Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị tự nhiên phục vụ đánh giá an toàn đập Đồng Mô

Nội dung nghiên cứu chính của đề tài là thu thập các mẫu nước, phân tích các tỉ số đồng vị bền 18O/16O , 2HD/1H, phân tích 3HT và thành phần hóa của các mẫu nước, qua đó đánh giá mối liê

Bộ khoa học và công nghệ Viện năng l−ợng nguyên tử việt nam

Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị

tự nhiên phục vụ đánh giá an toàn

Bộ khoa học và công nghệ Viện năng l−ợng nguyên tử việt nam

Cơ quan chủ trì: Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân

Chủ nhiệm đề tài: ThS., NCVC Bùi Đắc Dũng

Hà Nội, tháng 9/2007

Danh sách Những người tham gia thực hiện đề tài

học vị,

Các cơ quan, đơn vị phối hợp thực hiện đề tài

1 Cục Thuỷ lợi, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

2 Công ty khai thác công trình thuỷ lợi Phù Sa- Đồng Mô, Sơn Tây, Hà Tây

trong 1018 nguyªn tö hy®ro

Ocean Water

Line)

Abstract

Operating and exploiting reservoirs need frequent monitoring and maintenance of the problems affecting safety of the reservoirs’ dams The §ång M« reservoir was constructed in 1969 In 1984 at the sub dam A (FA) toe a seepage pond had occurred with high charging rate, so this dam was repaired in 1991 However, the seepage rate is still high, and in addition, there are large seepage areas that could expand unsafe problems of the dam FA

To help end-users generate information on the origin of the seepage water and the seepage rate we have conducted a research project on “Research on the use of environmental isotopes technique for safety assessment of the §ång M« reservoir” (Code: B0/05/04-01) in the 2005-2006 period The experiences gained in this project are needed for recommending further use of the technique in other reservoirs The main works were collecting water samples, analyzing for 18O/16O, 2H(D)/1H ratios, analyzing for 3H(T) and chemical contents, then drawing conclusions about the origin of the seepage water and the seepage rate at the dam FA of the §ång M« reservoir

Findings of the project showed that: a) Waters at the piezometers on the top and the

1st roof are not originated from lake water; b) Waters at the piezometers on 1st and

2nd levels, as well as seepage waters at the dam toe are mixed of lake and ground waters, and the old river bed could be the channel for ground water upcoming from beneath the dam body; c) The transit times of water from the lake to the observation points are from 3 to 4 months, and the seepage velocity is of about 1,1x10-3 cm/s; d) The findings from tritium analyses show that all waters around the §ång M« area are recent waters recharged regularly by meteoric water

Based on the findings of the project we have recommended that the environmental isotope technique be applied for further investigations of origin of leakage and seepage water at other dams

Tóm tắt nội dung

Vận hành và khai thác an toàn các hồ chứa nước đòi hỏi phải có sự theo dõi và xử lý các nguyên nhân dẫn đến mất an toàn đập Hồ Đồng Mô được xây dựng vào năm

1969, đến năm 1984 sau đập phụ A xuất hiện hố sủi lưu lượng lớn do đó đập này

được sửa chữa vào năm 1991 Tuy nhiên lưu lượng sủi vẫn còn cao, ngoài ra cũng tại

đập phụ A đ xuất hiện các vùng thấm rộng có thể gây mất an toàn đập

Để góp phần đánh giá tốc độ thấm và mối liên hệ giữa nước hồ với nước thấm ở các vai đập, các mạch sủi ở sau thân đập chúng tôi đ tổ chức thực hiện đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ “Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị tự nhiên phục vụ đánh giá

an toàn đập Đồng Mô” (M số: B0/05/04-01) trong các năm 2005-2006 Việc thực hiện đề tài này cũng là để đưa ra các kiến nghị cụ thể cho việc áp dụng kỹ thuật

đồng vị tự nhiên vào các hồ chứa nước khác Nội dung nghiên cứu chính của đề tài

là thu thập các mẫu nước, phân tích các tỉ số đồng vị bền 18O/16O , 2H(D)/1H, phân tích 3H(T) và thành phần hóa của các mẫu nước, qua đó đánh giá mối liên hệ giữa nước hồ với nước thấm ở các vai đập, các mạch sủi ở sau thân đập phụ A của hồ

Đông Mô và tốc độ thấm qua thân đập

Từ những kết quả nghiên cứu của đề tài chúng tôi có kết luận là: a)Nước trong các pizometer trên mặt đập và trên mái 1 không phải là nước từ hồ thấm ra; b) Nước trong các pizometer trên cơ 1 và cơ 2 cũng như nước thấm chảy ra dưới chân đập không phải chỉ do nước hồ thấm trực tiếp qua thân đập mà còn do nước áp lực từ phía dưới thân đập đi lên có nguồn gốc là nước ngầm Lòng suối cổ có thể là kênh dẫn chính đưa nước ngầm lên; c) Thời gian di chuyển của nước từ hồ đến các vị trí quan trắc là khoảng từ 3 đến 4 tháng, và vận tốc thấm là khoảng 1,1x10-3 cm/s; d) Kết quả phân tích triti cho thấy tất các các mẫu nước trong khu vực hồ Đồng Mô là nước hiện đại được bổ cập thường xuyên

Trên cơ sở các kết luận của đề tài chúng tôi kiến nghị cho áp dụng kỹ thuật đồng vị

tự nhiên trên các đập chứa nước khác để nhận biết mối liên hệ của các loại nước và kết luận liệu nước thấm, sủi có chảy trực tiếp từ hồ qua thân đập hay không

I mở đầu Các hồ chứa nước đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Vận hành và khai thác an toàn các hồ này đòi hỏi phải có sự theo dõi và xử lý các nguyên nhân dẫn đến mất an toàn đập Các số liệu về mối liên hệ giữa nước hồ với nước trong các mạch nước thấm, các mạch sủi và nước ngầm ở khu vực xung quanh hồ có thể góp phần đánh giá mức độ và tốc độ thấm của nước hồ qua thân đập Các phương pháp đánh dấu đồng vị (phóng xạ và tự nhiên) đ được áp dụng rộng ri ở nhiều nước trên thế giới để đánh giá nguồn gốc và lưu lượng thấm, qua đó đánh giá được mức độ an toàn của các đập chứa nước Hiện nay trên thế giới có hơn 60 phòng thí nghiệm chuyên dùng các phương pháp đánh dấu đồng vị để nghiên cứu các mối liên hệ giữa nước mặt (sông, hồ) với nước ngầm, nước thấm, sủi Theo thống kê của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử thế giới (IAEA), hàng trăm đập chứa nước đ được

đánh giá mức độ an toàn thông qua các ứng dụng của phương pháp đồng vị

Tại Việt Nam, các nhà nghiên cứu đ sử dụng kỹ thuật đánh dấu đồng vị phóng xạ (131I) và đồng vị bền (52Cr) để nghiên cứu tốc độ thấm thành công tại các đập thuỷ điện Yaly và Hoà Bình Việc sử dụng các đồng vị tự nhiên -

sử dụng tại Việt Nam để đánh giá tuổi và nguồn gốc nước ngầm ở một số khu vực của đồng bằng sông Hồng

Việt nam có khoảng 3500 hồ chứa nước, trong đó có khoảng trên 600 hồ chứa nước lớn với dung tích hơn 10 triệu khối nước Rất nhiều đập, đặc biệt là các

đập thuỷ lợi bị dò rỉ và thấm do được thiết kế và xây dựng đ lâu Một trong các hồ đó là hồ Đồng Mô Hồ này được xây dựng vào năm 1969, gồm 7 đập, dung tích thiết kế 110 triệu m3 (cao độ 24,5 m) Năm 1984, sau đập phụ A xuất hiện hố sủi lưu lượng 20 lít/s Đập này được chữa vào năm 1991 Tuy nhiên lưu lượng sủi vẫn còn 7 lít/s, và vào mùa lũ 2004 đ tăng lên là 14 lít/s

(với cao độ tích nước là 19 m) Cũng tại đập phụ A đ xuất hiện vùng thấm rộng 20 m2, ở cao trình 15 m, cách vai trái 20 m

Để góp phần đánh giá tốc độ thấm và mối liên hệ giữa nước hồ với nước thấm

ở các vai đập, các mạch sủi ở sau thân đập chúng tôi đ tổ chức thực hiện đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ “Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật đồng vị tự nhiên phục vụ đánh giá an toàn đập Đồng Mô” (M số: B0/05/04-01) Việc thực hiện đề tài này cũng là để đưa ra các kiến nghị cụ thể cho việc áp dụng

kỹ thuật ĐVTN vào các hồ chứa nước khác

Trong quá trình thực hiện dự án RAS/8/093 (2001-2003), IAEA đ hỗ trợ một

số thiết bị máy móc, tài liệu, và cử chuyên gia hướng dẫn sử dụng kỹ thuật

đồng vị để đánh giá mức độ an toàn của các đập chứa nước Sau một đợt lấy mẫu bước đầu đưa ra được một số kết quả về mối liên hệ giữa nước hồ và nước tại các mạch sủi ở chân đập phụ A Đồng Mô Tuy nhiên, do các mẫu nước đều phải gửi đi phân tích tại các phòng thí nghiệm của IAEA ở nước ngoài nên kết quả đạt được còn bị hạn chế về nhiều mặt Hiện nay, phòng thí nghiệm Thuỷ văn đồng vị tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân đ được trang bị các hệ máy hiện đại có thể đáp ứng nhu cầu phân tích các ĐVTN Đây là điều kiện rất quan trọng để thực hiện tốt đề tài này

Sử dụng kỹ thuật ĐVTN có ưu thế hơn so với các kỹ thuật đánh dấu bằng các

đồng vị phóng xạ và đồng vị bền khác do không phải thả các chất đánh dấu vào các lỗ khoan quan trắc (pizometer) Ngoài ra, không phải đập nào cũng có

hệ thống pizometer Vì vậy, kỹ thuật ĐVTN có thể sử dụng rộng ri hơn trên các đập chứa nước, đồng thời không làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh Việc xác định được tốc độ thấm của nước hồ qua đập bằng kỹ thuật

ĐVTN, cũng như đánh giá được nguồn gốc nước tại các mạch sủi là một việc làm rất quan trọng Các thông số này sẽ trực tiếp giúp cho Công ty Khai thác Công trình Thuỷ lợi Phù Sa - Đồng Mô đánh giá mức độ an toàn của đập phụ

A và có biện pháp xử lý các mạch sủi ở thân đập, góp phần bảo vệ an toàn cho

đập

Cũng như đập phụ A Đồng Mô, hiện nay có rất nhiều đập thuỷ lợi do Cục Thuỷ lợi, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn quản lý bị dò rỉ cần phải

đánh giá mức độ thấm và an toàn Kết quả của đề tài sẽ được chuyển giao cho

họ như là một công cụ trong điều tra an toàn các đập chứa nước Ngoài ra, kỹ thuật ĐVTN còn có thể được áp dụng cho các hồ thuỷ điện lớn như Hoà Bình, Sơn La trong việc đánh giá mức độ an toàn của đập cũng như đánh giá mức độ mất nước của hồ

Đề tài do các cán bộ của Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân (VKHKTHN) thực hiện với sự tham gia của Cục Thuỷ lợi, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (tạo điều kiện tham khảo tài liệu, thiết kế nghiên cứu) và Công Ty Khai Thác Công Trình Thuỷ lợi Phù Sa- Đồng Mô (tham gia thu thập tài liệu, thiết kế các vị trí nghiên cứu, lấy mẫu và xử lý đánh giá mức độ an toàn của

đập Đồng Mô) Đề tài được hực hiện trong hai năm 2005 - 2006, với nguồn kinh phí là 250 triệu đồng do Bộ Khoa học và Công nghệ cấp từ Ngân sách Sự nghiệp Khoa học

Nội dung nghiên cứu chính của đề tài là thu thập các mẫu nước, phân tích các

tỉ số đồng vị bền 18O/16O , 2H(D)/1H, phân tích 3H(T) và thành phần hóa của các mẫu nước, qua đó đánh giá tốc độ thấm và mối liên hệ giữa nước hồ với nước thấm ở các vai đập, các mạch sủi ở sau thân đập phụ A của hồ Đông Mô

Báo cáo tổng kết đề tài gồm 5 Chương và 3 Phụ lục Các phần chính của báo cáo bao gồm các chương: I - Mở đầu, II - Tổng quan tài liệu, III - Phương pháp nghiên cứu, IV - Kết quả và Thảo luận, và V - Kết luận và Kiến nghị

II Tổng quan tài liệu 2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Các hồ chứa nước đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân như cung cấp nước ngọt, tưới, chống lũ và sản xuất điện Vận hành và khai thác an toàn các hồ này đòi hỏi phải có sự theo dõi và xử lý các nguyên nhân dẫn đến mất an toàn đập (Floegl, 1999) Hàng năm, một phần kinh phí không nhỏ

được chi ra để giải quyết ba vấn đề sau:

1 Nước từ hồ thấm dưới và xung quanh đập

Kỹ thuật đồng vị (phóng xạ và đồng vị bền) có thể giúp ích rất nhiều Các số liệu về mối liên hệ giữa nước hồ với nước trong các mạch nước thấm, các mạch sủi và nước ngầm ở khu vực xung quanh hồ có thể góp phần đánh giá mức độ và tốc độ thấm của nước hồ qua thân đập (Zuber, 1983) Các phương pháp đánh dấu đồng vị (phóng xạ và tự nhiên) đ được áp dụng rộng ri ở nhiều nước trên thế giới để đánh giá nguồn gốc và lưu lượng thấm, qua đó

đánh giá được mức độ an toàn của các đập chứa nước (Maloszewski và nnk, 1992; Kendall và McDonnell (Eds.), 1998, v.v.)

Các phương pháp thủy văn đồng vị (TVĐV) có thể trợ giúp trong việc lựa chọn và khảo sát địa điểm, nghiên cứu lưu vực, thiết kế hồ chứa và đập, xây dựng đập, nghiên cứu thấm và bồi lắng lòng hồ Tổng hợp ứng dụng TVĐV

5 Nguồn gốc thấm (từ hồ hay

2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Việt nam có khoảng 3500 hồ chứa nước, trong đó có khoảng trên 600 hồ chứa nước lớn với dung tích hơn 10 triệu khối nước Rất nhiều đập, đặc biệt là các

đập thuỷ lợi bị dò rỉ và thấm do được thiết kế và xây dựng đ lâu

Lê Văn Khôi và nnk, Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh

thấm thành công tại các đập thuỷ điện Yaly (1992) và Hoà Bình (1994) Năm

1996, PGS.TS Hoàng Đắc Lực đ sử dụng thành công phương pháp đánh dấu

phương pháp (đánh dấu đồng vị phóng xạ và đồng vị bền) đều được thực hiện bằng cách thả các chất đánh dấu và quan trắc tại các pizometer được thiết kế trên các thân đập Các kết quả đánh giá tốc độ thấm được so sánh với số liệu thiết kế qua đó đánh giá được mức độ an toàn của đập

Việc sử dụng các ĐVTN (các tỉ số đồng vị 18O/16O , 2H(D)/1H và 3H (T)) như những chất đánh dấu mới chỉ bắt đầu được sử dụng tại Việt Nam để đánh giá

tuổi và nguồn gốc nước ngầm ở một số khu vực của đồng bằng sông Hồng (đề tài cấp bộ của PGS.TS Hoàng Đắc Lực: 2000-2001; các đề tài cấp Bộ của Trịnh Văn Giáp, 2004 và 2006) Các ứng dụng trên đập còn chưa được triển khai do khó khăn về phân tích mẫu, các mẫu nước thu thập được đều phải gửi

đi phân tích tại các phòng thí nghiệm của IAEA ở nước ngoài

Trong quá trình thực hiện dự án RAS/8/093 (2001-2003), IAEA đ hỗ trợ một

số thiết bị máy móc, tài liệu, và cử chuyên gia hướng dẫn sử dụng kỹ thuật

đồng vị để đánh giá mức độ an toàn của các đập chứa nước Sau một đợt lấy mẫu bước đầu đưa ra được một số kết quả về mối liên hệ giữa nước hồ và nước tại các mạch sủi ở chân đập phụ A Đồng Mô Tuy nhiên, do các mẫu nước đều phải gửi đi phân tích tại các phòng thí nghiệm của IAEA ở nước ngoài nên kết quả đạt được còn bị hạn chế về nhiều mặt Hiện nay, phòng thí nghiệm Thuỷ văn đồng vị tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân đ được trang bị các hệ máy hiện đại có thể đáp ứng nhu cầu phân tích các ĐVTN Đây là điều kiện rất quan trọng để thực hiện tốt đề tài này

2.3 Cơ sở lý thuyết kỹ thuật đồng vị tự nhiên

Các đồng vị bền

Các đồng vị bền có nhiều nhất trong tự nhiên là H, C, N, O và S Các đồng vị bền chính được ứng dụng trong nghiên cứu địa chất thủy văn được đưa ra trong Bảng 2.2

Các đồng vị bền tự nhiên được đo bằng tỉ số của hai đồng vị có nhiều nhất Ví

dụ, đối với ôxy, là tỉ số của 18O (chiếm 0,204%) với 16O (chiếm 99.796%) Như vậy tỉ số 18O/16O là khoảng 0.00204

Bảng 2.2 Các đồng vị bền trong nghiên cứu địa chất thủy văn (Zuber, 1983)

Đồng

vị

trong tự nhiên (%)

Mẫu chuẩn (tỉ số)

)

H2O, CH2O, CO2, sulphat, NO3– , carbonat, silicat, OH –

(0.324)

Nước biển, đất đá, evaporit, chất tan

Việc đo các tỉ số tuyệt đối là không dễ dàng Ngoài ra, phần lớn chúng ta chỉ quan tâm tới các thay đổi của tỉ số đồng vị chứ không mấy quan tâm tới thành phần tuyệt đối của chúng Vì vậy đ có một cách tiếp cận khác thuận lợi hơn Thay bằng đo tỉ số thực ta có thể đo tỉ số giả định bằng cách đo đồng thời mẫu cần đo và mẫu tham chiếu Thành phần đồng vị (TPĐV) được thể hiện là delta (δ) qua công thức sau:

Trong đó: sample là mẫu cần đo và reference là mẫu chuẩn

Để cho tiện phân giải kết quả người ta cho giá trị δ đơn vị phần nghìn (‰) theo công thức sau:

‰ VSMOW

Trong đó VSMOW là tên của mẫu tham chiếu, trong trường hợp này là Vienna Standard Mean Ocean Water Giá trị δ là dương, ví dụ +10‰, cho

giầu hơn 10‰ Tương tự, mẫu đo nghèo hơn một lượng tương ứng sẽ được thể

Đồng vị phóng xạ

Hai đồng vị phóng xạ được sử dụng rộng ri trong địa chất thủy văn là triti và

ứng dụng nhiều vì khi chúng phân r ta có thể xác định tuổi nước ngầm

Bảng 2.3 Các đồng vị phóng xạ trong nghiên cứu địa chất thủy văn (Zuber, 1983)

CaCO 3 , CH 2 O

năm Triti được tạo ra do việc thử bom hyđro và một phần được tạo ra từ khí quyển do tia vũ trụ bắn phá 14N Cả hai nguồn triti được rơi lắng qua nước mưa Triti có trong nước ngầm chứng tỏ có sự bổ cập nước ngầm liên tục Vì

là một phần của nước nên triti là phương pháp xác định tuổi nước ngầm tiện dụng nhất

Hàm lượng triti được xác định tuyệt đối qua đơn vị triti (TU) vì vậy không cần

0,12 Bq Nước ngầm hiện nay ít khi có trên 50 TU và ở trong khoảng từ <1

đến 10 TU

Cân bằng đồng vị trong nước hồ

Trong quá trình bốc hơi từ mặt hồ hơi nước bốc lên bị thiếu đi các thành phần

phức tạp Craig và Gordon (1965) đ đưa ra mô hình được phần lớn các nhà nghiên cứu chấp nhận trong đó quá trình bốc hơi dược chia làm 4 giai đoạn:

1) Hơi nước trong trạng thái cân bằng với pha lỏng đầu tiên được giải phóng khỏi mặt nước Một lớp khí-lỏng gần như bo hòa được tạo ra Hơi nước được

bằng Chúng ta có:

Ri trong pha lỏng α=

trình này gần bằng (Di/Dl)1/2

Quá trình phân tách này được gọi là phân tách động lực và có thể được thể hiện bằng phương trình sau:

∆ε = εk(1-h);

trong đó εk = (Di/Dl)1/2-1;

h là độ ẩm tương đối của lớp không khí trao đổi

3) Hơi nước di chuyền vào lớp không khí nơi có các dòng đối lưu mạnh và trộn lẫn với hơi nước tạo ra tại các vùng khác Tại đây sẽ không có phân tách

đồng vị

4) Một phần hơi nước của lớp không khí có các dòng đối lưu mạnh tương tác với các phân tử tại lớp khuếch tán và ngưng tụ lại trên mặt nước Quá trình này

là quá trình trao đổi giữa nước bề mặt và không khí

Như vậy, khi nước mặt bị bốc hơi sẽ có thay đổi về tỉ lệ đồng vị Điều đó cho phép ta phân biệt nước ngầm được bổ cập bình thường với nước đ bị bốc hơi

Kỹ thuật đơn giản này lại đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu thấm qua

đập Các hố sủi và vùng thấm sau thân đập luôn làm các nhà quản lý lo ngại Câu hỏi được đặt ra là nguồn gốc nước thấm từ đâu, liệu nước thấm có phải từ

hồ chứa hay đơn giản đó chỉ là hoạt động bình thường của hệ thống địa chất thủy văn Xác nhận ban đầu đó có thể tiết kiệm rất nhiều tiền của và công sức trong việc tìm ra vùng xung yếu trên thân đập

Trong nhiều trường hợp, các giếng phun (sủi) sau thân đập không phải là nước thấm trực tiếp qua thân đập mà do áp lực thủy áp đẩy nước ngầm từ phía dưới lên trên qua lớp trầm tích Các ĐVTN (đồng vị bền và phóng xạ) có thể giúp xác định điều này

(Các tổng quan về hồ Đồng Mô sau đây được trích từ các báo cáo của Bộ Thủy Lợi)

Hồ Đồng Mô là một công trình thuỷ lợi loại vừa xây dựng năm 1968 và được

nước 24,5 m) Năm 1984, sau đập phụ A xuất hiện hố sủi lưu lượng 20 lít/s

Đập này được chữa vào năm 1991 Tuy nhiên lưu lượng sủi vẫn còn 7 lít/s, và

vào mùa lũ 2004 đ tăng lên là 14 lít/s (với cao độ tích nước là 19 m) Cũng tại

20 m

2.4.1 Điều kiện địa chất công trình vùng hồ

Toàn bộ khu vực hồ nằm về phía rìa Bắc - Tây Bắc của đồng bằng châu thổ Bắc Bộ, là nơi tiếp giáp của hai miền địa mạo đồng bằng và trung du Đất đá ở

đây chủ yếu là đất đá Đệ Tứ nằm phủ lên các thành tạo cổ hơn Trong khu vực phổ biến nhiều loại đá ong mà sự có mặt của nó cũng ảnh hưởng rất nhiều tới việc đánh giá điều kiện địa chất và địa chất công trình của hồ cũng như của tuyến đập

Phần đuôi hồ có dải Ba Vì chắn ngang, với đất đá không thấm nước hoặc thấm nước yếu nên không xảy ra hiện tượng mất nước được Trong phạm vi từ đuôi

hồ về đến hố khoan NS43 (cuối cùng của tuyến phụ đập Kim Đái) cũng có cao trình đỉnh phân thuỷ cao thường trên +35 m Nước mạch xuất lộ cao ngay tại

lỗ khoan NS43 ở +24 m, còn các điểm lộ khác đều trên +25 m Do đó trong phạm vi này cũng khó xảy ra điều kiện mất nước Nhìn chung, tuy trong lòng

hồ có phân bố lớp laterit nhưng ở cao hoặc bị lớp phủ không thấm nước nằm trên, hoặc các điểm đổ nước vào lòng hồ có cao trình lớn hơn +25 m nên không xảy ra điều kiện mất nước

Đồi núi vùng này đều thoải, thấp từ thượng lưu trở xuống cao độ không chênh lệch nhau nhiều cho nên hiện tượng sạt lở chỉ là cục bộ, bồi lắng không đáng

kể Vùng hồ ruộng nương không nhiều, khoáng sản chưa có những phát hiện

về trữ lượng đáng kể Ngập cụ thể ở khu vực Ngải Sơn và một số ruộng khoảng 60 ha, ngập 3 km đường giao thông Kim Đái – xóm Ban

2.4.2 Điều kiện địa chất công trình vùng tuyến

Khu vực tuyến phụ A nói riêng và toàn bộ vùng hồ nói chung nằm trong vùng

có địa hình phân cắt là nơi tiếp giáp giữa hai miền địa hình trung du và miền

núi Vì thế, các lớp đất đá có nhiều thay đổi và khá phức tạp Bên cạnh các lớp trầm tích Đệ Tứ, còn tồn tại một lượng nhỏ các lớp trầm tích trước Đệ Tứ (Hình 2.1)

Hình 2.1 Mặt cắt địa chất tuyến đập phụ A

Tuyến đập phụ A gồm có các lớp sau:

- Lớp 2b: Đất thịt nặng - sét nhẹ chứa nhiều bùn hữu cơ xám đen, trạng thái dẻo chảy - chảy, có bề dày thay đổi, ở thượng lưu dày 1 - 2m còn ở hạ lưu

và tim đập dày tới 4m, nơi mỏng nhất dày 0,4m

- Lớp 4: Bùn hữu cơ xám đen, trạng thái dẻo chảy, có bề dày thay đổi, ở thượng lưu dày 2,5m còn ở hạ lưu và tim đập dày tới 4m, nơi mỏng nhất dày 1,2m

- Lớp 9: Đất sét trung màu vàng xẫm, hơi ẩm, trạng thái dẻo cứng, phân

bố chủ yếu ở hai vai đập Bề dày khoảng 2m

- Lớp 10: Sạn sỏi laterit lẫn sét màu vàng xẫm đến nâu đỏ, phân bố chủ yếu ở hai vai đập Bề dày trung bình khoảng 2m, có chỗ dày tới 2,5m, ở mặt cắt thượng lưu và tim đập dày 1,5m

- Lớp 11a: Đất thịt trung, thịt nặng, màu vàng xẫm, phân bố chủ yếu ở nền đập Bề dày khoảng 8m

- Lớp 11b: Đất sét nhẹ, trung màu vàng trắng Chỉ phân bố ở mặt cắt tim,

bề dày thay đổi khá lớn từ 2m tới 20m

2.4.3 Thiết kế và xây dựng đập

Đập phụ A được đắp đều bằng đất, chắn ngang một nhánh suối nhỏ từ lưu vực chảy ra suối Ngải Sơn ở phía hạ lưu đập Tại vị trí này đập dài gần 100 m gối trên hai mỏm đồi cao, lòng suối ở cao độ 9.00 m Địa chất nền xấu gồm: lớp bùn hữu cơ dày 4 m (phủ kín cả lòng suối), dưới là lớp đất thịt dẻo cứng dày 5m rồi mới đến đá gốc Hai bên sườn đồi có lớp sạn sỏi có hệ số thấm lớn

Đập được đắp đất sau khi đ bóc bỏ lớp bùn hữu cơ đi

Đập phụ A được bắt đầu thi công từ tháng 12/1971 và hoàn thành phần đất

+ Chiều cao nơi đắp cao nhất : 20,7 m

Dựa vào một số chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập đ xác định

được:

Hệ số thấm qua đất thân đập: K0 = 2x10-5 cm/s

2.3.4 Hiện trạng đập phụ A

Năm 1984, sau 12 năm đưa vào sử dụng, ban quản lý công trình thuộc xí nghiệp Đồng Mô - Ngải Sơn phát hiện thấy có hiện tượng rò rỉ nước ở hầu hết phần chắn đập hạ lưu của đập phụ A Để đảm bảo an toàn cho đập, xí nghiệp thuỷ nông Đồng Mô - Ngải Sơn đ ký hợp đồng với Viện khảo sát và thiết kế thuỷ lợi (nay là công ty tư vấn xây dựng thuỷ lợi I) khảo sát thiết kế và thi công xử lý chống thấm cho đập bằng phương pháp khoan phụt dung dịch sét -

xi măng Viện khảo sát và thiết kế thuỷ lợi đ khoan khảo sát, lấy mẫu và thí nghiệm các mẫu đất nguyên dạng, điều tra hiện trạng của đập

ở hạ lưu đập phụ A, hiện tượng rò rỉ xảy ra chủ yếu là ở chân đập, đặc biệt là bên vai phải thân đập thay đổi theo mực nước trong hồ Khi mực nước trong

hồ là 17,5 m thì mực nước rò rỉ xuất hiện ở cao trình là +12 m đến +12,5m Nếu nước hồ ở +14.5 m thì rò rỉ ở +10,5 m Hai vai đập phụ A được khoan phụt xi măng và sét nhưng hiệu quả có mức độ Quan sát ngày 28/5/1990 ở vùng biên vai phải đập ở cao trình +13 m đến +14 m thấy mái đập bị sũng nước và hơi lép mái Bên phía vai trái đập cũng như trên toàn bộ mặt mái đập hạ lưu, khi mực nước ở cao trình +19,00 cũng không quan sát thấy hiện tượng nước rò rỉ ra

Kết quả đo vẽ tháng 4 năm 1991 cho thấy, mặt cắt đập đắp lớn hơn mặt cắt thiết kế Bùn hữu cơ ở nền đập này không được bóc kỹ Ngoài ra đồi hai vai

đập khá dốc, nước mưa chảy dồn vào cuối mái đập, vùng biên cần được cách

ly

Thân đập không đồng nhất về thành phần độ hạt và độ chặt với đất laterit nguồn gốc tàn tích dễ tạo nên hang ổ, hang hốc dẫn đến lún cục bộ và khe nứt ngày càng mở rộng, các liên thông không theo một quy luật nhất định, và bài toán thấm phẳng để kiểm tra đường bo hoà trong đập cũng chỉ là gần đúng

Đập đất không đạt đồng chất có nguyên nhân do thi công đ dùng chủ yếu là

Đối với nền đập, khi thi công đ không bóc bỏ hết lớp đất hữu cơ ở nền đập Lớp đất hữu cơ ở lòng suối có thể còn lại tới 3 - 4m (hố khoan KSA2) ở đập phụ A không có hiện tượng rò rỉ qua thân đập mà ở đây nước chủ yếu thấm qua phần tiếp giáp giữa đất đắp đập và đất nền đập Đất nền đập chủ yếu là lớp

10 - đất sét lẫn sạn sỏi laterit, tàn tích của đá gốc cát, bột, sét kết có tính thấm lớn K =1x10-3cm/s Và chính vì chưa được xử lý mà phần tiếp giáp này trở thành nơi xung yếu gây ra rò rỉ nước

2.3.6 Về giải pháp kỹ thuật đS thực hiện

Giải pháp kỹ thuật cụ thể cho đập phụ A: Phạm vi gia cố mái đập hạ lưu chủ yếu là từ cao trình +15 m trở xuống Biện pháp là bóc bỏ lớp thảo mộc (bóc bỏ hoàn toàn lớp 2b và lớp 4), đặt các lớp cát sỏi, và sỏi cuội, đá hộc làm kết cấu lọc trên mái nghiêng Độ dày các lớp lần lượt từ dưới lên trên là 25cm Trọng tâm là mái và chân đập phía phải, hai bên mé đồi ở hai vai đập để tránh nước núi chảy xô vào mép đập khi có mưa vào cần xây hai rnh tiêu nước phân cách nước mưa ra ngoài vùng đập, các rnh này xây đá có kích thước 20x20cm

Đồng thời ở hai vai đập làm chân khay qua lớp 10, cắm vào lớp 11a, 11b, và lớp 9

III phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện tại hồ Đồng Mô, thuộc x Sơn Đông, Thị X Sơn Tây, tỉnh Hà Tây (Hình 3.1)

Hình 3.1 Vị trí địa lý hồ Đồng Mô

3.1 Thiết kế nghiên cứu

Đề tài được thiết kế để lấy hai loại mẫu nước nghiên cứu như sau :

1) Các mẫu khảo sát (KS) nguồn gốc và loại nước để đánh giá mối liên hệ giữa nước hồ với nước trong các mạch thấm, sủi và nước ngầm ở khu vực xung quanh đập phụ A Các mẫu này được lấy trong hai mùa: mùa mưa khi hồ đầy nước và mùa khô khi hồ cạn nước (15 mẫu x 2 lần = 30 mẫu) Sơ đồ vị trí các

điểm lấy mẫu khảo sát được đưa ra tại Hình 3.2 Trên hình này, các điểm khảo sát trên hồ trong mùa tích nước đầy (10/2005) được thể hiện bằng các chữ số KS1, KS2, v.v., các điểm khảo sát trên hồ trong mùa khô có mực nước cạn (05/2006) được thể hiện bằng các chữ số KS21, KS22, v.v Hình 3.3 thể hiện chi tiết các điểm khảo sát quanh đập phụ A

Vị trí nghiên cứu

Hình 3.2 Sơ đồ vị trí các điểm lấy mẫu khảo sát trên hồ Đồng Mô

Hình 3.3 Sơ đồ vị trí các điểm khảo sát quanh đập phụ A

Khu vực đập phụ A

2) Các mẫu nước theo dõi thấm qua thân và vai đập phụ A, gồm: 3 mẫu trước

đập (T1, T2, T3), 5 mẫu trong các ống pizometer (FAa, FAb, FAc, FAd, FAe),

3 mẫu trong các máng thấm (T5, T6, T7), và 1 mẫu trong ao sủi (T4), tổng cộng 12 mẫu cho 1 đợt nghiên cứu Sơ đồ vị trí các điểm lấy mẫu khảo sát

được đưa ra tại Hình 3.4

Hình 3.4 Sơ đồ các vị trí lấy mẫu theo dõi thấm

Vị trí lòng suối cổ

Các mẫu này được lấy vào 19 đợt, từ tháng 9/2005 đến tháng 2/2007 Ngoài các vị trí trên chúng tôi còn lấy mẫu nước ngầm theo dõi thăng giáng TPĐV O

và H tại hai vị trí: 1 tại giếng khoan trong nhà dân ở ngay sau đập phụ A và 1 tại giếng khoan tại Đội quản lý hồ Đồng Mô

3.2 Nội dung nghiên cứu

Các nội dung nghiên cứu chính của đề tài bao gồm:

1 Khảo sát và thu thập các tài liệu địa chất, thuỷ văn, địa chất công trình khu vực hồ Đồng Mô, đặc biệt là đập phụ A, qua đó thiết kế mạng lưới các điểm lấy mẫu nước

2 Khôi phục lại các ống pizometer bị tắc, nạo vét sửa chữa đường máng thấm phục vụ công việc lấy mẫu nước

3 Lấy các mẫu nước khảo sát tại các suối đầu nguồn, trong hồ, các mạch nước thấm ở vai đập, trong các ống pizometer, các mạch sủi, và các giếng nước

ăn tại khu vực quanh hồ Đồng Mô

4 Đo đạc tại thực địa các thông số của mẫu nước như nhiệt độ, pH, độ dẫn

điện

5 Phân tích các đồng vị 18O, 2H(D), và 3H(T) từ đó đưa ra mối liên hệ giữa nước hồ với nước trong các mạch thấm, mạch sủi và nước ngầm ở khu vực xung quanh hồ cũng như tính toán tốc độ thấm qua đập phụ A

6 Phân tích các yếu tố hoá học: Các ion: SO42-, CO32-, HCO3-, NO3-, Cl- ; các cation: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH4- … để xác định loại nước

7 Phân tích các chỉ tiêu môi trường nước hồ (DO, BOD, COD, N, As ) kết hợp đánh giá hiện trạng ô nhiễm của nước hồ

8 Tổ chức hội thảo, semina khoa học với các cơ quan đối tác

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu

Các mẫu khảo sát nguồn gốc và loại nước để đánh giá mối liên hệ giữa nước

hồ với nước trong các mạch thấm, sủi và nước ngầm ở khu vực xung quanh

đập phụ A được lấy như trên Bảng 3.1

Bảng 3.1 Các mẫu khảo sát và nhu cầu phân tích

Nhu cầu phân tích

Để lấy các mẫu nước theo dõi thấm qua thân và vai đập phụ A cần phải ước

cm/s (Bộ thuỷ lợi (b), 1968) Với chiều rộng đáy đập lớn nhất là 115,5 m và cao độ tích nước khoảng 20m (gradient thủy áp =0.20) thì thời gian cần thiết

để nước từ hồ thấm qua thân đập sẽ là: t=(115,50/2)/10/K0 =28.875.000s ≈ 334 ngày, gần bằng một năm Khoảng thời gian này là rất lớn nên chúng tôi đ quyết định theo dõi thấm trong 18 tháng mới có đủ số liệu thống kê cần thiết

Đồng thời, để có đủ số liệu tin cậy làm hàm đầu vào cho các phần mềm xử lý phải lấy mẫu với tần suất 1 tháng 1 lần

Các mẫu nước theo dõi thấm được lấy tại các vị trí như trên Hình 3.4 bao gồm:

T2-19, T3-1 đến T3-19);

FAb-1 đến FAb-19, FAc-1 đến FAc-19, FAd-1 đến FAd-19, FAe-1 đến FAe-19);

Các mẫu nước được lấy vào trong các lọ chuyên dụng có hai nắp kín bảo đảm không bị lọt khí Trong các hố khoan quan trắc, các mẫu nước được lấy tại chính giữa ống lọc (Hình 3.5) Tại các vị trí khác, các lọ được ngâm trực tiếp vào trong nước sao cho không khí không lọt được vào trong lọ sau đó đậy kín lại để đưa về phòng thí nghiệm xử lý phân tích Ngoài ra, chúng tôi cũng tiến hành đo các tham số thực địa như độ pH, độ dẫn điện, hàm lượng ôxy hòa tan trong cột nước của các hố khoan quan trắc và tại các điểm lấy mẫu

Hình 3.5 Vị trí lấy mẫu trong các hố khoan quan trắc

3.3.2 Phương pháp phân tích mẫu

Các tỷ số đồng vị 18O/16O , 2H(D)/1H được phân tích trên khối phổ kế tỷ số

đồng vị (MS) và xử lý mẫu bằng phương pháp nhiệt phân (Trịnh Văn Giáp, 2004) tại Phòng thí nghiệm Thủy văn Đồng vị (VKHKTHN)

Phân tích mẫu: Nhiệt độ lò đốt là 1300oC khi phân tích đồng vị 18O và 1050oC

6 lần tỷ số đồng vị cần quan tâm Mỗi lần phân tích 1 xung khí reference được

đưa vào MS để phân tích tỷ số đồng vị tương ứng Kết quả đưa ra là thành

được biểu diễn bằng đơn vị phần nghìn (‰) Trong quá trình phân tích mẫu, 2 mẫu chuẩn thứ cấp cũng được phân tích xen kẽ với các mẫu khác

Tính toán kết quả: TPĐV của mẫu được tính qua 2 mẫu chuẩn theo công thức sau:

δ

δ δ

δ δ

δ

1 2

1 1

2 1

ư

ư +

VSMOW VSMO