- ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MODFLOW NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH TRỮ LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI. - Trên cơ sở các điều kiện địa chất thuỷ văn khu vực thành phố Quảng Ngãi và các tài liệu, số liệu về địa hình, địa chất, khí tượng thủy văn, mực nước của 26 giếng (đo vào tháng 1/2020), mực nước giếng quan trắc QT5a-QN. - Tập thể tác giả đã sử dụng phần mềm Modflow (của hãng Waterloo Hydrogeologic Inc) mô hình hoá các tầng chứa nước, xác định được trữ lượng và các nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất. - Kết quả đã xác định được trữ lượng khai thác tiềm năng nước dưới đất năm 2020 khu vực thành phố Quảng Ngãi là Q kttn = 158.541 m 3 /ngày, trong đó nguồn hình thành chủ yếu là nước mưa thấm trên diện phân bố Q tn = 131.830 m 3 /ngày, chiếm 83,15%. - nước sông cung cấp 5.864 m 3 /ngày, chiếm 3,70% và trữ lượng tĩnh 20.847 m 3 /ngày, chiếm 13,15%.. - Từ khoá: Mô hình toán, trữ lượng nước dưới đất, thành phố Quảng Ngãi.. - Do đó, việc ứng dụng phần mềm Modflown nghiên cứu sự hình thành trữ lượng nước dưới đất thành phố Quảng Ngãi, có tính thời sự, cấp thiết, có ý nghĩa khoa học lẫn thực tiễn.. - Ứng dụng phần mềm Modflow nghiên cứu sự hình thành trữ lượng nước dưới đất. - KHÁI QUÁT VỀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN KHU VỰC NGHIÊN CỨU Khu vực thành phố Quảng Ngãi (đến đáy trầm tích Đệ tứ) tồn tại 5 tầng chứa nước (3 tầng chứa nước lỗ hổng và 2 tầng chứa nước khe nứt). - Kết quả tham khảo các tài liệu đã công bố, có thể sơ lược đặc điểm địa chất thuỷ văn các tầng chứa nước như sau [2, 3], (hình 1).. - Tầng chứa nước hệ Đệ Tứ không phân chia (q) phân bố chủ yếu ở phía Tây của thành phố, dọc các thung lũng và ven theo sườn các khối núi thuộc các đá của hệ tầng Tiên An. - Nước dưới đất tồn tại và vận động trong các lỗ hổng của đất đá. - Kết quả hút nước thí nghiệm tại các giếng khu vực nghiên cứu và vùng kế cận cho thấy mức độ phong phú nước thuộc loại nghèo nước, với Q l/s, q l/s.m, K m/ng.đ. - Bản đồ địa chất thủy văn thành phố Quảng Ngãi. - Tầng chứa nước Holocen (qh) phân bố khá rộng, chỉ vắng mặt ở phía Tây Bắc và Đông Nam thành phố, nơi lộ ra của các trầm tích Pleistocen, phun trào bazan, hệ tầng Tiên An và các đá magma xâm nhập, với tổng diện tích phân bố và lộ ra khoảng 113,62 km 2 . - Chiều dày tầng chứa nước biến đổi từ h m. - Nước dưới đất tồn tại và vận động trong các lỗ hổng. - Kết quả hút nước thí nghiệm tại các lỗ khoan khu vực nghiên cứu cho thấy mức độ phong phú nước thuộc loại giàu nước đến trung bình, với Q l/s, q. - Nước thuộc loại không có áp lực và có quan hệ chặt chẽ với tầng chứa nước Pleistocen.. - Tầng chứa nước Pleistocen (qp) phân bố khá rộng tại thành phố Quảng Ngãi khoảng 131,62 km 2 , tuy nhiên bị phủ bởi tầng chứa nước Holocen, chỉ lộ ở phía Tây, Tây Nam thành phố, với diện lộ khoảng 21,37 km 2 . - Nước dưới đất tồn tại và vận động trong các lỗ hổng của đất đá.. - Kết quả hút nước thí nghiệm tại các lỗ khoan khu vực nghiên cứu cho thấy mức độ phong phú nước thuộc loại trung bình đến giàu, với Q l/s, q l/s.m, K m/ng.đ. - Nước thuộc loại không có áp lực và có quan hệ chặt chẽ với tầng chứa nước Holocen.. - Tầng chứa nước khe nứt - lỗ hổng phun trào Bazan Miocen - Pleistocen (n 1 - qp) phân bố rãi rác thành các khối, lộ ra chủ yếu ở phía bắc sông Trà Khúc, được thành tạo bởi các phun trào bazan Miocen thượng, hệ tầng Đại Nga (BN 13 đn) và Pliocen - Pleistocen, hệ tầng Túc Trưng (BN 2 - Q 1 tt), với diện lộ khoảng 8,65 km 2 . - Nước dưới đất tồn tại và vận động trong các khe nứt - lỗ hổng của đá. - Kết quả hút nước thí nghiệm tại các lỗ khoan khu vực nghiên cứu và vùng kế cận cho thấy mức độ phong phú thuộc loại nghèo nước, với Q l/s, q l/s.m, K m/ng.đ. - Tầng chứa nước khe nứt hệ tầng Tiên An (pr) phân bố chủ yếu ở phía Tây của thành phố và lộ ra một dải theo phương Đông Bắc-Tây Nam, phần còn lại bị phủ kín, với tổng diện lộ khoảng 6,85 km 2 . - Trong khu vực thành phố Quảng Ngãi chưa có công trình nào nghiên cứu tầng chứa nước này, tuy nhiên theo tài liệu lỗ khoan LK2A vùng kế cận cho thấy. - Nước dưới đất chỉ tồn tại phần trên mặt của hệ tầng, với bề dày tầng chứa nước h= 20 - 30 m, Q = 0,132 l/s, mức độ phong phú nước thuộc loại nghèo nước. - Sự hình thành trữ lượng nước dưới đất được xác định trên cơ sở đánh giá trữ lượng khai thác tiềm năng cho khu vực. - Trữ lượng khai thác tiềm năng có thể tiến hành bằng nhiều phương pháp là cân bằng, mô hình toán, mô hình điện, ...Trong nghiên cứu này để làm sáng tỏ sự hình thành trữ lượng và trữ lượng khai thác tiềm năng nước dưới đất thành phố Quảng Ngãi, chúng tôi sử dụng phương pháp cân bằng kết hợp mô hình toán (phần mềm modflown).. - Trữ lượng khai thác tiềm năng. - Đánh giá trữ lượng khai thác tiềm năng bằng phương pháp cân bằng gồm việc xác định lưu lượng của nước dưới đất có thể nhận được nhờ các công trình khai thác trong phạm vi một vùng nào đó, với thời hạn khai thác nhất định, bằng cách thu hút nước từ một số nguồn hình thành trữ lượng và cộng các kết quả lại với nhau, như công thức [4]:. - Trong đó: Q kttn : Trữ lượng khai thác tiềm năng (m 3 /ng.đ). - Q đ : Trữ lượng động (m 3 /ng.đ). - Q t : Trữ lượng tĩnh (m 3 /ng.đ). - Q ct : Trữ lượng nước cuốn theo (m 3 /ng.đ).. - Khi xác định trữ lương khai thác tiềm năng của khu vực, đại lượng trữ lượng nước cuốn theo (Q ct ) chưa thể xác định, nên trữ lượng khai thác tiềm năng được xác định theo công thức:. - Trữ lượng động (Q đ. - Trữ lượng động là lượng nước vận động trong tầng chứa nước ở điều kiện tự nhiên, hay trữ lượng động của nước dưới đất là lượng cung cấp cho tầng chứa nước trong điều kiện tự nhiên chưa bị phá huỷ bởi khai thác. - Trữ lượng động bằng tổng các yếu tố cân bằng tự nhiên của tầng chứa nước (thấm của nước mưa, thấm từ sông và các khối nước mặt, thấm xuyên từ các tầng chứa nước lân cận,...).. - Phương pháp đánh giá trữ lượng động nước dưới đất được chia thành 6 nhóm phương pháp tính toán, gồm: Thuỷ động lực, cân bằng, thuỷ văn, thực nghiệm đo trực tiếp lượng cung cấp thấm hoặc quan trắc mực nước, tương tự địa chất thuỷ văn và phương pháp mô hình. - Trong đề tài này chúng tôi sử dụng phương pháp mô hình để đánh giá trữ lượng động theo công thức:. - Trong đó: Q đ : Trữ lượng động (m 3 /ng.đ). - Q w : Trữ lượng do cung cấp thấm của nước mưa (m 3 /ng.đ). - Q ss : Trữ lượng do cung cấp của sông, suối (m 3 /ng.đ). - Q tx : Trữ lượng do thấm xuyên từ các tầng chứa nước khác (m 3 /ng.đ).. - Tại khu vực nghiên cứu các tầng chứa nước là nước không áp và có quan hệ thủy lực với nhau chặt chẽ tạo thành tầng chứa nước ngầm thống nhất, nên không xét sự cung cấp từ các tầng bên dưới. - Vì vậy, trữ lượng do thấm xuyên từ các tầng chứa nước khác (Q tx ) và trữ lượng do cung cấp của dòng bên sườn (Q bs ) sẽ bằng không, nên trữ lượng động được xác định theo công thức:. - Để đánh giá trữ lượng động và các nguồn hình thành trữ lượng động của nước dưới đất chúng tôi sử dụng phương pháp mô hình, bằng phần mềm Visual Modflow.. - Phần mềm ModPath phối hợp với Modflow có chức năng tính toán sự bình lưu, có chức năng tính toán hướng và tốc độ các đường dòng khi chúng vận động xuyên qua hệ thống các lớp chứa nước. - Trữ lượng tĩnh (Q t. - Trữ lượng tĩnh là lượng nước trọng lực trong các lỗ hổng, khe nứt và hang hốc Karst của đất đá chứa nước. - Trữ lượng tĩnh của nước dưới đất còn gồm cả lượng nước trọng lực của đất đá chứa nước trong đới dao động mực nước, phần đó gọi là “trữ lượng điều tiết”. - Đối với nước không có áp lực trữ lượng điều tiết rất nhỏ nên có thể bỏ qua. - Trữ lượng tĩnh được xác định bởi công thức:. - Trong đó: Q t : Trữ lượng tĩnh (m 3 /ng.đ). - α: Hệ số xâm phạm trữ lượng tĩnh, với α. - h: Chiều dày trung bình tầng chứa nước không áp (m). - F: Diện tích phân bố tầng chứa nước (m 2. - SỰ HÌNH THÀNH TRỮ LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT TRONG TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN TP. - QUẢNG NGÃI. - Tại khu vực nghiên cứu các tầng chứa nước là nước không áp và có quan hệ thủy lực với nhau chặt chẽ tạo thành tầng chứa nước ngầm thống nhất, nhưng các tầng. - chứa nước có tính chất thấm, nhả nước và chiều dày khác nhau, nên phần trữ lượng tĩnh chúng tôi sẽ đánh giá riêng cho các tầng chứa nước, còn trữ lượng động sử dụng phương pháp mô hình toán sẽ đánh giá chung.. - Trên mặt cắt, được mô phỏng thành 2 lớp: Lớp 1: Phân bố tầng chứa nước hệ Đệ tứ không phân chia, tầng chứa nước Holocen, tầng chứa nước Pleistocen, tầng chứa nước bazan và tầng chứa nước hệ tầng Tiên An. - Lớp 2: Phân bố tầng chứa nước Pleistocen, tầng chứa nước bazan và tầng chứa nước hệ tầng Tiên An.. - Biên mực nước không đổi (Constant head): Biên loại này được mô phỏng biển Đông, phân bố ở phía Đông của khu vực. - Hệ số thấm, hệ số nhả nước: Hệ số thấm và hệ số nhả nước của các tầng chứa nước mô phỏng theo các vùng (Zone) như sau: Tầng chứa nước hệ Đệ tứ không phân chia được mô phỏng Zone 3. - Tầng chứa nước Holocen: Khu vực có mức độ phong phú nước giàu được mô phỏng Zone 2, khu vực có mức độ phong phú trung bình được mô phỏng Zone 3. - Tầng chứa nước Pleistocen: Khu vực có mức độ phong phú nước giàu được mô phỏng Zone 4, khu vực có mức độ phong phú trung bình được mô phỏng Zone 5. - Tầng chứa nước Bazan được mô phỏng Zone 6. - Tầng chứa nước hệ tầng Tiên An được mô phỏng Zone 7. - Kết quả sau khi giải bài toán ngược ổn định và không ổn định đã xác định được hệ số thấm và hệ số nhả nước của các tầng chứa nước thể hiện ở hình 2.. - Giải bài toán ngược ổn định: Để chỉnh lý mô hình chúng tôi tiến hành giải bài toán ngược ổn định, và dùng nó để so sánh với mực nước quan trắc được tại các giếng tồn tại trong khu vực (tại 26 giếng phân bố tại khu vực nghiên cứu vào tháng 3/2020, hình 3). - Đã xác định được mực nước ban đầu trên mô hình khu vực nghiên cứu và sai số giữa mực nước trên mô hình với mực nước quan trắc thực tế như sau: Sai số trung bình là 0,058 m (1,053. - Cao trình mực nước thực tế và tính toán sau khi giải bài toán ngược ổn định các giếng khu vực thành phố Quảng Ngãi.. - Xác định trữ lượng động và các nguồn hình thành trữ lượng động. - Mô hình sau khi đã hiệu chỉnh các thông số đầu vào và điều kiện biên thông qua giải bài toán ngược ổn đinh và không ổn định, cho thấy mô hình tương đối phù hợp với điều kiện thực tế, nên mô hình sẽ được sử dụng làm cơ sở để giải bài toán thuận không ổn định nhằm xác định trữ lượng động và các nguồn hình thành trữ lượng động cho vùng nghiên cứu.. - Budget, chúng tôi mô phỏng khu vực nghiên cứu thành các vùng cân bằng (Zone) như sau: Zone 2 nước dưới đất thành phố Quảng Ngãi, nước nhạt, với tổng độ khoáng hóa M = 0,6 g/l, Zone 3 Biển Đông, nước mặn, với tổng độ khoáng hóa M = 35g/l.. - Kết quả chạy mô hình đã xác định được trữ lượng động tự nhiên năm 2020 thành phố Quảng Ngãi là: 137.694 m 3 /ngày, trong đó nước mưa cung cấp là 131.830 m 3 /ngày và nước sông cung cấp là 5.864 m 3 /ngày, (hình 6). - Xâm nhập mặn từ Biển đông vào tầng chứa nước là 82.41 m 3 /ngày (hình 6, giá trị này không tính vào trữ lượng động tự nhiên).. - Do trong khu vực thành phố Quảng Ngãi có 3 tầng chứa nước hệ Đệ Tứ không chia, Holcen và Pleistocen có quan hệ thuỷ lực với nhau rất chặt chẽ và tạo thành một tầng chứa nước ngầm thống nhất, nên để đánh giá trữ lượng tĩnh nước dưới đất chúng tôi phân thành 3 vùng để tính toán là: Vùng 1: Vùng các tầng chứa nước hệ Đệ tứ, gồm 3 tầng chứa nước là: Hệ Đệ tứ không phân chia (q. - Vùng 2: Vùng tầng chứa nước Bazan. - Vùng 3: Vùng tầng chứa nước hệ tầng Tiên An (pr).. - Biểu đồ cân bằng xác định trữ lượng động nước dưới đất thành phố Quảng Ngãi năm 2020. - thời gian khai thác t kt = 10 4 ngày và các điều kiện ban đầu, điều kiện biên chúng tôi đã xác định được trữ lượng tĩnh tham gia vào trữ lượng khai thác tiềm năng năm 2020 thể hiện ở bảng 3.. - Bảng tổng hợp kết quả xác định trữ lượng tĩnh năm 2020 thành phố Quảng Ngãi Vùng tính trữ lượng tĩnh (Q t ) Điều kiện biên Trữ lượng tĩnh. - Vùng 1: Các tầng chứa nước hệ Đệ tứ . - Vùng 2: Tầng chứa nước Bazan . - Vùng 3: Tầng chứa nước hệ tầng Tiên An. - Tổng trữ lượng tĩnh thành phố Quảng Ngãi 20.847 4.3. - Sự hình thành trữ lượng và trữ lượng khai thác tiềm năng. - Trữ lượng khai thác tiềm năng của khu vực được xác định theo công thức 2.. - Trên cơ sở trữ lượng tĩnh và trữ lượng động đã tính toán ở phần 4.1 và 4.2 có thể xác định trữ lượng khai thác tiềm năng và các nguồn hình thành trữ lượng khai thác tiềm năng thành phố Quảng Ngãi như sau:. - Vậy trữ lượng khai thác tiềm năng thành phố Quảng Ngãi là Q kttn = 158.541 m 3 /ngày.. - trữ lượng tĩnh 20.847 m 3 /ngày, chiếm 13,15%.. - Trữ lượng khai thác tiềm năng năm 2020 khu vực thành phố Quảng Ngãi là Q kttn = 158.541 m 3 /ngày. - Sử dụng phương pháp mô hình toán (phần mềm modflown) cho phép xác định chính xác tất cả các nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất tại khu vực nghiên cứu, trong khi các phương pháp khác chi xác định được một vài nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất.. - Nghiên cứu đặc điểm hình thành trữ lượng nước dưới đất lưu vực sông ven biển tỉnh Bình Thuận và Ninh Thuận, Luận án Tiến Sĩ Địa chất.. - Nguyễn Đình Tiến (2009), Ứng dụng phần mềm Modflow đánh giá các nguồn hình thành trữ lượng khai thác tiềm năng nước ngầm khu vực khu kinh tế Chân Mây - Lăng Cô tỉnh Thừa Thiên Huế
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt