31 3,5 3,40 3,48 3,25 3,47 3,50 3,40
TPV3a 1,53 1,34 1,53 1,32 1,57 1,28 1,62 1,27 1,45 1,29 1,45 1,29 1,32 1,43
TPV4a 2,42 2,16 2,31 2,15 2,45 2,13 2,32 2,12 2,31 2,11 2,05 2,09 2,41 2,04
TPV5a 1,96 1,74 1,99 1,73 2,00 1,73 1,91 1,27 2,03 1,72 1,90 1,71 2,16 1,69
TPV7a 2,89 2,87 2,84 2,85 2,96 2,82 2,88 2,81 2,99 2,81 2,85 2,80 3,05 2,80
TPV9a 2,03 1,96 1,96 2,04 2,04 2,09 2,09 2,13 2,13 1,72 1,72 2,07 2,06 2,06
TPV12
a 2,32 2,36 2,30 2,35 2,33 2,34 2,25 2,33 2,36 2,32 2,24 2,30 2,30 2,26
TPV13
a 1,12 1,03 1,03 1,07 1,07 0,98 0,98 0,85 0,85 0,79 0,79 0,72 1,20 1,20
Hình 10 thể hiện mực nước các tháng từ 1 và tháng 5 trong lớp 3
Hình 9: Mực nước dưới đất vào tháng 1 và tháng 5 của lớp 1
Trang 11Hỡnh 10: Mực nước dưới đất vào thỏng 1 và thỏng 5 của lớp 3
Sai số mực nớc giữa mực nớc tính toán theo mô hình và mực nớc quan trắc tại các trạm quan trắc từ tháng 12 đến tháng
6 năm sau đợc thể trong bảng 5 nh sau:
Bảng 5: So sánh mực nớc tính toán của mô hình và mực
n-ớc quan trắc trong lớp 3
Trạm
quan
trắc
Tháng 1 Tháng 2 Tháng 3 Tháng 4 Tháng 5 Tháng 6 Tháng 12
MN-QT MN- TT MN -QT MN -TT MN -QT MN -TT MN -QT MN -TT MN -QT MN -TT MN- QT MN- TT MN- QT MN -TT
TPV1b 2,32 2,27 2,27 2,5 2,50 2,39 2,39 2,39 2,39 2,3 2,30 2,4 2,52 2,40
TPV2b 0,57 0,81 0,55 0,86 0,53 0,38 0,36 0,82 0,49 0,77 0,30 0,76 0,62 1,05
TPV3b -0,38 -0,19 0,50-0,28
-0,4 5
-0,4
6 0,61
-0,3 1
-0,4 9
-0,1
5 -0,67 -0,36 -0,38 0,00
TPV4b 0,04 0,33 0,08 0,36- 0,15 0,33 0,06
-0,6
6 0,11 0,32 -0,22 0,32 0,33 0,65
TPV5b -1,09 -0,36 1,08-0,67
-1,0 8
-0,8
4 1,13- 0,37
-1,0 9
-0,5
5 -1,35 -0,84 -0,98 0,60
-TPV6a 0,50 0,73 0,37 0,58 0,45 0,53 0,21 0,4 0,38 0,38 0,04 0,21 0,55 0,37
TPV7b -0,50 -0,25 1,31-0,85
-1,3 1
-0,7
9 0,70
-0,5 6
-0,8 5
-0,6
7 -0,87 -0,49 -0,45 0,22
-0,79 0,35- 0,6- 0,4- 0,17- 0,1- 0,2- 0,7- -0,27 -0,19 0,13 0,03
-VIEÄN KHOA HOẽC THUÛY LễẽI MIEÀN NAM
Trang 129 0 6 8 0
TPV9b 1,91 1,83 1,83 2,00 2,00 1,88 1,88 1,99 1,99 1,70 1,71 2,00 2,53 2,53
TPV10
a -0,31 -0,38 0,38-0,61
-0,4 2
-1,0
9 0,64 -0,9
-0,4 4
-0,5
9 -0,72 -0,38 -0,28 0,61
-TPV13
b 0,98 0,79 0,93 0,86 1,00 0,71 0,84 0,77 0,91 0,65 0,78 0,67 1,06 0,92
IV KẾT QUẢ DỰ BÁO KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Để dự báo trữ lượng khai thác nước dưới đất trong tầng chứa nước Holocen và Pleistocen, sử dụng mô hình không ổn định với các đặc trưng của năm thủy văn 2006 Điều này được thực hiện bằng sử dụng các điều kiện địa chất thuỷ văn trong mô hình không ổn định cho các năm sự báo trữ lượng khai thác (28 năm) 71 giếng khai thác nước dưới đất được bố trí thành 16 cụm giếng khai thác đặt tại các UBND xã và được nhập vào mô hình không ổn định để dự báo mực nước của các tầng theo thời gian khai thác (xem hình11)
Kết quả chạy mô hình dự báo trữ lượng được thể hiện vào tháng 3 hàng năm Vì vào tháng này lượng khai thác nước là lớn nhất
Trong tầng chứa nước Holocen, năm 2010, khai thác thêm 6.072m3/ngày, mực nước hạ thấp lớn nhất là 2,5m vào tháng 3 (xem hình 12, 13) Trong năm
2015, khai thác thêm 1.587m3/ngày, mực nước hạ thấp lớn nhất là 4m vào tháng 3
Trong tầng chứa nước Pleistocen, năm 2010, khai thác thêm 1.890m3/ngày, mực nước hạ thấp lớn nhất là 8m vào tháng 3 Trong năm 2015, khai thác thêm 560m3/ngày, mực nước hạ thấp lớn nhất là 10m vào tháng 3 (xem hình 14, 15)
