Thạc Sĩ Nghiên cứu đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất bằng phương pháp mô hình số

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NĂM 2014

MỤC LỤC
33T MỞ ĐẦU 33T 6
33T 1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu 33T . 6
33T 2. Mục tiêu nghiên cứu 33T 6
33T 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 33T . 6
33T 4. Nội dung nghiên cứu 33T . 6
33T 5. Phương pháp nghiên cứu 33T . 7
33T Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 33T 8
33T 1.1. Điều kiện địa lý tự nhiên kinh tế - xã h ội khu vực nghiên cứu 33T 8
33T 1.1.1. Vị trí địa lý 33T 8
33T 1.1.2. Đặc điểm địa h ình địa m ạo 33T . 8
33T 1.1.3. Đặc điểm kh í tượng, thủy văn 33T . 9
33T 1.1.4. Đặc điểm giao thông , kinh tế - xã h ội 33T . 11
33T 1.2. Đặc điểm địa ch ất thủy văn và hiện trạng khai thác n ước dưới đất
trong khu vực 33T 12
33T 1.2.1. Đặc điểm địa chất thủy văn 33T . 12
33T 1.2.2. Hiện trạng khai thác nước dưới đất 33T . 16
33T Chương 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 33T 19
33T 2.1. Phương pháp pháp thủy động lực 33T 19
33T 2.1.1. Khái quát về phương pháp thủy động lực 33T . 19
33T 2.1.2. Phương pháp giải tích 33T . 21
33T 2.1.3. Phương pháp mô hình 33T . 22
33T 2.2. Phương pháp thuỷ lực 33T 24
33T 2.3.Phương pháp cân bằng 33T 27
33T 2.4.Phương pháp tương tự địa chất thuỷ văn 33T 28
33T Chương 3. SỬ DỤNG PHẦN MỀM VISUAL MODFLOW TÍNH TO ÁN CÂN BẰNG
NƯỚC VÀ DỰ BÁO MỰ C NƯỚC HẠ TH ẤP 33T 30
33T 3.1. Giới thiệu Visual Modflow 33T 30
33T 3.1.1. Giới thiệu chung 33T 30
33T 3.1.2. Tính năng của phần mềm 33T 30
33T 3.2. Cơ sở lý thuy ết ph ương pháp mô hình số áp d ụng cho Visual
Modflow 33T 30
33T 3.2.1.Phương trình vi phân vận động của nước dưới đất 33T 30
33T 3.2.2. Phương pháp sai phân hữu hạn 33T . 31
Nghiên cứu đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất bằng phương pháp mô hình số
Học viên: Phạm Hòa Bình 2

33T 3.2.3. Chỉnh lý mô hình 33T . 37
33T 3.2.4. Dự báo đánh giá trữ lượng khai thác 33T 38
33T 3.3. Xây dựng và ch ỉnh lý mô h ình 33T . 38
33T 3.3.1. Mô hình khái niệm 33T 38
33T 3.3.2.Xây dựng mô hình 33T 40
33T 4.3.3. 33T 33T Chỉnh lý mô h ình 33T 70
33T 4.4. Kết quả dự báo cho khu vực Hà Nội 33T 83
33T 4.5. Kết quả dự báo cho vùng nghiên cứu 33T 86
33T Chương 4. ĐÁNH GIÁ , PHÂN VÙNG , ĐỊNH H ƯỚNG KHAI THÁC , SỬ DỤNG BỀN
VỮNG TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHU VỰ C NGHIÊN CỨU 33T 91
33T 4.1. Phân tích, tính toán cân bằng nước cho khu vực nghiên cứu đến năm
2020 33T . 91
33T 4.2. Định h ướng khai thác sử dụng bền vững tài nguyên nước dưới đất 33T 91
33T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 33T 96
33T DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 33T 97






Nghiên cứu đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất bằng phương pháp mô hình số
Học viên: Phạm Hòa Bình 3


MỤC LỤC BẢNG
33T Hình 1. 33T 33T Sơ đồ vị trí vùng nghiên cứu 33T 8
33T Hình 2. 33T 33T Lượng mưa, bốc hơi trung bình tháng (2000-2009) tại trạm Láng 33T 10
33T Hình 3. 33T 33T Sơ đồ rời rạc hoá không gian trong mô hình 33T . 32
33T Hình 4. 33T 33T Ô lưới i,j,k và 6 ô xung quanh 33T . 33
33T Hình 5. 33T 33T Sơ đồ nguyên lý lặp khi giải hệ phương trình 33T 37
33T Hình 6. 33T 33T Lưới sai phân và giới hạntrên mặt bằng mô hình nước dưới 33T . 41
33T Hình 7. 33T 33T Mặt cắt theo hướng Bắc – Nam mô hình nước dưới đất vùng Hà Nội 33T 47
33T Hình 8. 33T 33T Mặt cắt theo hướng Đông - Tây mô hình nước dưới đất vùng Hà Nội 33T 48
33T Hình 9. 33T 33T Sơ đồ đẳng cao độ đáy lớp 1 33T 48
33T Hình 10. 33T 33T Sơ đồ đẳng cao độ đáy lớp 2 33T 49
33T Hình 11. 33T 33T Sơ đồ đẳng cao độ đáy lớp 3 33T 49
33T Hình 12. 33T 33T Sơ đồ đẳng cao độ đáy lớp 4 33T 50
33T Hình 13. 33T 33T Sơ đồ đẳng cao độ đáy lớp 5 33T 50
33T Hình 14. 33T 33T Sơ đồ đẳng cao độ đáy lớp 6 33T 51
33T Hình 15. 33T 33T Sơ đồ phân vùng hệ số thấm tầng qh 33T . 55
33T Hình 16. 33T 33T Sơ đồ phân vùng hệ số thấm tầng qp R 2 R33T 55
33T Hình 17. 33T 33T Sơ đồ phân vùng hệ số thấm tầng qp R 1 R33T 56
33T Hình 18. 33T 33T Sơ đồ điều kiện biên tầng chứa nước qh 33T 59
33T Hình 19. 33T 33T Sơ đồ điều kiện biên tầng chứa nước qp R 2 R33T 60
33T Hình 20. 33T 33T Sơ đồ điều kiện biên tầng chứa nước qp R 1 R33T 61
33T Hình 21. 33T 33T Sơ đồ các giếng khai thác mô phỏng trên mô hình 33T 63
33T Hình 22. 33T 33T Giếng khai thác được mô phỏng trên mô hình 33T . 64
33T Hình 23. 33T 33T Lỗ khoan quan trắc mô phỏng trên mô hình 33T 67
33T Hình 24. 33T 33T Sơ đồ vị trí các lỗ khoan quan trắc trên mô hình 33T . 68
33T Hình 25. 33T 33T Bản đồ đẳng cao độ mực nước ban đầu tầng qh (1/2000) 33T . 69
Nghiên cứu đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất bằng phương pháp mô hình số
Học viên: Phạm Hòa Bình 4

33T Hình 26. 33T 33T Bản đồ đẳng cao độ mực nước ban đầu tầng qp R 2 R và qp R 1 R (1/2000) 33T 69
33T Hình 27. 33T 33T Cao độ mực nước tầng qp R 2 R khi giải bài toán ngược ổn định 33T 71
33T Hình 28. 33T 33T Cao độ mực nước tầng qp R 1 R khi giải bài toán ngược ổn định 33T 72
33T Hình 29. 33T 33T Đồ thị đánh giá sai số giữa cao độ mực nước tính toán và mực nước quan trắc khi
giải bài toán ngược ổn định 33T 73
33T Hình 30. 33T 33T Đồ thị sai số giữa mực nước tính toán và mực nước quan trắc bước thời gian sau
1800 ngày(12/2004) 33T . 74
33T Hình 31. 33T 33T Cao độ mực nước tính toán trên mô hìnhtầng qh thời điểm 12/2004 33T 75
33T Hình 32. 33T 33T Cao độ mực nước tính toán trên mô hìnhtầng qp R 2 R thời điểm 12/2004 33T 76
33T Hình 33. 33T 33T Cao độ mực nước tính toán trên mô hìnhtầng qp R 1 R thời điểm 12/2004 33T 77
33T Hình 34. 33T 33T Đồ thị so sánhmực nước tính toán và quan trắc tại lỗ khoan P33A 33T . 78
33T Hình 35. 33T 33T Đồ thị so sánhmực nước tính toán và quan trắc tại lỗ khoan P79A 33T . 79
33T Hình 36. 33T 33T Đồ thị so sánh mực nước tính toán và quan trắc tại lỗ khoan P72A 33T 80
33T Hình 37. 33T 33T Đồ thị so sánh mực nước tính toán và quan trắc tại lỗ khoan P55A 33T 81
33T Hình 38. 33T 33T Đồ thị so sánh mực nước tính toán và quan trắc tại lỗ khoan P49A 33T 82
33T Hình 39. 33T 33T Cao độ mực nước mực nước dự báosau 20 nămtầng qh 33T 84
33T Hình 40. 33T 33T Cao độmực nước dự báo sau 20 nămtầng qp R 2 R33T . 85
33T Hình 41. 33T 33T Cao độ mực nước dự báo sau 20 nămtầng qp R 1 R33T 86
33T Hình 42. 33T 33T Sơ đồ cao độ mực nước dự báo tại bãi giếng tầng qp R 1 R sau 20 năm 33T . 87
33T Hình 43. 33T 33T Sơ đồ cao độ hạ thấp mực nước dự báo tại khu vực nghiên cứu tầng qh sau 20 năm 33T
93
33T Hình 44. 33T 33T Sơ đồ cao độ hạ thấp mực nước dự báo tại khu vực nghiên cứu tầng qp2 sau 20 năm 33T
94
33T Hình 45. 33T 33T Sơ đồ cao độ hạ thấp mực nước dự báo tại khu vực nghiên cứu tầng qp1 sau 20 năm 33T
94


Nghiên cứu đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất bằng phương pháp mô hình số
Học viên: Phạm Hòa Bình 5



MỤC LỤC HÌNH
33T Bảng 1. 33T 33T Thống kê lượng mưa, bốc hơi tại trạm Láng - Hà Nội 33T 10
33T Bảng 2. 33T 33T Thống kê chiều dày các tầng chứa nước vùng Ba La – Hà Đông 33T 13
33T Bảng 3. 33T 33T Bảng tổng hợp vị trí, tọa độ các giếng khai thác nước trong vùng ảnh hưởng của
công trình khai thác. 33T . 17
33T Bảng 4. 33T 33T Đặc trưng lượng mưa và bốc hơi trạm Hà Đông 33T . 39
33T Bảng 5. 33T 33T Bảng thống kê chiều dày các lớp tại lỗ khoan khu vực Hà Nội 33T . 42
33T Bảng 6. 33T 33T Bảng tổng hợp thông số ĐCTV khu vực Hà Nội 33T . 51
33T Bảng 7. 33T 33T Tổng hợp lượng mưa theo tháng tại trạm Láng – Hà Nội (mm) 33T 56
33T Bảng 8. 33T 33T Tổng hợp lượng bốc hơi theo tháng tại trạm Láng – Hà Nội (mm) 33T . 57
33T Bảng 9. 33T 33T Hiện trạng khai thác tập trung quy mô lớn khu vực phía Nam Hà Nội 33T . 62
33T Bảng 10. 33T 33T Các lỗ khoan quan trắc được sử dụng để chỉnh lý mô hình 33T . 65
33T Bảng 11. 33T 33T Bảng phân chia chiều sâu các tầng chứa nước khu vực nghiên cứu 33T 88
33T Bảng 12. 33T 33T Kết quả tính toán cân bằng nước khu vực nghiên cứusau 20 năm khai thác 33T . 92
33T Bảng 13. 33T 33T Tiêu chí áp dụng khoanh định vùng cấm, vùng hạn chế và vùng được phép khai
thác đối với nước dưới đất khu vực Hà Đông 33T 93


Nghiên cứu đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất bằng phương pháp mô hình số
Học viên: Phạm Hòa Bình 6

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Thủ đô Hà Nội là trung tâm văn hoá, chính trị và kinh tế lớn nhất cả nước
đang có tốc độ phát triển mạnh mẽ về công nghiệp, du lịch và dịch vụ tạo đà cho
bước phát triển vượt bậc về nhiều mặt, đồng thời dần khẳng định vị thế chính trị
trong trường quốc tế. Cùng với sự phát triển thì nhu cầu về nguồn nước ngày
một gia tăng.
Hà Nội có tài nguyên nước ngầm và nước mặt khá phong phú, tuy nhiên
việc khai thác nước ngầm chưa được quy hoạch hợp lý như hiện nay đã gây ra
hạ thấp mực nước lớn và suy giảm trữ lượng và chất lượng, làm ảnh hưởng đến
môi trường (ô nhiễm, sụt lún đất).
Hiện nay, nguồn nước sử dụng cho ăn uống sinh hoạt, sản xuất, dịch vụ ở
thành phố Hà Nội được lấy chủ yếu từ nguồn nước dưới đất. Tài liệu quan trắc
động thái nước dưới đất tại khu vực Hà Nội cho thấy mực nước dưới đất liên tục
bị hạ thấp trong khi tổng lượng nước khai thác mới chỉ chiếm phần nhỏ trong
tổng trữ lượng có thể khai thác của khu vực. Điều đó chứng tỏ mạng lưới khai
thác nước ở Hà Nội hiện nay là chưa hoàn toàn hợp lý. Chính vì vậy việc đánh
giá và xây dựng lại quy hoạch khai thác nước khu vực Hà Nội là công việc cấp
thiết.
Chính vì những vấn đề nêu trên, đề tài "Nghiên cứu đánh giá trữ lượng
khai thác nước dưới đất bằng phương pháp mô hình số" có tính cấp thiết và
được chọn làm đề tài luận văn tốt nghiệp của học viên để chuẩn bị hoàn thành
chương trình đào tạo thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật tài nguyên nước.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu các phương pháp đánh giá trữ lượng nước dưới đất.
- Đánh giá trữ lượng có thể khai thác b ền vững tài nguyên nư ớc dưới đất tại
khu vực nghiên cứu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là đặc điểm địa ch ất thủy văn liên quan đến các công
trình cấp nước tập trung, khai thác đơn lẻ, nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt, sản
xuất, phòng ch áy chữa cháy thời điểm hiện tại và cho tương lai trong khu v ực
nghiên cứu, trữ lượng có thể khai th ác bền vững tài nguyên nư ớc dưới đất.
Phạm vi nghiên cứu là các cơ sở khoa học đối với việc tính toán dự báo trữ
lượng có thể khai th ác bền vữn g tài nguyên nư ớc dưới đất tại khu vực nghiên
cứu, phương pháp xử lý và vận dụng các phần mềm phục vụ cho công việc.
4. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu các phương pháp đánh giá trữ lượng có thể khai th ác bền vững
Nghiên cứu đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất bằng phương pháp mô hình số
Học viên: Phạm Hòa Bình 7

tài nguyên nư ớc dưới đất.
- Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán trong việc tính toán đánh giá trữ
lượng nước dưới đất.
- Đề xuất phương pháp đánh giá trữ lượng có thể khai th ác phù hợp và biện
pháp quản lý bền vững tài nguyên nư ớc dưới đất khu vực nghiên cứu.
5. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp thu thập tài liệu để c ó các thông tin liên quan về đặc
điểm địa ch ất thủy văn ; các công trình cấp nước t ập trung, khai thác đơn lẻ; hệ
thống quan tr ắc mực nước, chất lượng nước ; nhu cầu dùng nước cho sinh
hoạt, sản xuất, phòng ch áy chữa cháy thời điểm hiện tại và cho tương lai
Sử dụng công cụ phần mềm hiện đại để lập mô hình số tính toán cân b ằng
nước, xác định các thành phần tham gia hình thành tr ữ lượng khai thác nước
dưới đất. Từ đó đánh giá trữ lượng nước có thể khai thác tại khu vực nghiên cứu
và đ ề xuất phương pháp quản lý b ền vững tài nguyên nư ớc dưới đất . Trong luận
văn chủ yếu sử d ụng các phần mềm Visual Modflow 4.2, Mapinfor 10.0.