Guideline: on Groundvvater m onitoring for general reíerence purposes, IGRAC, The N etherlands In ternational Working Group I Utrecht.. Inventory of existing.[r]
Trang 1Đ ỊA CHẤT T H U Ỷ V Ă N 443
Foster s., Hirata R 1988 G roundĩvater polỉution risk assessment: a
methodology using avaiỉable data. VVHO-PAHO/HPE-CEPIS
Technical manual, Lima, Peru 81 pgs.
Groundwater Protection in Europe, the new groundiuater direc-
tive - consolidating the EU reguỉatory Frattieivork, 2006.
Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the
Council of 23 October 2000 - a íramevvork for Community ac-
tion in the field of water policy: a) Guidance Document No 2
Identiíication of Water Bodies (2003); b) Guidance Document
No 3 Analysis of Pressures and Impacts Impress (2003).
Guidelines on Drinking YVater Protection Areas, Part I:
Groundvvater Protection Areas, Technical Rule, Code of
Practice w 101, June 2006, D V G W German Technical and Scien-
tific Association fo r Gas and Water.
Guideline on Protection Areas for Drinking VVater Reservoirs
(Richtlinie w 102 - Schutzgebiete fủ r Trinkĩvassertalsperren,
D V G W 2002).
Guiđeline on the Treatment of Forests in Protectìon Areas for Drinking YVater Reservoirs (Richtỉinie w 105 - Behanđlutĩg des Waldes in Schutxgebieten fủ r Trinkiưassertalsperren, D V G W 1981).
Hirata, R & Rebouẹas, A 1999 La protección de los recursos hídricos subterráneosiuna visión integrada, basada en perímetros de protección de pozos y vulnerabilidad de acuííeros Boletin Geologico Mitĩero. Vol 110(4):423-236 Johansson, P-O & Hirata, R 2001 Rating of groundvvater con- tamination sources In: Zaporozec, A (editor) Groundwater contamination inventory A methodological guideline U N ESCO. Paris 87-105.
World Health Organization (WHO) 1982 Rapid assessm ent of sources of air, vvater, and land pollution W H O Offset Publica- tion 62:113 pgs.
Nghiên cứu động thái và cân bằng nước dưới đất
Đoàn Văn Cánh.
Trường Đại học M ỏ - Đ ịa chất.
G iớ i th iệ u
N g h iê n cứu đ ộ n g thái và cân b ằng nư ớc d ư ớ i
đâ't là m ột trong n h ữ n g n h iệm vụ trọng tâm của địa
châ't th ủ y văn k hu vự c N g h iê n cứ u đ ộ n g thái nư ớc
d ư ớ i đất là n g h iên cứ u sự b iến đ ộ n g tài n g u y ên
n ư ớ c th eo k h ôn g gia n và thời gian N g h iê n cứu cân
băng n ư ớ c d ư ớ i đất ch o ta biết các n g u ồ n tham gia
h ìn h thành nư ớc d ư ớ i đất - n g u ồ n chính, n gu ồn
phụ Kết quả n g h iên cứu đ ộ n g thái và cân b ằng
n ư ớ c d ư ớ i đất ch o ch ú n g ta cơ sở đ ể khai thác sử
d ụ n g h ợ p lý tài n g u y ê n n ư ớ c d ư ớ i đất đ ổ n g thời
đưa ra đ ư ợ c các giải p h áp bảo v ệ tài n g u y ê n n ư ớ c
d ư ớ i đất khòi bị cạn kiệt và ô n h iêm
Đ ộ n g th á i và c â n b ằ n g n ư ớ c d ư ớ i đ ấ t
Động thái nước dưới đắt
N ước dưới đất là tài n gu yên đặc biệt quan trọng,
là thành phần thiết yếu của sự sốn g và m ôi trường
Tài n guyên nước d ưới đất g ó p phẩn vào sự phát triến
của xã hội và nhu cẩu khai thác sử d ụ n g nước dưới
đât ngày càng gia tăng Trong khi đ ó tài n gu yên nước
dưới đất không phải là vô hạn, việc khai thác ổ ạt đà
gây ra nhiểu tác đ ộ n g gây su y thoái, cạn kiệt và ô
nhiễm n guồn nước dưới đâ't N h ừ n g thông tin, s ố liệu
v ể sụ biến đ ộng tài n gu yên nước dưới đât là đặc biệt
quan trọng đ ế ra quyết định đ ú n g đắn trong công tác
quản lý tài n guyên nước dưới đâ't.
Sự b iến đ ộ n g tài n gu yên nư ớc d ư ới đất theo thời gian gọi là đ ộ n g thái nước d ư ới đâ't Cụ th ể hơn -
Đ ộ n g thái n ư ớ c d ư ới đất là sự thay đ ổ i (dao đ ộn g) các đặc trung v ể s ố lượng và chất lư ợn g của nước
d ư ớ i đất (m ự c nước, lu n lượng, nhiệt độ, thành phần hóa h ọc và khí, v.v ) theo thời gian.
N g h iên cứu và phân tích đ ộ n g thái n ư ớc d ưới đất
ch o p hép xác định m ối liên hệ giữa n h ữ n g nhân tô
cơ bản hình thành đ ộn g thái với các y ếu tố đ ộn g thái, làm sán g tỏ n h ữ n g quy luật thay đ ối của ch ú ng theo thời gian và không gian Làm sán g tỏ n h ữ n g
n g u y ên nhân dẫn đ ến sự thay đổi, cơ c h ế tương tác,
q uy luật xuất h iện đ ế có th ể d ự báo đ ú n g đắn sự thay đ ổi của d ò n g thấm theo thời gian, xây d ự n g m ô hình tối ưu sử d ụ n g nước d ư ới đất và đ iểu tiết d ò n g thấm theo yêu cẩu của con người.
N g h iên cứu đ ộ n g thái nước dưới đất còn cho
p h ép giải q uyết các bài toán thực t ế trong Địa chất
th ủ y văn, n h ư xác đ ịnh các thôn g s ố thấm , đánh giá
đ iều kiện biên của tẩng chứa nước, xác đ ịnh giá trị
cu n g cấp thấm cho nước d ưới đâ't, xác định m ối quan hệ thủ y lực giừa nước trên m ặt với nước dưới đâ't, giữ a các tầng chứa nước với nhau, đánh giá ảnh
h ư ở n g tác đ ộ n g của con người tới đ iểu kiện địa chât thủ y văn và m ôi trường xu ng quanh.
Trang 2444 BÁCH KHOA THƯ Đ ỊA CHÁT
M ột trong n h ũ n g nhiệm vụ cơ bàn khi n ghiên
cứu đ ộ n g thái nước dưới đâ't là xác đ ịnh các nhân tố
ảnh h ư ờ n g và đ iểu kiện h ình thành đ ộ n g thái nước
dưới đất N h ừ n g nhân tố cơ bản hình thành đ ộn g
thái nước dưới đâ't có thê phân ra 6 n hóm - địa chất,
vũ trụ, khí hậu, sinh vật - thổ như ỡn g, thủy văn,
nhân tạo Trong phân tích đ ộ n g thái nư ớc dưới đất,
v iệc xác định các nhân tố cơ bản hình thành đ ộng
thái và khoảng thời gian tác đ ộ n g của ch ú ng có ý
nghĩa rât quan trọng Đ ó chính là đ ộ n g lực quyết
định đặc trưng hay m ột trong n hử n g nét đặc trung
của đ ộn g thái nư ớc dưới đất.
T hông tin v ề đ ộn g thái n ư ớc dưới đất đ ư ợc thu
thập từ m ạng lưới quan trắc tài n g u y ên n ư ớc dưới
đất M ạng lưới quan trắc là tập hợp các trạm, điểm
và côn g trình quan trắc đ ư ợc b ố trí th eo m ột trật tự
nhất định và thực hiện v iệ c đ o đạc, quan trắc theo
m ột q uy trình thốn g nhất nhằm thu thập các thông
tin, SỐ liệu phục vụ các m ụ c tiêu, n hiệm vụ quản lý
nhà nư ớc v ề tài n gu yên nư ớc và các m ụ c đích khác
N ăm 1845, m ạng quan trắc m ự c nư ớc d ư ới đất đã
đ ư ợc thiết lặp ở xứ YVales (nước Anh) Ớ Pháp m ạng
lưới quan trắc chất lượng nước d ưới đâ't đ ư ợ c thiết
lập năm 1902 và củng là lần đẩu tiên ở lục địa Châu
Âu H ệ thống quan trắc đ ộ n g thái n ư ớc dưới đ ấ t ở
các nước khác thuộc C hâu Âu bắt đẩu trong giai
đoạn 1950 - 1980 N h iều d ữ liệu m ực n ư ớ c dưới đâ't
có chuỗi SỔ liệu dài 20 - 30 năm.
Q uan trắc nước dưới đất tại H oa Kỳ đ ư ợ c bắt đầu
từ đầu của th ế kỷ 20 (ƯSGS, 1985) N hằm đáp ứng
nhu cầu m ới và m ạnh m ẽ hơn cho cu n g cấp thông
tin và việc sử d ụ n g hiệu quả n gu ổn nư ớc dưới đất,
việc quan trắc m ự c nước dưới đất trong các giến g
khoan bắt đẩu ở N e w Jersey vào năm 1923 và ở
P ennsylvania vào năm 1925 Bán đ ổ n ư ớc dưới đâ't
đẩu tiên, m ang tên 'T h ân v ù n g nước d ư ới đất ở Mỹ"
đ ư ợ c M einzer thành lập năm 1923 M ạng lưới lỗ
khoan quan trắc m ực nư ớc dưới đất đã đ ư ợc m ở
rộng trên toàn nước M ỹ vào cuối n h ũ n g năm 1960.
Ờ nhiều nước đang phát triển công tác quan trắc
đ ộng thái nước dưới đất chỉ được bắt đầu bằng các dự
án quốc t ế v ề câp nưóc đ ô thị tử n guồn nước dưới đâ't,
đánh dâu bước đầu trong việc quan trắc nước dưới
đất Đ áng tiếc, các d ự án này thường chi thực hiện
trong thời gian ngắn, chuỗi s ố liệu không dài và cũng
n gử ng hoạt đ ộng không lâu sau khi kết thúc d ự án.
H iện trạng và sự phát triển m ạng lưới quan trắc
nước d ư ới đất phụ thuộc vào n hiều yếu tố M ột mặt,
m ạng lưới quan trắc đ ư ợ c điểu chình đ ê phát triển
khai thác n gu ồn nước d ưới đất và đánh giá các tác
đ ộn g ngày càng tăng đ ối với m ôi trường N hận thức
vai trò quan trọng của côn g tác quan trắc đ ộ n g thái
nư ớc dưới đât, từ năm 1985 N hà n ư ớ c Việt N am đã
tiến hành đầu tư, xây d ự n g và đưa vào vận hành 3
m ạng quốc gia quan trắc đ ộn g thái nư ớc d ư ới đất tại
đ ổn g bằng Bắc Bộ, đ ổ n g bằng N am Bộ và Tây
N g u y ên N g à y nay m ạng quan trắc này đ an g đ ư ợc đẩu tư m ờ rộng ra các v ù n g khác.
Phân dạng mạng quan trắc tài nguyên nước dưới đất Tùy thuộc vào q u y m ô m ạng quan trắc, m ụ c đích,
ý nghĩa, nội d u n g quan trắc, tham khảo m ạng quan trắc tại các nư ớc khác; các m ạng quan trắc đ ộ n g thái
nư ớc dưới đâ't khu vự c và m ạng quan trắc ch u yên đã
đư ợc đ ề xuât n h ư d ư ớ i đây.
M ạng quan trắc khu vực (m ạng quan trắc cơ sở) là
m ạng quan trắc đư ợc thiết lập đ ể quan trắc, n gh iên cửu đ ộn g thái nước dưới đâ't trên m ột khu v ự c rộng lớn của m ột nước, m ột địa p hư ơn g, m ột lưu vực, nhằm cung câp n h ữ n g thôn g tin nền v ề đ ộ n g thái nước dưới đất.
Tùy thuộc vào m ục đích quan trắc và quv m ô mạng quan trắc, m ạng quan trắc khu vực có thế là m ạng quan trắc quốc gia hoặc m ạng quan trắc địa phương.
M ạng quan trắc CỊUỐC gia là m ạng quan trắc được
thiết k ế bao trùm toàn bộ diện tích lãnh thô q u ốc gia, hay diện tích m ột câu trúc địa chât, m ột bổn thu nước,
m ột lưu vực sông, v v nhằm cu n g câp thông tin nền cho nghiên cứu đ ộn g thái tài n gu yên nước dưới đâ't nói riêng và m ối quan hệ giữa tài n gu yên n ư ớ c dưới đất với tài n gu yên nước mưa, nước mặt nói chung
M ạng này được thiết k ế có chú ý đến các m ạng quan trắc tài n gu yên nước m ưa, nước mặt.
M ạny quan trắc địa phương là m ạng quan trắc tài
n guyên nước dưới đất tại m ột địa phương nhằm
n ghiên cứu đánh giá đ ộn g thái tài n guyên n ư ớ c dưới đâ't ở địa phương đó Vì cùng chung m ột m ụ c đích, nên m ạng quan trắc này khi thiết k ế phai trên nền
m ạng quan trắc quốc gia đã có trong vùng, hoặc làm nền cho xây d ự n g m ạng quốc gia sau này đ ể giảm thiếu chi phí xây d ự n g vận hành và quàn lý m ạng.
M ạng quan trắc chuyên (m ạng quan trắc vận hành)
là m ạng quan trắc đ ư ợ c thiết lập đ ê quan trắc,
n gh iên cứu, giám sát sự biến đổi của m ột h oặc m ột vài thôn g SỐ quan trắc mà sự biến đổi của các thông
SỐ này liên quan đến việc khai thác, sử dụng nước
d ư ới đất hoặc các tác đ ộ n g của h oạt đ ộn g kinh t ế - xã hội của con người đ ến tài n g u y ên n ư ớ c dưới đất Ví
dụ, m ạng quan trắc đ ộ n g thái phá h ủ y do khai thác
n ước dưới đất trong các đ ô thị; m ạng quan trắc động thái nước d ư ới đất trong v ù n g hoạt đ ộn g của hổ chứa; m ạng quan trắc trong v ù n g tưới, trong vù ng khai thác m ỏ, v.v ; quan trắc nư ớc khoáng - nước
n óng, m ạng quan trắc đ ư ợ c thiết lập trong các đ ể án,
d ự án đ iểu tra nư ớc dưới đất.
Mục tiêu của công tác quan trắc động thái nước dưới đắt
C ông tác quan trắc đ ộ n g thái nước d ư ớ i đâ't nhằm các m ục tiêu d ưới đây.
* Xác định quy luật biến đổi của các yếu tố động thái v ể s ố lượng, chât lượng nước theo thời gian, tử đ ó
Trang 3Đ ỊA CHẤT TH U Ỷ V Ă N 445
xác định mối quan hệ giừa các yếu tố đ ộn g thái với
nhau, giữa các yếu tô đ ộng thái và các yếu tố hình
thành đ ộng thái (hình thành nước dưới đâ't) n hư quan
hệ với mưa, với nước mặt, quan hệ giừa các tẩng chứa
nước với nhau, v.v
* C un g câp thôn g tin cho tính toán cân bằng nước
và từ đ ó giúp cho việc xác định các n gu ồn hình
thành trừ lượng đ ộ n g tự nhiên của nước dưới đằt.
* Đánh giá tác đ ộng cua khai thác nước dưới đât và
các hoạt động kinh tế đến s ố lượng, châ't lượng nước
dưới đất.
* Đ ánh giá xu thế, d iễn biến s ố lượng, chất lượng
n ư ớc dưới đât theo thời gian phục vụ quy hoạch
khai thác sử d ụ n g n ư ớc d ư ới đâ't m ột cách hợp lý, đ ể
xuất biện pháp p h òn g ch ốn g cạn kiệt, ô nhiễm
n gu ồn nước dưới đâ't.
* P hục vụ việc cấp p hép thăm dò, khai thác và
đ iều chinh c h ế đ ộ khai thác nư ớc dưới đất.
Các thông số quan trắc
Các thông SỐ quan trắc gồm thôn g s ố v ề chất
lư ợ n g nước và thôn g s ổ v ề s ố lư ợn g nước.
T h ô n g số vè c h ấ t lư ợ n g n ư ớ c
T ù y thuộc vào đặc đ iểm chât lư ợn g nư ớc và đặc
đ iểm tự nhiên của d iện tích quan trắc, các thôn g s ố
vật lý, hóa học th ôn g thường v ề chất lượng nước
d ư ới đất đư ợc quan trắc có th ế n h ư sau - N hiệt độ,
đ ộ d ẫn điện, pH , tổng chất rắn hòa tan, NH-t*, Ca2+,
M g2+, Na*, Fe, Fl, C O 3 2 , Cl , HCCb', S O 4 2-, Arsen, N Ơ2 ,
N O3, v i sinh (tổng coliíorm , E.coli.)
Tuy nhiên, tùy thuộc vào đ ặc điểm v ề châ't lượng
nước, h iện trạng ô n hiêm , tủy thuộc vào m ục đích
quan trắc có thê lựa chọn m ột s ố các th ôn g s ố v ể châ't
lư ợ n g nước n h ư đã liệt kê ở trên, n h ư n g phải đảm
bảo quan trắc các thôn g s ố tối thiểu v ề n hiệt độ, pH,
đ ộ dẫn đ iện, tổng chất rắn hòa tan, Arsen, NH4+,
N O r, E.coli.
T h ô n g số về số lư ợ n g n ư ớ c
SỐ lư ợ n g n ư ớ c d ư ớ i đ ấ t đ ư ợ c đ ặc trưng bơi hai
thông SỐ quan trắc - mực nước trong các công trình
q uan trắc và lưu lư ợ n g các m ạch lộ, d ò n g chảy
q uan trắc.
- M ự c nước dưới đất cẩn đ ư ợ c quan trắc và tính
toán th e o đ ộ cao tư ơ n g đ ố i và tu y ệt đ ối Trong
trư ờ n g h ợ p tầng chứa n ư ớ c phân b ố n ô n g , cẩn
th iết p h ải lắp đ ặt th iết bị đ o m ưa đ ể quan trắc
lư ợ n g m ưa trên d iệ n tích bô7 trí các trạm quan trắc
n ư ớ c d ư ớ i đât.
- Q uan trắc lưu lượng nguồn lộ bằng cách đặt ván
đ o hoặc đ o lưu lư ợn g m ạch lộ bằng thù ng định
lư ợ n g và đ ổn g hổ bấm giây H ư ớn g dẫn chi tiết v ề
đ o m ự c nước và quan trắc n gu ồn lộ đ ư ợ c trình bày
trong các h ư ớ n g dân hoặc quy phạm hiện hành.
Tần suắt quan trắc
N h ìn ch u ng cẩn hài hòa tẩn suât lấy m âu chât
lượng nước với tần su ấ t quan trắc thủ côn g m ực
nước đ ê thực hiện đư ợc cùng lúc cả hai nhiệm vụ nhằm tiết kiệm thời gian và n gu ồn lực (nh ừ ng trạm
quan trắc m ự c nước tự đ ộn g thì tẩn s u ấ t quan trăc
đ ư ợc cài đặt trước).
Tẩn suât lấy m ẫu và phân tích chât lư ợn g nước tôi thiếu: 2 lẩn m ột năm vào giừa m ùa khô và cuổi
m ùa m ưa trong đa s ố trường hợp.
Tần suât 2 lần/năm vào cuối m ùa m ưa và mùa khô ở n h ữ n g nơi sau đây.
+ Chât lư ợn g nước ít thay đối v ể thành phẩn hóa học;
+ Các tầng chứa nước phân b ố sâu (trên lOOm),
có m ứ c đ ộ trao đối nư ớc chậm.
Tẩn suất 4 lẩn/năm (cuối m ùa m ưa, giừa mùa khô, giừ a m ùa m ưa và m ùa khô, giửa m ùa m ưa) ở
n hừ n g nơi dưới đây.
+ Có sự ô nhiễm ở thượng nguồn (công nghiệp, nông nghiệp, chăn nuôi, làng nghề, nghĩa trang, v v ); + Thành phẩn hóa học của nước thay đ ối mạnh; + Các v ù n g đất n gập nước và v ù n g ảnh h ư ởng triều;
+ Trên n h ừ n g d iện tích đ ang triến khai các d ự án
đ iểu tra;
+ Trong các g iế n g khoan đ ổ n g thời sử d ụ n g phục
vụ cấp n ư ớc sinh hoạt.
Tại các đ iểm đặc biệt (tầng chứa d ễ bị tốn thương), tần suât lấy m ẫu n ư ớc có thê d à y hơn Lấy m ầu n ư ớc phải thực h iện theo đ ú n g quy trình đã đư ợc h ư ớ n g dần trong các Q u y chuấn Việt
N am , Tiêu chuẩn V iệt N am h iện hành.
Cân bằng nước dưới đất Khái niệm về cân bằng nước
Sự thay đối khối lượng và năng lượng của nước trong m ột th ể tích nào đó của hệ thống địa châ't thủy văn diễn ra dưới tác động của các m ối quan hệ bên trong và bên ngoài được gọi là trao đổi nước Các m ối quan hệ này liên quan đến sự xuất hiện áp lực thủy tình và áp lực địa tĩnh gây ra bời các yếu tố như: khí tượng, thủy văn, địa chât, kiến tạo, v.v Các m ối quan
hệ này (quá trình ngấm , thấm) tạo ra 3 dạng trao đổi nước cơ bản Trong nghiên cửu cân bằng nước, những dạng trao đổi nước là đối tượng nghiên cửu chính.
Cân bằng nước dưới đất là m ối tương quan định
lượng trong m ột khoảng thời gian nhất định giừa các thành phẩn đ ến và đi của d òn g chảy Các thành phẩn này được nghiên cứu trong m ột d iện tích (khu) cân bằng tương ứng Từ đó, đ ế giải quyết bài toán cân bằng có th ể sử d ụn g m ột phẩn hoặc toàn bộ tầng chứa nước, phức hệ chứa nước hay thậm chí cả bổn địa chất thủy văn Khu cân bang được chia theo bản đ ổ thủy
đ ăng cao/đăn g áp Đ ê phân chia khu cân bằng cẩn vạch ra nhừng đ ư ờng d òng vu ôn g góc với các đường
Trang 4446 BÁCH K H O A T H Ư Đ ỊA CHÁT
th ủ y đ ẳ n g ca o /đ ẳ n g áp làm ranh giới M ặt cắt đ ứ n g
trùng vớ i n h ữ n g đ ư ờ n g ranh giớ i này trên b ình đ ổ và
là g ió i hạn của các th ể tích tính cân bằng M ôi tư ơng
quan giừ a các thành p hẩn đ ến và đi trong cân bằng
n ư ớ c sê xem xét trên n h ừ n g ranh giới tư ơ n g đ ôi này
của th ế tích n gh iên cứ u v ề m ặt câu trúc, các đ iều kiện
địa chất thủ y văn của khu cân bằng cần phải m ang
tính đ iển h ình h oặc nói cách khác là có tính đại diện,
n ghĩa là phải th ế h iện đ ầ y đủ n h ử n g đ ặc đ iểm và tính
chât của toàn b ộ h ệ th ôn g địa chất thủy văn.
Cân bằng n ư ớ c d ư ới đâ't là sự thê h iện m ột cách
đ ịn h lư ợ n g các quá trình trao đ ối nư ớc d iễn ra trong
hệ th ốn g địa chât th ủ y văn và m ối tư ơ n g quan của
ch ú n g vớ i m ôi trường bên n goài và vớ i các h ệ thôn g
địa chât th ủ y văn khác C ân bằng n ư ớ c đ ư ợ c thiết lập
ch o n h ừ n g chu k ỳ/th ờ i gian khác n h au n h ư m ùa,
năm , n hiều năm Cân b ằn g n hiều năm th ư ờ n g đ ư ợ c
n g h iên cửu trong đ iểu k iện vận đ ộ n g ổn đ ịn h của
n ư ớ c d ư ớ i đâ't, còn cân b ằng năm , m ù a - áp d ụ n g
trong đ iể u kiện vận đ ộ n g k h ôn g ổn đ ịnh Cân bằng
n ư ớ c liên quan đ ến đ ộ n g thái và cũ n g thê h iện đ ịnh
lư ợ n g các yếu tố h ình thành đ ộ n g thái cũ n g n h ư m ối
quan h ệ cùa ch ú n g trong p h ư ơ n g trình Các y ếu tố
h ình thành đ ộ n g thái tổn tại trong m ột h oàn cảnh địa
chất thủ y văn nhât đ ịn h và th ể hiện b ằng s ự d a o đ ộ n g
m ự c nước.
C ác thành p hần cân b ằng là các yếu t ố xác đ ịn h sự
thay đ ổ i lư ợ n g n ư ớ c trong m ột thê tích n à o đó C ó th ể
p hân chia thành thành p hần đ ến và thành phần đi
h oặc cu n g câp và phá h ủy C h ú n g có thê là tự n hiên
h oặc nhân tạo, trong s ố ch ú n g có thê đ ặc trưng ch o
trao đ ổ i n ư ớ c n g a n g h oặc có thê trao đ ổ i thẳng đ ứ n g
trong m ột p hạm v i thê tích cân bằng đã phân chia
N h ừ n g thành p hẩn cân b ằn g có thê đặc trư ng ch o m ối
tư ơng quan giữ a h ệ th ốn g địa châ't th ủ y v ă n v ớ i khí
q u yến , vớ i q u yển n ư ớ c mặt, có th ể vớ i h ệ th ốn g địa
chât thủ y văn bên cạnh N h ư vậy, các thành p hẩn cân
b ằng ch ín h là n h ữ n g y ếu tố h ình thành đ ộ n g thái
n ư ớ c d ư ớ i đất C h ú n g đ ư ợ c b iểu d iễn d ư ớ i d ạn g thê
tích n ư ớ c (m 3) h ay ch iều cao lớp n ư ớc (m m , m ) trên
m ột đ ơ n v ị d iện tích ch o trước, h oặc là b iểu d iễn bằng
m /n g à y , m 3/ n ă m h oặc cư ờ n g đ ộ của các y ế u tố
(m /n gày, m m /n ăm , m m /n g à y , m /năm ).
T rong đ iểu k iện v ậ n đ ộ n g ôn đ ịn h , lư ợ n g n ư ớ c
ch áy đ ến bằng lư ợ n g n ư ớ c thoát đi T rong đ iể u kiện
v ận đ ộ n g k h ô n g ôn đ ịn h , hai đại lư ợ n g n ày k h ôn g
b ằn g n h au và có th ế đ ư ợ c th ể h iện q u a s ự d â n g cao
m ự c n ư ớ c v à lư u lư ợ n g d ò n g ch ả y gia tăng
(qđến>qđi); h oặc g iả m lưu lư ợ n g hoặc g iả m m ự c n ư ớ c
d iễn ra khi qdến < qđi D o sự khác n h au giữ a tổn g
lư ợ n g n ư ớ c đ ến và đi tron g m ột k h o ả n g thời gian
cân b ằ n g đ ặc trư ng ch o lư ợ n g n ư ớ c tăn g lên hay
giảm đi tron g th ể tích cân b ằn g L ư ợ ng n ư ớ c trong
t h ế tích cân b ằn g n ày p hụ th u ộc v à o tính nhả n ư ớ c
của đâ't đá trong h ệ th ố n g địa chât th ủ y vă n và đ ư ợ c
xác đ ịn h qua h ệ s ố n hả n ư ớ c trọn g lự c (S y) đ ô ì với
n ư ớ c n gẩm và h ệ s ố nhả n ư ớ c đ àn h ổi |i \
Các thành phân cân b ằng n ư ớ c tham g ia vào
p h ư ơ n g trình cân bằng đ ư ợ c xác đ ịn h m ộ t cách đ ộc lập C hính n hữ n g thành p hần n ày đ á n h giá định
lư ợ n g các y ếu tố hình thành đ ộ n g thái N ế u tâ't cả các thành phần tham gia vào cân b ằn g đ ư ợ c x em như 100% tương ứng với tổng lư ợ n g đ ế n và đi, thì yếu tố nào chiếm tý lệ > 50% đ ư ợ c xem n h ư là y ế u t ố chủ yếu , và yếu tố nào chiếm tý lệ < 10% đ ư ợ c xem như
y ếu tô thứ yếu.
Thành lập và phản tích phư ơ ng trình cản bằng nước dưới đất
M ụ c đ ích
+ Làm sán g tỏ và đánh g iá đ ịn h lư ợ n g các thành phần cân bằng nước, tìm ra m ố i q u an h ệ giữ a ch ú ng, xác định các thành phẩn cân b ằn g ch ín h, các y ếu tố chính hình thành đ ộn g thái n ư ớ c d ư ớ i đâ't trong d iện tích n gh iên cứu cân bằng;
+ Làm sán g tỏ kiểu đ ộ n g thái n ư ớ c d ư ớ i đât, phân tích xu th ế đ ộn g thái m ự c n ư ớ c và lư u lượng,
từ đ ó d ự báo đ ộn g thái m ự c n ư ớ c và sự thay đổi các thành phần tham gia vào cân b ằn g n ư ớ c d ư ớ i đất; + Xác đ ịnh và tính toán đ ịn h lư ợ n g các k iểu trao
đ ối nước, xác định m ối quan h ệ g iũ a cân b ằn g nước
dưới đ ấ t với cân bằng n ư ớ c tron g đ ớ i th ô n g khí và
với cân bằng nư ớc chung của lụ c địa.
T rìn h tự lậ p p h ư ơ n g trìn h c â n b ằ n g n ư ớ c d ư ớ i đ ấ t
Đ ế n gh iên cửu cân bằng n ư ớ c tron g m ố i quan hệ với n ghiên cứu đ ộn g thái n ư ớ c d ư ớ i đâ't, ch ú n g ta phải tiến hành theo trình tự các b ư ớ c n h ư sau.
Bước ĩ Xác đ ịn h diện tích cân b ằ n g và khoảng
thời gian n gh iên cử u cân bang.
Bước 2 Thành lập p h ư ơ n g trình cân b ằng dưới
d ạng SỐ h ọc các thành phần đ ến và đi trong khoảng thời gian n ghiên cứu.
Bước 3 Với giá trị các thông s ố có đư ợ c theo kết quả
điểu tra nước dưới đất, xác đ ịnh định lư ợn g các thành phẩn đến và đi tham gia vào p hư ơn g trình cân bằng.
Bước 4 Đánh giá kết quả cân bằng, tức là đánh
giá sự thay đổi trừ lượng tron g khu cân b ằn g d o tác
đ ộ n g cùa tâ't cả các yếu tố T rong đ iểu k iện vận đ ộn g
ổn định, m ự c nước trong thời g ian n g h iê n cứu cân
b ằng k hôn g thay đổi Trong đ iể u k iện vận đ ộng
k hôn g ổn đ ịn h sẽ xảy ra quá trình d â n g cao hay su y giảm m ự c nư ớc (hoặc trữ lư ợ n g n ư ớ c d ư ớ i đâ't).
Bước 5 Làm sán g tỏ m ối q u an h ệ g iữ a đ ộ n g thái
và cân b ằng nước d ưới đât; p hân tích m ố i quan hệ giữ a thành phẩn đ ến và thành p hẩn đi đ ế rút ra yếu
tố chính, yếu tố phụ hình thành đ ộ n g thái n ư ớ c dưới đât trong khu cân bang, từ đ ó d ễ d à n g xác đ ịn h kiêu
đ ộ n g thái nư ớc d ư ới đất.
Bước 6 Phân tích h ư ớng th ay đ ổ i/d iễ n b iến đ ộng
thái m ực nư ớc trong diện tích n g h iê n cứ u (biến đ ối trong quá trình khai thác sử d ụ n g n ư ớ c d ư ới đâ't,
đ iều kiện cu n g câp và thoát n ước), ảnh h ư ở n g của
Trang 5Đ ỊA C HẤ T T H U Ỷ V Ă N 447
n h ữ n g xu t h ế n ày tới cân bằng nư ớc và với m ôi
trường xu ng quan h.
Bước 7 Phân tích d iên biến trử lượng chung của
nước d ư ới đất.
Bước 8 Phân tích, p hán đoán khả năng bô su ng trừ
lượng nước d ư ớ i đất và n gu ồn hình thành trừ lượng
tự nhiên Đ ánh giá đ ịn h lư ợn g các quá trình trao đổi
nước, các dạng quan h ệ và tương tác giữa chúng.
S ự bổ su n g trừ lư ợ n g n ư ớc d ưới đất d iễn ra trong
su ốt thời kỳ cân b ằn g nư ớc C hú ng đư ợc chia thành
các n g u ồ n tự n h iê n và n g u ồ n nhân tạo liên quan đ ến
hoạt đ ộ n g của con n g ư ờ i.
wt*
r f n
c — ] ị EE32 Y /A * Er3« EE37
Hình 1. Sơ đồ mặt bằng và mặt cắt diện tích nghiên cứu
cân bằng
M ột trong n h ữ n g ưu đ iếm rất cơ bản của n ghiên
cứu cân b ằng n ư ớ c d ư ớ i đâ't là có th ể xác định đư ợc
n h ữ n g đại lư ợ n g m à tron g đ iểu tra địa chất thủy văn
ở n goài trời k h ô n g th ể xác đ ịnh d ễ d àng và chính
xác Đ ó là đại lư ợ n g thất thoát nước dưới đâ't d o bốc
hơi từ m ặt n ư ớ c n g ầ m Trong thực tế, đại lư ợn g này
có th ế đ o đ ếm đ ư ợ c trực tiếp tại các bãi thí nghiệm ,
th ư ờ n g gọi là "sân cân bằng" Tuy nhiên các sân cân
b ằng k hôn g th ê đại d iện cho cả m ột d iện tích rộng
lớn n gh iên cứ u v ớ i đ iểu kiện trên mặt đất rất khác
n hau và lớp p h ủ th ô n h ư ờ n g râ't khác nhau Vì vậy,
đại lư ợ n g thoát n ư ớ c d ư ớ i đâ't d o bốc hơi xác định
b ằng n gh iên cứ u cân b ằ n g nước dưới đâ't là p hư ơn g
p háp h iệu quả và ít tốn k ém nhâ't.
Nghiên cứu lập phư ơ ng trình cân bằng
Dữ kiện nghiên cứu cân bằng
Ví dụ v ể n g h iên cửu cân bằng nước ngầm trên diện
tích m ột thềm sô n g đ ư ợ c thể hiện trên như hình 1
Trên d iện tích n g h iê n cứ u có canh tác hoa m àu và sử
d ụ n g nư ớc tư ớ i vớ i lư u lư ợ n g tưới đư ợc ký h iệu là
Qt, có lổ khoan khai thác n ư ớ c ngầm với lưu lư ợn g là
Qik Đ ộ sâu p h ân b ố m ự c nước ngầm thay đổi theo
m ùa và trong m ộ t k h o ả n g thời gian quan sát trong
năm , có sự b ốc h ơ i từ b ề m ặt n ư ớc ngầm Tầng chứa
n ư ớ c ngầm có q uan h ệ th ủ y lực với tầng chứa nư ớc
có áp phân b ố p h ía d ư ớ i và nhận đ ư ợc giá trị cung
câp b ằng th ấm x u y ê n qua lớp thâm nước yếu vớ i b ể
d ày m o, h ệ sô' thấm ko.T rong hoàn cảnh có khai thác
nước, m ự c n ư ớ c n g ẩ m giám đi m ột đại lượng trung
bình là A H sau m ột n ăm trên d iện tích n gh iên cứu
Gia thiết d iện tích khu n g h iên cứu cân bằng là F, b ể
rộn g trung b ìn h của khu cân b ằng ký h iệu là Ay, b ể
d ài tru ng b ình là Ax, thời gian n g h iê n cứ u trong
k h o ả n g A t = 1 năm
Xảy dựng phương trình cân bằng nước ngầm
Đ ể giải bài toán cân b ằ n g này, ch ú n g ta sẽ tiến
h ành th eo trình tự sau.
- P h ân tích đ iể u k iện h ìn h thàn h cân b ằ n g n ư ớ c
n g ầ m trên d iệ n tích cân b ằ n g th ế h iện trên h ìn h 1
và xác đ ịn h các thàn h p h ẩn tham g ia v à o cân b ằn g
n ư ớ c n g ầ m
Các thành phần đến gôm:
- D ò n g n g ầ m đ ế n (Qiw) là d ò n g n g ẩ m ch ảy qua
ranh giớ i b ên p h ải của khu cân bằng;
- C un g cấp cho n ư ớ c ngẩm qua đới thôn g khi gồm : ngấm từ n ư ớc m ưa (Qm) và ngấm từ nư ớc tưới (Qf);
- C u n g cấp ch o tần g ch ứ a n ư ớ c n g ẩ m p hía trên từ tần g ch ứ a n ư ớ c có áp phía d ư ớ i d o thâm x u y ê n (Qtx).
Các thành phẩn chuyển đi gôm:
- D ò n g n g ầ m ch ảy đi tự n h iên (Qout) th eo p h ư ơ n g
n g a n g v ề p h ía d ò n g ch ảy mặt;
- M ất đ i d o khai thác n ư ớ c (Qik);
- BỐC h ơ i tù’ m ặt n ư ớ c n g ầ m (Qbh).
H ai thành p hần đ ến và đi trong đ iểu k iện bình
th ư ờ n g trong cân b ằng n ư ớ c phải bằng nhau, n h u n g theo đầu bài, kết quả quan trắc sau m ột năm m ự c
n ư ớ c n gẩm giảm m ột đại lư ợ n g ià AH, nghĩa là xảy ra
quá trình tháo k h ô m ột p hẩn tầng chứa nước Lượng
n ư ớ c n ày đ ư ợ c tính ch o 1 n ăm và ký h iệu là Qtk.
- V iết p h ư ơ n g trinh cân b ằ n g ch u n g của n ư ớ c
n g ầ m tron g m ộ t năm :
(Q in + Q m + Q t + Q tx) - (Qout + Qbh + Qỉk) = Qtk (1)
Các thàn h p h ần tron g p h ư ơ n g trình cân b ằn g
t r ê n b i ể u d i ê n b ằ n g m 3/ n g à y
Giả d ụ Qirt = Qout và m ố i q uan h ệ th ủ y lự c g iừ a
n ư ớ c n gẩm và n ư ớ c có áp bên d ư ớ i k h ô n g tổn tại
(Qtx = 0), đ ổ n g thời tron g 1 năm tổ n g lư ợ n g d ò n g
ch ảy đ ến b ằ n g d ò n g ch ảy đi, m ự c n ư ớ c n g ầ m gần
n h ư n ằm n g a n g , trong đ iề u k iện đ ó p h ư ơ n g trình (1)
sẽ có dạng: Qm + Qt - Qbh - Q i k = 0 (2)
P h ư ơ n g trình (1) và (2) ch o th ây thành p hần tham gia tron g đ ó p h ụ th u ộc v à o các y ế u t ố h ìn h thành
đ ộ n g thái n ư ớ c n g ẩ m N ế u n h iều n g u ồ n h ìn h thành,
đ ẩ y đ ủ các thành p h ần tham gia p h ư ơ n g trình cân
b ằn g thì sừ d ụ n g p h ư ơ n g trình (1), n g ư ợ c lại, khi có
ít các n g u ồ n h ìn h thành h oặc h ạn c h ế thàn h p h ẩn tham gia thì sử d ụ n g p h ư ơ n g trình (2), tứ c là
p h ư ơ n g trình cân b ằn g p h ụ th u ộ c v à o các n g u ổ n
h ìn h thành đ ộ n g thái n ư ớ c d ư ớ i đât.
- Xác đ ịn h các th àn h p h ần cân b ằ n g n ư ớ c b ằ n g các p h ư ơ n g p h á p khác n h a u
N h ừ n g đại lư ợ n g n h ư cu n g cấp d o n g â m từ n ư ớ c
m ưa, n gấm từ n ư ớ c tưới, từ thấm x u y ên , b ốc hơi tử
b ề m ặt n ư ớ c n gầm , v.v là n h ử n g đ ại lư ợ n g râ't khó xác đ ịn h Đ ê đ án h giá ch ú n g , trong p h ư ơ n g trình cân
Trang 6448 BÁCH KHOA THƯ Đ ỊA CHÁT
bằng cẩn phải biết tâ't cả các thành phẩn cịn lại Kết
quả tính tốn sẽ m ang tính gần đ ú n g v ì sai s ố xác
định các thành phần đ ến và đi đ ểu dựa trên n h ữ n g
giả thiết nhất định.
Phương trình cân bằng (1) cĩ th ể b iếu d iễ n th ơn g
qua chiều cao lớp nước (m) n h ư sau: (3)
Qi»-Q„u, Aí + _ w )A , + W A t + w Al _ Q ịị A L = / z A / /
N ếu đặt AQ = Qin - Qout đại lượng cu n g c ấ p n gâm
từ n ư ớc m ưa xác định theo m ực nư ớc n g ẩ m tron g
năm: Wpe = VVm - Wbh (trong đĩ: Wm, Wbh là cư ờ n g đ ộ
cung cấp và bốc hơi từ m ặt nư ớc ngầm , m /n g à y )
C ư ờng đ ộ khai thác trung bình của lỗ k h oan trén
d iện tích F đư ợc ký h iệu q _ Q ịl (m /ngày).
F
Phương trình (3) đưa v ề dạng:
± — A / ± fVpeAt + W Ạt + WtxM - qlkAt = ± //A H (4 )
F
Wt và Wtx là cường đ ộ ngấm tử n ư ớ c tư ới và
cường đ ộ cung cấp d o thấm xu yên đ ư ợ c xác đ ịn h
theo cơn g thức Darcy hoặc theo các p h ư ơ n g p h á p đ o
đạc trực tiếp.
V ế trái của phương trinh (3) và (4) thê h iện n h ừ n g
thành phần cân bằng nước hay các yếu t ổ h ìn h thành
đ ộng thái nước, v ế phải là sự biến đối trữ lư ợ n g n ư ớ c
ngầm gây ra bởi sự su y giảm m ực n ư ớc n gầm A H
trong 1 năm ỊẤ là hệ số nhả nước của đâ't đá trong
d iện tích d iễn ra su y giảm m ực nước D âu ± phụ thuộc vào đ iểu kiện địa chât thủy văn cụ thể, tủy thuộc vào n gu ồn hình thành nước dưới đ ât ở vù ng nghiên cứu N ếu tổng các n gu ồn đến lớn h ơ n n gu ồn
đi thì m ang dâu (+); ngược lại tổng các n g u ồ n thốt
m à lớn hơn n gu ồn cung câp thì m ang d ấu (-).
Tài liệu tham khảo
A National Framework for Groundvvater M onitoring in the United States 2009 74 pgs USA.
Gerrit Jousma, 2008 Guideline: on Groundvvater m onitoring for general reíerence purposes, IGRAC, The N etherlands In ternational Working Group I Utrecht. 90 pgs UNESCO Paris Jousma G., Roeloísen F ]., 2003 Ưtrecht Inventory of existing guidelines and protocols for groundvvater assessm ent and monitoring IGRAC, The Netherlands Internationaỉ Working Group I Uừecht. 22 pgs UNESCO Paris.
Jousma G., Roelofsen F.JL, 2009 VVorld-vvide mventory on groundwater monitoring by Utrecht IGRAC. 31 pgs UNESCO Paris.
UlecTaKOB B M , 1989 MeTOAMHecKơe pyKOBOACTBO
n o BedeHMio MOHMTopMHra pecypcoB no43eMHbix B04 BopõbeBbi ĩo p b i, MocKBa reoÁOỉUHecKUU (paK yA tm erĩĩ M /y
2 7 CTp MocKBa
Mạch nước
Vũ Thị M inh Nguyệt V iện Đ ịa chất,
V iện Hàn lâm Khoa học & Cơng nghệ Việt Nam
Đ ồn Văn Cánh.
Trường Đại học Mỏ - Địa chất.
Giới thiệu
M ạch nước (ngu ổn lộ) là nơi nư ớc n g ầ m xu ất lộ
tự nhiên trên b ề mặt Trái Đât, tạo thành d ị n g chảy
D ịn g xuất lộ nước ngầm tự n hiên này cĩ th ể thốt ra
từ đá gốc hay từ lớp đất phủ trên m ặt đất h o ặ c trên
các khu vự c cĩ nước mặt Mạch nước k h ơn g g ồ m các
xuất lộ nước ngầm nhân tạo n h ư g iến g h oặc lỗ khoan.
M ạch n ư ớ c xuât lộ th eo q u y m ơ, đ iể u k iệ n và
n h iều tình h u ố n g khác nhau C ĩ thê g ặ p m ạ ch n ư ớ c
xuất lộ th eo m ạch rỉ rất n h ỏ (chi đ ủ q u a n sá t th ây
d ị n g chảy), tới các m ạch n ư ớ c xuâ't lộ v ớ i lư u
lư ợ n g cực lớn M ạch n ư ớ c cũ n g cĩ k h i g ặ p trên
sư ờ n n úi, bên bờ sơ n g , hay m ạch đ ù n lê n thàn h
đ ầm lầy hay thậm chí g ặ p m ạch n ư ớ c n g ọ t ở n g o à i
biến Đ ộ n g thái của các m ạch n ư ớ c rât k h ác n h au ,
cĩ loại m ạch n ư ớ c chỉ ch ảy vào m ùa m ư a và biến
m ất vào m ù a khơ, cĩ loại ch ảy q uan h n ă m v ớ i lưu
lư ợ n g ổn đ ịnh , lại cĩ loại xu ất lộ th eo ch u kỳ, v v
M ạch nư ớc đ ĩ n g vai trị quan trọng tron g phát triển kinh t ế xã h ội và bảo tổn h ệ sin h thái củ a nhiều khu vực M ạch nư ớc lớn và tiêu biếu cĩ khả năng cung cấp nư ớc sinh h oạt cho các thàn h p hố, khu cơn g n gh iệp lớn, các d ự án tưới tiêu và các khu vui chơi giải trí.
N g h iên cứu v ể m ạch nư ớc cĩ ý n gh ĩa q u a n trọng trong Địa chất thủ y văn (cu ng cấp các th ơ n g tin v ề
đ iều kiện địa chất thủy văn) đ ồ n g thời cịn cu n g cấp các thơn g tin nhằm quản lý bển v ữ n g n g u ồ n nước và bảo v ệ h ệ sinh thái của vù ng.