Thạc Sĩ Xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất, đánh giá trữ lượng tầng Pleistocen, đề xuất các giải pháp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỊA CHẤT THỦY VĂN
Năm 2009

MỤC LỤC

Trang

LỜI CÁM ƠN . iv
MỤC LỤC v
MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ 5
1.1. VỊ TRÍ ĐỊA LÝ 5
1.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH .6
1.3. ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU .6
1.4. ĐẶC ĐIỂM THỦY VĂN .8
1.5. KINH TẾ XÃ HỘI .10
1.5.1. Dân số, lao động . 10
1.5.2. Thu nhập đời sống 10
1.5.3. Cơ cấu các ngành kinh tế . 10
1.5.4. Hạ tầng cơ sở . 11

CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT – ĐỊA CHẤT THỦY VĂN 13
2.1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT – ĐỊA CHẤT THỦY VĂN 13
2.1.1. Lịch sử nghiên cứu địa chất . 13
2.1.2. Lịch sử nghiên cứu địa chất thủy văn 13
2.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT 15
2.2.1. Hệ Devon - Hệ Carbon, thống hạ (D-C1) 16
2.2.2. Hệ Permi - Hệ Trias, thống hạ (P-T1) 16
2.2.3. Hệ Trias, thống trung - thượng (T2-3) . 16
2.2.4. Hệ Jura, thống hạ - trung (J1-2) 17
2.2.5. Hệ Jura, thống thượng - Hệ Creta (J3-K) 17
2.2.6. Hệ Paleogen, thống Eocen-Oligocen (E2-3) . 17
2.2.7. Hệ Neogen 17
2.2.8. Hệ Đệ Tứ. . 19
2.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT THỦY VĂN .24
2.3.1. Tầng chứa nước Pleistocen trên (qp3) . 24
2.3.2. Tầng chứa nước Pleistocen giữa - trên (qp2-3) 26
2.3.3. Tầng chứa nước Pleistocen dưới (qp1) 28
2.3.4. Tầng chứa nước Pliocen trên (n22) 30
2.3.5. Tầng chứa nước Pliocen dưới (n21) . 31

2.3.6. Tầng chứa nước Miocen trên (n13) . 34
2.3.7. Tầng chứa nước Miocen giữa - trên (n12-3) 36

CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH DÒNG CHẢY NDĐ . 39
3.1. MÔ HÌNH TOÁN HỌC 39
3.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI .40
3.2.1. Phương trình vi phân . 41
3.2.2. Điều kiện biên 47
3.3. Đánh giá KẾT QUẢ BÀI TOÁN NGƯỢC 53

CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH DÒNG CHẢY NƯỚC DƯỚI ĐẤT . . 54
4.1. PHÂN CHIA CÁC LỚP TRÊN MÔ HÌNH .54
4.2. TÀI LIỆU ĐẦU VÀO CHO MÔ HÌNH 54
4.2.1. Chiều sâu phân bố các lớp . 54
4.2.2. Các thông só địa chất thủy văn 58
4.2.3. Dữ liệu về lượng bổ cấp . 59
4.2.3. Dữ liệu về giá trị bốc hơi . 60
4.2.4. Dự tính lượng khai thác nước 60
4.2.5. Biên và điều kiện biên của mô hình . 65
4.2.6. Điều kiện mực nước ban đầu và hệ thống các lỗ khoan quan sát 67
4.2.7. Lưới sai phân hữu hạn của mô hình . 67
4.3. KẾT QUẢ HIỆU CHỈNH MÔ HÌNH 69
5.3.1. Kết quả bài toán ổn định 69
4.3.2. Kết quả bài toán không ổn định . 72

CHƯƠNG 5. XÁC ĐỊNH CÁC NGUỒN HÌNH THÀNH TRỮ LƯỢNG KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT TẦNG CHỨA NƯỚC PLEISTOCEN GIỮA -TRÊN VÀ PLEISTOCEN TRÊN 78

5.1. TRỮ LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT TẦNG PLEISTOCEN TRÊN .79
5.1.1. Mực nước . 79
5.1.2. Các nguồn hình thành trữ lượng 80
5.2. TRỮ LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT TẦNG PLEISTOCEN GIỮA TRÊN 82
5.2.1. Mực nước . 83
5.2.2. Các nguồn hình thành trữ lượng 84
5.3.2. Dự báo sự biến đổi chất lượng nước cuối thời gian khai thác. . 85



CHƯƠNG 6. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ VÀ SỬ DỤNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT . 99
6.1. NGUYÊN TẮC CHUNG .99
6.2. ĐỊNH HƯỚNG KHAI THÁC SỬ DỤNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 100
6.2.1. Phương pháp khai thác 100
6.2.2. Mục đích . 105
6.3. CƠ SỞ CHUYÊN MÔN 106
6.4. CƠ SỞ PHÁP LÝ .106
6.5. ĐỐI TƯỢNG CẦN QUAN TÂM 108
6.6. NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN: 108

KẾT LUẬN 111
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ . 113
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 114



DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG

Bảng 2.1: Thống kê độ sâu đáy các hệ tầng địa chất . 23
Bảng 2.2: Thống kê độ sâu phân bố các tầng chứa nước . 38
Bảng 4.1. Số liệu lỗ khoan 54
Bảng 4.2 Thông số địa chất thủy văn của các lớp 59
Bảng 4.3 Nhu cầu nước cho sinh hoạt tính chi tiết đến năm 2008 . 61
Bảng 4.4 Nhu cầu nước cho sinh hoạt tính chi tiết đến năm 2010 . 61
Bảng 4.5 Nhu cầu nước cho sinh hoạt tính chi tiết đến năm 2015 . 61
Bảng 4.6 Nhu cầu nước cho sinh hoạt tính chi tiết đến năm 2020 . 62
Bảng 4.7 Nhu cầu nước cho sinh hoạt tính chi tiết đến năm 2025 . 62
Bảng 4.8 Nhu cầu nước cho sinh hoạt tính chi tiết đến năm 2030 . 62
Bảng 4.9 Nhu cầu nước cho sinh hoạt tính chi tiết đến năm 2035 . 62
Bảng 4.10 Nhu cầu nước (m3/ngày) tính chi tiết cho từng năm. 63
Bảng 4.11 Dự kiến lỗ khoan, lưu lượng (m3/ngày) cho tầng Pleistocen trên . 63
Bảng 4.12 Dự kiến lỗ khoan cho tầng Pleistocen giữa trên. 64
Bảng 5.1 Thống kê các nguồn hỉnh thành trữ lượng tầng chứa nước Pleistocen
trên vào 1/1/2035 82
Bảng 5.2 Thống kê các nguồn hình thành trữ lượng tầng chứa nước Pleistocen
trên vào thời điểm năm 2035. . 85
Bảng 5.3 Khoảng cách dịch chuyển ranh mặn vào lỗ khoan . 87
Bảng 5.4. Thời gian ranh mặn dịch chuyển vào lỗ khoan 96
Bảng 5.5. Thời gian ranh mặn dịch chuyển vào lỗ khoan. . 97
Bảng 6.1 Các loại hệ thống tầng chứa nước và các phương pháp khai thác 103


DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA

Hình 1.1. Bản đồ khu vực tỉnh Vĩnh Long . 5
Hình 1.2: Bản đồ đẳng trị mưa nhiều năm vùng Đồng bằng sông Cửu Long 8
Hình 2.1. Bản đồ phân bố nước nhạt, tầng chứa nước Pleistocen trên 26
Hình 2.2. Đồ thị dao động mực nước tầng Pleistocen trên trạm Q209020-Bình Minh 27
Hình 2.3: Bản đồ phân bố nước nhạt, tầng chứ nước Pleistocen giữa - trên 28

Hình 2.4: Đồ thị dao động mực nước tầng Pleistocen dưới trạm Q214020zLong Hồ 30
Hình 2.5: Đồ thị dao động mực nước tầng Pliocen trên tại trạm Q214030- Long Hồ . 31
Hình 2.6: Bản đồ phân bố nước nhạt, tầng chứa nước Pliocen dưới 33
Hình 2.7: Đồ thị dao động mực nước tầng Pliocen dưới tại trạm Q214040-Long Hồ 33
Hình 2.8: Bản đồ phân bố nước nhạt, tầng chứ nước Miocen trên 35
Hình 2.9: Đồ thị dao động mực nước tầng Miocen trên tại trạm Q214050 - Long Hồ . 35
Hình 2.10: Bản đồ phân bố nước nhạt tỉnh Vĩnh Long 37
Hình 3.1. Ô lưới và các loại ô trong mô hình . 41
Hình 3.2. Ô lưới i,j,k và 5 ô bên cạnh 42
Hình 3.3. Sơ đồ bước giải theo phương pháp lặp trong mô hình . 47
Hình 3.4. Điều kiện biên sông (River) . 48
Hình 3.5. Điều kiện biên thoát (Drain) . 49
Hình 3.6. Điều kiện biên bốc hơi trong mô hình (ET) . 50
Hình 3.7. Điều kiện biên tổng hợp trong mô hình (GHB) . 51
Hình 3.8. Các ô lưới sai phân hai chiều xung quanh ô có lỗ khoan . 52
Hình 4.1. Mặt cắt địa chất thủy văn theo đường I-I . 57
Hình 4.2. Mặt cắt địa chất thủy văn theo đường II-II . 57
Hình 4.3. Mặt cắt địa chất thủy văn theo đường III-III 57
Hình 4.4 Bản đồ bố trí các lỗ khoan dự kiến 65

Hình 4.5 – Biên mô hình 66
Hình 4.6 – Lưới tính toán 2 chiều 67
Hình 4.7. Mô hình 3 chiều 69
Hình 4.8 - Thông báo lỗi và khuyến cáo lỗi đầu vào. 70
Hình 4.9. Kết quả hiệu chỉnh bài toán ổn định tầng Pleistocen trên 71
Hình 4.10. Kết quả hiệu chỉnh bài toán ổn định tầng Pleistocen giữa trên 72
Hình 4.11. Mực nước tầng Pleistocen trên sau 31 ngày . 72
Hình 4.12. Mực nước tầng Pleistocen trên sau 6 tháng 72
Hình 4.13. Mực nước tầng Pleistocen trên sau 12 tháng 73
Hình 4.14. Mực nước tầng Pleistocen trên đến năm 2010 . 73
Hình 4.17. Cao độ mực nước tầng Pleistocen trên đến năm 2015 . 73
Hình 4.18. Cao độ mực nước tầng Pleistocen trên đến năm 2020 . 73
Hình 4.19. Mực nước tầng Pleistocen trên đến năm 2025 . 74
Hình 4.20. Mực nước tầng Pleistocen trên đến năm 2030 . 74
Hình 4.21. Mực nước tầng Pleistocen trên đến năm 2035 . 74
Hình 4.22. Mực nước tầng Pleistocen giữa trên sau 31 ngày . 75
Hình 4.23. Mực nước tầng Pleistocen giữa trên sau 6 tháng 75
Hình 4.24. Mực nước tầng Pleistocen giữa trên sau 12 tháng 75
Hình 4.25. Mực nước tầng Pleistocen giữa trên đến năm 2010 . 75
Hình 4.26. Mực nước tầng Pleistocen giữa trên đến năm 2015 . 76
Hình 4.27. Mực nước tầng Pleistocen giữa trên đến năm 2020 . 76
Hình 4.28 Mực nước tầng Pleistocen giữa trên đến năm 2025 76
Hình 4.29. Mực nước tầng Pleistocen giữa trên đến năm 2030 . 76
Hình 4.30. Mực nước tầng Pleistocen giữa trên đến năm 2035 . 77
Hình 5.1. Bản đồ đẳng mực nước tầng Pleistocen trên – thời điểm 2008 79
Hình 5.2 Bản đồ đẳng mực nước tầng Pleistocen trên – thời điểm 2035 . 80
Hình 5.3 Bản đồ đẳng mực nước tầng Pleistocen giữa trên trên – thời điểm 2008 . 83
Hình 5.5 Bản đồ đẳng mực nước tầng Pleistocen trên – thời điểm 2035 . 83
Hinh 5.6. Khu vực chứa nước nhạt của tầng Pleistocen giữa trên và trên. 86
Hinh 5.7. Đồ thị dịch chuyển ranh mặn theo thời gian – LK1. 88

Hinh56.8. Đồ thị dịch chuyển ranh mặn theo thời gian – LK2. . 89
Hinh 5.9. Đồ thị dịch chuyển ranh mặn theo thời gian – LK3. 89
Hinh 5.10. Đồ thị dịch chuyển ranh mặn theo thời gian – LK4. 90
Hinh 5.11. Đồ thị dịch chuyển ranh mặn theo thời gian – LK5. 90
Hinh 5.12. Đồ thị dịch chuyển ranh mặn theo thời gian – LK6. 91
Hinh 5.13. Đồ thị dịch chuyển ranh mặn theo thời gian – LK7. 91
Hinh 5.14. Đồ thị dịch chuyển ranh mặn theo thời gian – LK8. 92
Hinh 5.14. Đồ thị dịch chuyển ranh mặn theo thời gian – LK8. 92
Hinh 5.15. Bản đồ dịch chuyển ranh mặn của tầng Pleistocen trên năm 2035. 93
Hinh 5.16. Bản đồ dịch chuyển ranh mặn của tầng Pleistocen trên năm2035(có hình nền). . 94
Hinh 5.17. Bản đồ dịch chuyển ranh mặn của tầng Pleistocen giữa - trên năm 2035. 94
Hinh 5.18. Bản đồ dịch chuyển ranh mặn của tầng Pleistocen giữa - trên năm 2035(có hình nền). . 95
Hình 5.19 Bố trí lỗ khoan trên tầng Pleistocen trên . 95
Hình 5.20 Bố trí lỗ khoan trên tầng Pleistocen giữa trên 97
Hình 6.1 Vai trò của dòng chảy và khả năng chứa trong quản lý nước dưới đất 101
Hình 6.2 Phương pháp cân bằng động( P<Q). . 102
Hình 6.3 Phương pháp không cân bằng tạm thời (P > Q). . 102
Hình 6.4 Phương pháp không cân bằng vĩnh viễn (P > Q). . 103


MỞ ĐẦU

Nước dưới đất là nguồn tài nguyên quan trọng. Do nhu cầu cuộc sống ngày một phát triển nên nhu cầu nước sạch trở nên hết sức cấp thiết. Trước tình hình nước mặt ngày càng ô nhiễm và bị xâm nhập mặn nghiêm trọng thì sử dụng nước dưới đất là một giải pháp tốt nhất. Tuy nhiên nước dưới đất lại là nguồn tài nguyên rất dễ bị hủy hoại nếu không biết cách quản lý và khai thác hợp lý. Do đó mục tiêu đặt ra là phải có giải pháp quản lý, khai thác và phát triển bền vững nguồn nước dưới đất.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Khu vực tỉnh Vĩnh Long có nguồn nước mặt rất phong phú. Tuy nhiên chất lượng nước không tốt và nguy cơ xâm nhập mặn ngày càng cao. Vì vậy, nước dưới đất là mục tiêu lựa chọn hàng đầu. Việc khai thác này gặp rất nhiều khó khăn do tại khu vực này nước dưới đất phần lớn bị nhiễm mặn. Diện tích phân bố nước nhạt lớn nhất mằn ở hai tầng: Pleistocen giữa trên và Pleistocen trên. Đây là nguồn cung cấp nước chính cho ăn uống sinh hoạt và công nghiệp, việc khai thác chưa được quản lý chặt chẽ. Do đó các nhà quản lý cần có công cụ hữu ích có thể dự báo trước được các ảnh hưởng của các thông tin địa chất thủy văn hiện có trong mô hình dòng chảy nước dưới đất và dịch chuyển biên mặn làm công cụ cho các nhà quản lý trong việc cấp phép khai thác nước dưới đất là cấp thiết và có tính thực tiễn cao
Các phương pháp nghiên cứu địa chất thủy văn truyền thống chỉ cung cấp thông tin tại thời điểm thực hiện. Những dự báo về tương lai cũng như việc cập nhật thông tin khi quá trình khai thác tiến hành rất ít hoặc khó thực hiện. Ngày nay công nghệ thông tin có những bước phát triển rất mạnh. Bên cạnh đó là các chương trình mô phỏng dòng chảy nước dưới đất cũng đã được xây dựng và ngày một hoàn thiện hơn. Kết quả chạy mô hình cho phép dự báo về các thông tin địa chất thủy văn (cao độ mực nước tĩnh, các nguồn hình thành trữ lượng, xâm nhập mặn, dịch chuyển chất, bổ cập .) tại các thời điểm khác nhau.

Tóm lại, vấn đề cấp thiết hiện nay cho nghiên cứu địa chất thủy văn trong vùng là một mô hình cung cấp đầy đủ các thông tin về đặc điểm địa chất thủy văn, dự báo về sự biến đổi của nước dưới đất khi quá trình khai thác xảy ra và dễ dàng sử dụng.
“Xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất, đánh giá trữ lượng nước dưới đất tầng Pleistocen, đề xuất các giải pháp quản lý, sử dụng hợp lý tài nguyên nước dưới đất khu vực tỉnh Vĩnh Long” là đề tài chuyên ngành tiếp cận vấn đề nghiên cứu địa chất thủy văn theo hướng mô hình hóa nước dưới đất bằng phần mềm GMS 3.1. Từ đó đề xuất các giải pháp quản lý và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên quý giá này.

MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ

+ Mục tiêu

Xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất và mô hình dịch chuyển biên mặn, đánh giá nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất với các phương pháp khai thác khác nhau. Đề xuất các giải pháp giải pháp quản lý và sử dụng nguồn tài nguyên nước dưới đất.

+ Nhiệm vụ

- Thu thập tài liệu (khí tượng thủy văn, địa hình – địa mạo, địa chất, địa chất thủy văn và lượng khai thác nước dưới đất ) và tính toán xử lý các thông số mô hình, xây dựng các tập tin dữ liệu nhập vào mô hình.
- Xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất để mô phỏng hệ thống nước dưới đất trong vùng nghiên cứu bằng phần mềm GMS 3.1
- Xác định các nguồn hình thành trữ lượng tầng chứa nước Pleistocen giữa trên và trên.
- Đánh giá các ảnh hưởng của các phương pháp khai thác khác nhau.
- Đề xuất các giải pháp quản lý.

PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
- Pham vi nghiên cứu là khu vực tỉnh Vĩnh Long.