Đồng bằng phía Tây sông Hậu là một phần của đồng bằng sông Cửu
Long, bao gồm các tỉnh: Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng, An Giang, Bạc Liêu,
Kiên Giang và Cà Mau. Diện tích tựnhiên toàn vùng khoảng 23.470 km
2
với
dân sốkhoảng 8.383.000 người
*
. Đây là vùng kinh tếquan trọng và là vựa lúa
của cảnước, đồng thời là vùng nuôi trồng thuỷsản lớn với sản lượng hàng triệu
tấn năm.
Điều kiện địa hình vùng Tây sông Hậu khá bằng phẳng, hướng nghiêng
thoải từTây - Tây Nam sang Đông - Đông Bắc; độcao địa hình nhìn chung là
thấp và thường bịngập nước trong mùa lũ.
Vùng phía Tây sông Hậu là phần cuối của châu thổsông Mê Kông, vì vậy
nguồn nước mặt trong vùng khá dồi dào, với các hệthống sông, kênh rạch dày
đặc. Tuy nhiên, nguồn nước mặt ở đây thường có độ đục lớn, phần lớn bịchua
phèn, nhiễm mặn và nhiễm bẩn nên không thuận lợi đối với các mục đích sử
dụng nước cho ăn uống sinh hoạt và công nghiệp.
Nguồn nước dưới đất có trữlượng lớn. Theo các tài liệu điều tra, nghiên
cứu địa chất thủy văn trong vùng, mặt cắt đồng bằng phía Tây sông Hậu gồm 5
tầng chứa nước trong trầm tích Kainozoi, các tầng chứa nước đều có chiều dày
và mức độchứa nước lớn. Tuy nhiên, do quá trình hình thành đồng bằng trải
qua nhiều giai đoạn hoạt động địa chất phức tạp, với nhiều đợt thăng trầm nâng
hạcủa vỏtrái đất tạo nên các đợt biển tiến - thoái trong quá khứ, cùng với ảnh
hưởng mạnh của hoạt động thủy triều, chế độthủy văn của hệthống sông Mê
Kông nên nước dưới đất ở đồng bằng sông Cửu Long nói chung và đồng bằng
phía Tây sông Hậu nói riêng có đặc điểm thủy động lực và thuỷ địa hoá hết sức
phức tạp, tốc độvận động của nước chậm chạp, hệsốtrao đổi nước nhỏ, mặn
nhạt xen kẽnhau theo cảchiều thẳng đứng và chiều ngang. Trong khi các công
trình nghiên cứu, điều tra, đánh giá nguồn nước dưới đất trên đồng bằng nói
chung còn rất hạn chế. Việc điều tra, đánh giá chi tiết nguồn nước chủyếu tại
các công trình thăm dò, khai thác nước dưới đất phân tán rải rác trên đồng bằng.
Các nghiên cứu mang tính khu vực còn ít, sốlượng điểm nghiên cứu đối với mỗi
công trình rất hạn chế, đặc biệt các nghiên cứu vềnguồn gốc, trữlượng và điều
kiện hình thành trữlượng nước dưới đất, diễn biến xâm nhập mặn, chất lượng
nước, mối quan hệnước mặt - nước dưới đất đều chưa đầy đủ.
* sốliệu thống kê năm 2005
4
Vềtình trạng khai thác sửdụng nước dưới đất: do phần lớn nguồn nước
mặt bịmặn, phèn và nhiễm bẩn nên nguồn nước dưới đất đã trởthành nguồn cấp
nước quan trọng cho ăn uống, sinh hoạt và sản xuất công nghiệp của vùng. Chỉ
trừmột sốkhu vực ởphần phía Tây (thuộc các tỉnh An Giang, Kiên Giang, Cần
Thơ, Hậu Giang) có nguồn nước mặt đáp ứng yêu cầu cho ăn uống, sinh hoạt và
sản xuất, còn lại đều phụthuộc vào nguồn nước dưới đất, đặc biệt tại các tỉnh Cà
Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, nước dưới đất là nguồn cấp chủyếu cho ăn uống,
sinh hoạt và sản xuất tại các đô thịvà vùng nông thôn trong khu vực này. Lượng
nước dưới đất khai thác ngày càng tăng đã gây ra hạthấp lớn và xâm nhập mặn
ởmột sốkhu vực, điển hình nhưtại thịxã Cà Mau, Sóc Trăng. Tại Cà Mau
trước đây mực nước nằm cao hơn mặt đất khoảng 1 mét nhưng hiện tại mực
nước dưới đất đã nằm dưới mặt đất khoảng 30 mét và liên tục bịhạthấp với tốc
độhạthấp khoảng 0,2 - 0,5m /năm. Tại các công trình khai thác nước dưới đất
của thịxã Sóc Trăng, Cà Mau, Bạc Liêu đều đã xảy ra hiện tượng xâm nhập
mặn vào công trình khai thác, một sốgiếng đã phải hủy bỏhoặc giảm lưu lượng
khai thác.
Các vấn đềnêu trên đã gây không ít khó khăn cho công tác quản lý, bảo
vệtài nguyên nước dưới đất trong khu vực, đặc biệt là khó khăn trong việc phân
bổ, cấp phép khai thác, sửdụng hợp lý nguồn nước.
Đểtừng bước giải quyết các vấn đềnêu trên, phục vụcông tác quản lý tài
nguyên nước dưới đất trong khu vực, tháng 7 năm 2005, BộTài nguyên và Môi
trường đã giao cho Cục Quản lý tài nguyên nước triển khai thực hiện đềtài:
“Nghiên cứu, ứng dụng mô hình dòng ngầm ba chiều đểxác định lượng cung
cấp và trữlượng có thểkhai thác của nước dưới đất khu vực các tỉnh phía Tây
sông Hậu”. Mục tiêu chủyếu của đềtài nhằm: nghiên cứu điều kiện hình thành
trữlượng khai thác, nguồn cung cấp cho nước dưới đất ởkhu vực các tỉnh phía
Tây sông Hậu; ứng dụng mô hình dòng ngầm xác định định lượng lượng cung
cấp cho nước dưới đất và trữlượng có thểkhai thác của một sốkhu vực trong
vùng nghiên cứu, phục vụáp dụng mởrộng cho các khu vực khác trên đồng
bằng, phục vụcông tác quản lý tài nguyên nước dưới đất; góp phần làm rõ hơn
về điều kiện địa chất thủy văn của khu vực nghiên cứu; và nâng cao năng lực và
kỹthuật sửdụng mô hình cho cán bộlàm công tác quản lý tài nguyên nước ở
Cục Quản lý tài nguyên nước cũng như ởcác tỉnh trong vùng nghiên cứu.
Đềtài được thực hiện trên cơsởphân tích, tổng hợp các nguồn tài liệu đã
có về điều kiện địa lý tựnhiên, địa hình, khí tượng, thuỷvăn, địa chất, địa chất
thuỷvăn kết hợp với điều tra khảo sát bổsung hiện trạng khai thác, sửdụng
5
nước dưới đất trong khu vực nghiên cứu đểlựa chọn diện tích mô hình và xác
lập, xây dựng mô hình dòng ngầm ba chiều bằng bộphần mềm Visual Modflow.
Trên cơsởkết quảxây dựng và chạy mô hình nêu trên cùng với các kết
quảnghiên cứu khác trong phạm vi thực hiện đềtài và ý kiến góp ý của các
chuyên gia trong lĩnh vực tài nguyên nước, chúng tôi đã xây dựng hoàn thiện
Báo cáo tổng kết kết quảthực hiện đềtài với các nội dung, chương mục chủyếu
nhưsau:
Chương 1. Tổng quan vềphương pháp mô hình, tình hình áp dụng mô
hình trong nghiên cứu địa chất thuỷvăn, đánh giá tài nguyên nước trên ởthế
giới và Việt Nam
Chương 2. Đặc điểm các tầng chứa nước khu vực phía tây sông Hậu
Chương 3. Ứng dụng mô hình ba chiều xác định lượng cung cấp thấm và
trữlượng có thểkhai thác của các tầng chứa nước khu vực phía tây sông Hậu
Chương 4. Đánh giá kết quảthực hiện đềtài và những đềxuất, kiến nghị
Kết luận: đánh giá chung vềkết quảthực hiện đềtài, những kết quảcụthể
của đềtài và kiến nghịáp dụng trong công tác quản lý tài nguyên nước dưới đất,
cũng nhưnhững nội dung kiến nghịcần tiếp tục nghiên cứu trong thời gian tới.
Nhân dịp kết thúc đềtài, chúng tôi xin chân thành cảm ơn BộTài nguyên
và Môi trường, VụKhoa học Công nghệ đã tạo điều kiện cho chúng tôi được
thực hiện đềtài nêu trên và giúp đỡchúng tôi hoàn thành các nội dung nghiên
cứu của đềtài.
Chúng tôi cũng xin tỏsựcảm ơn chân thành đến các nhà khoa học, các
chuyên gia ởtrong và ngoài Bộ, các đồng nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến quý
báu, góp phần vào việc xây dựng các luận cứkhoa học của đềtài cũng nhưhoàn
thiện các kết quảcủa đềtài.
Cũng nhân dịp này chúng tôi xin chân thành cảm ơn các cấp chính quyền,
các cơquan ban ngành thuộc các tỉnh Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Kiên
Giang, An Giang, Hậu Giang, Cần Thơ, đặc biệt nhân dân địa phương đã giúp
đỡvà tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong quá trình thực hiện đềtài.
Chúng tôi cũng mong muốn nhận được các ý kiến nhận xét, đánh giá, góp
ý bổsung của các nhà khoa học, đồng nghiệp đểbáo cáo được hoàn thiện một
cách tốt nhất.
164 trang |
Chia sẻ: oanhnt | Lượt xem: 1874 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Báo cáo Nghiên cứu, ứng dụng mô hình dòng ngầm ba chiều để xác định lượng cung cấp và trữ lượng có thể khai thác của nước dưới đất khu vực các tỉnh phía tây sông Hậu, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
CỤC QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC
Tập thể tác giả: ThS. Trần Thị Huệ
PGS.TS Đoàn Văn Cánh
ThS. Nguyễn Văn Đức
ThS. Nguyễn Văn Nghĩa
ThS. Trương Quảng Đại
KS. Nguyễn Thị Vân
b¸o c¸o tæng kÕt
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DÒNG NGẦM
BA CHIỀU ĐỂ XÁC ĐỊNH LƯỢNG CUNG CẤP
VÀ TRỮ LƯỢNG CÓ THỂ KHAI THÁC CỦA NƯỚC
DƯỚI ĐẤT KHU VỰC CÁC TỈNH PHÍA TÂY SÔNG HẬU
KT. CỤC TRƯỞNG
PHÓ CỤC TRƯỞNG CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
Lê Bắc Huỳnh Trần Thị Huệ
7044
05/12/2008
HÀ NỘI, 2007
1
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................3
CHƯƠNG I......................................................................................................................6
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH, TÌNH HÌNH ÁP DỤNG MÔ HÌNH
TRONG NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN, ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN
NƯỚC Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM.................................................................6
1.1. Tổng quan về phương pháp mô hình ...................................................................6
1.1.1. Phương trình dòng chảy nước dưới đất........................................................9
1.1.2. Phương trình lan truyền vật chất................................................................16
1.1.3. Quy trình và các bước tiến hành khi giải bài toán Địa chất thủy văn bằng
phương pháp mô hình ...........................................................................................19
1.1.4. Các bước tiến hành khi giải bài toán mô hình Địa chất thủy văn bằng phần
mềm Visual Modflow ............................................................................................24
1.2. Tình hình áp dụng mô hình nước dưới đất trên thế giới.........................................26
1.3. Tình hình áp dụng mô hình nước dưới đất ở Việt Nam .........................................28
CHƯƠNG 2...................................................................................................................32
ĐẶC ĐIỂM CÁC TẦNG CHỨA NƯỚC KHU VỰC CÁC TỈNH PHÍA TÂY SÔNG
HẬU...............................................................................................................................32
2.1. Tổng quan lịch sử nghiên cứu Địa chất thủy văn đồng bằng Nam Bộ ..............32
2.1.1. Giai đoạn trước năm l975...........................................................................32
2.1.2. Giai đoạn từ năm 1975 đến nay..................................................................33
2.2. Tình hình áp dụng phương pháp mô hình số để đánh giá nước dưới đất vùng
đồng bằng Nam Bộ....................................................................................................41
2.3. Đặc điểm địa chất thủy văn các tỉnh phía Tây sông Hậu...................................44
2.2.1. Phức hệ chứa nước lỗ hổng trong trầm tích đa nguồn gốc Holocen (qh)..45
2.2.2.Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Pleistocen giữa - muộn (qp2-3) ...46
2.2.3.Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Pleistocen sớm (qp1) ..................49
2.2.4.Phức hệ chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Pliocen (m4)...........................52
2.2.5. Phức hệ chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Miocen muộn (m3-3)..............53
CHƯƠNG 3...................................................................................................................57
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH BA CHIỀU XÁC ĐỊNH LƯỢNG CUNG CẤP THẤM VÀ
TRỮ LƯỢNG CÓ THỂ KHAI THÁC CỦA CÁC TẦNG CHỨA NƯỚC KHU VỰC
PHÍA TÂY SÔNG HẬU ...............................................................................................57
3.1. Cơ sở tài liệu xây dựng mô hình ........................................................................57
3.2. Mô hình khái niệm .............................................................................................58
3.2.1. Sơ lược điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu...............................................58
3.2.2. Địa chất.......................................................................................................59
3.2.3. Địa tầng địa chất thủy văn..........................................................................60
3.2.4. Xác định diện tích lập mô hình ...................................................................60
3.2.5. Thông số và điều kiện biên .........................................................................61
3.3. Mô hình hóa, hiệu chỉnh mô hình ......................................................................62
2
3.2.1. Mô hình dòng chảy .....................................................................................62
3.2.2. Mô hình lan truyền vật chất ........................................................................74
3.2.3. Kết quả bài toán chỉnh lý mô hình..............................................................76
3.4. Kết quả xác định lượng cung cấp cho các tầng chứa nước ................................91
3.4.1. Các phương án khai thác............................................................................91
3.4.2. Kết quả xác định lượng cung cấp cho nước dưới đất.................................94
3.5. Kết quả xác định lượng trữ lượng có thể khai thác..........................................113
3.5.1. Phương án xác định trữ lượng có thể khai thác .......................................114
3.5.2. Kết quả xác định trữ lượng có thể khai thác ............................................115
CHƯƠNG 4.................................................................................................................127
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ NHỮNG ĐỀ XUẤT, KIẾN NGHỊ
.....................................................................................................................................127
4.1. Những kết quả đạt được của đề tài...................................................................127
4.2. Những hạn chế, tồn tại .....................................................................................128
4.3. Đề xuất kiến nghị .............................................................................................129
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................130
3
MỞ ĐẦU
Đồng bằng phía Tây sông Hậu là một phần của đồng bằng sông Cửu
Long, bao gồm các tỉnh: Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng, An Giang, Bạc Liêu,
Kiên Giang và Cà Mau. Diện tích tự nhiên toàn vùng khoảng 23.470 km2 với
dân số khoảng 8.383.000 người*. Đây là vùng kinh tế quan trọng và là vựa lúa
của cả nước, đồng thời là vùng nuôi trồng thuỷ sản lớn với sản lượng hàng triệu
tấn năm.
Điều kiện địa hình vùng Tây sông Hậu khá bằng phẳng, hướng nghiêng
thoải từ Tây - Tây Nam sang Đông - Đông Bắc; độ cao địa hình nhìn chung là
thấp và thường bị ngập nước trong mùa lũ.
Vùng phía Tây sông Hậu là phần cuối của châu thổ sông Mê Kông, vì vậy
nguồn nước mặt trong vùng khá dồi dào, với các hệ thống sông, kênh rạch dày
đặc. Tuy nhiên, nguồn nước mặt ở đây thường có độ đục lớn, phần lớn bị chua
phèn, nhiễm mặn và nhiễm bẩn nên không thuận lợi đối với các mục đích sử
dụng nước cho ăn uống sinh hoạt và công nghiệp.
Nguồn nước dưới đất có trữ lượng lớn. Theo các tài liệu điều tra, nghiên
cứu địa chất thủy văn trong vùng, mặt cắt đồng bằng phía Tây sông Hậu gồm 5
tầng chứa nước trong trầm tích Kainozoi, các tầng chứa nước đều có chiều dày
và mức độ chứa nước lớn.. Tuy nhiên, do quá trình hình thành đồng bằng trải
qua nhiều giai đoạn hoạt động địa chất phức tạp, với nhiều đợt thăng trầm nâng
hạ của vỏ trái đất tạo nên các đợt biển tiến - thoái trong quá khứ, cùng với ảnh
hưởng mạnh của hoạt động thủy triều, chế độ thủy văn của hệ thống sông Mê
Kông nên nước dưới đất ở đồng bằng sông Cửu Long nói chung và đồng bằng
phía Tây sông Hậu nói riêng có đặc điểm thủy động lực và thuỷ địa hoá hết sức
phức tạp, tốc độ vận động của nước chậm chạp, hệ số trao đổi nước nhỏ, mặn
nhạt xen kẽ nhau theo cả chiều thẳng đứng và chiều ngang. Trong khi các công
trình nghiên cứu, điều tra, đánh giá nguồn nước dưới đất trên đồng bằng nói
chung còn rất hạn chế. Việc điều tra, đánh giá chi tiết nguồn nước chủ yếu tại
các công trình thăm dò, khai thác nước dưới đất phân tán rải rác trên đồng bằng.
Các nghiên cứu mang tính khu vực còn ít, số lượng điểm nghiên cứu đối với mỗi
công trình rất hạn chế, đặc biệt các nghiên cứu về nguồn gốc, trữ lượng và điều
kiện hình thành trữ lượng nước dưới đất, diễn biến xâm nhập mặn, chất lượng
nước, mối quan hệ nước mặt - nước dưới đất đều chưa đầy đủ.
* số liệu thống kê năm 2005
4
Về tình trạng khai thác sử dụng nước dưới đất: do phần lớn nguồn nước
mặt bị mặn, phèn và nhiễm bẩn nên nguồn nước dưới đất đã trở thành nguồn cấp
nước quan trọng cho ăn uống, sinh hoạt và sản xuất công nghiệp của vùng. Chỉ
trừ một số khu vực ở phần phía Tây (thuộc các tỉnh An Giang, Kiên Giang, Cần
Thơ, Hậu Giang) có nguồn nước mặt đáp ứng yêu cầu cho ăn uống, sinh hoạt và
sản xuất, còn lại đều phụ thuộc vào nguồn nước dưới đất, đặc biệt tại các tỉnh Cà
Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, nước dưới đất là nguồn cấp chủ yếu cho ăn uống,
sinh hoạt và sản xuất tại các đô thị và vùng nông thôn trong khu vực này. Lượng
nước dưới đất khai thác ngày càng tăng đã gây ra hạ thấp lớn và xâm nhập mặn
ở một số khu vực, điển hình như tại thị xã Cà Mau, Sóc Trăng. Tại Cà Mau
trước đây mực nước nằm cao hơn mặt đất khoảng 1 mét nhưng hiện tại mực
nước dưới đất đã nằm dưới mặt đất khoảng 30 mét và liên tục bị hạ thấp với tốc
độ hạ thấp khoảng 0,2 - 0,5m /năm. Tại các công trình khai thác nước dưới đất
của thị xã Sóc Trăng, Cà Mau, Bạc Liêu đều đã xảy ra hiện tượng xâm nhập
mặn vào công trình khai thác, một số giếng đã phải hủy bỏ hoặc giảm lưu lượng
khai thác....
Các vấn đề nêu trên đã gây không ít khó khăn cho công tác quản lý, bảo
vệ tài nguyên nước dưới đất trong khu vực, đặc biệt là khó khăn trong việc phân
bổ, cấp phép khai thác, sử dụng hợp lý nguồn nước.
Để từng bước giải quyết các vấn đề nêu trên, phục vụ công tác quản lý tài
nguyên nước dưới đất trong khu vực, tháng 7 năm 2005, Bộ Tài nguyên và Môi
trường đã giao cho Cục Quản lý tài nguyên nước triển khai thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu, ứng dụng mô hình dòng ngầm ba chiều để xác định lượng cung
cấp và trữ lượng có thể khai thác của nước dưới đất khu vực các tỉnh phía Tây
sông Hậu”. Mục tiêu chủ yếu của đề tài nhằm: nghiên cứu điều kiện hình thành
trữ lượng khai thác, nguồn cung cấp cho nước dưới đất ở khu vực các tỉnh phía
Tây sông Hậu; ứng dụng mô hình dòng ngầm xác định định lượng lượng cung
cấp cho nước dưới đất và trữ lượng có thể khai thác của một số khu vực trong
vùng nghiên cứu, phục vụ áp dụng mở rộng cho các khu vực khác trên đồng
bằng, phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước dưới đất; góp phần làm rõ hơn
về điều kiện địa chất thủy văn của khu vực nghiên cứu; và nâng cao năng lực và
kỹ thuật sử dụng mô hình cho cán bộ làm công tác quản lý tài nguyên nước ở
Cục Quản lý tài nguyên nước cũng như ở các tỉnh trong vùng nghiên cứu.
Đề tài được thực hiện trên cơ sở phân tích, tổng hợp các nguồn tài liệu đã
có về điều kiện địa lý tự nhiên, địa hình, khí tượng, thuỷ văn, địa chất, địa chất
thuỷ văn kết hợp với điều tra khảo sát bổ sung hiện trạng khai thác, sử dụng
5
nước dưới đất trong khu vực nghiên cứu để lựa chọn diện tích mô hình và xác
lập, xây dựng mô hình dòng ngầm ba chiều bằng bộ phần mềm Visual Modflow.
Trên cơ sở kết quả xây dựng và chạy mô hình nêu trên cùng với các kết
quả nghiên cứu khác trong phạm vi thực hiện đề tài và ý kiến góp ý của các
chuyên gia trong lĩnh vực tài nguyên nước, chúng tôi đã xây dựng hoàn thiện
Báo cáo tổng kết kết quả thực hiện đề tài với các nội dung, chương mục chủ yếu
như sau:
Chương 1. Tổng quan về phương pháp mô hình, tình hình áp dụng mô
hình trong nghiên cứu địa chất thuỷ văn, đánh giá tài nguyên nước trên ở thế
giới và Việt Nam
Chương 2. Đặc điểm các tầng chứa nước khu vực phía tây sông Hậu
Chương 3. Ứng dụng mô hình ba chiều xác định lượng cung cấp thấm và
trữ lượng có thể khai thác của các tầng chứa nước khu vực phía tây sông Hậu
Chương 4. Đánh giá kết quả thực hiện đề tài và những đề xuất, kiến nghị
Kết luận: đánh giá chung về kết quả thực hiện đề tài, những kết quả cụ thể
của đề tài và kiến nghị áp dụng trong công tác quản lý tài nguyên nước dưới đất,
cũng như những nội dung kiến nghị cần tiếp tục nghiên cứu trong thời gian tới.
Nhân dịp kết thúc đề tài, chúng tôi xin chân thành cảm ơn Bộ Tài nguyên
và Môi trường, Vụ Khoa học Công nghệ đã tạo điều kiện cho chúng tôi được
thực hiện đề tài nêu trên và giúp đỡ chúng tôi hoàn thành các nội dung nghiên
cứu của đề tài.
Chúng tôi cũng xin tỏ sự cảm ơn chân thành đến các nhà khoa học, các
chuyên gia ở trong và ngoài Bộ, các đồng nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến quý
báu, góp phần vào việc xây dựng các luận cứ khoa học của đề tài cũng như hoàn
thiện các kết quả của đề tài.
Cũng nhân dịp này chúng tôi xin chân thành cảm ơn các cấp chính quyền,
các cơ quan ban ngành thuộc các tỉnh Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Kiên
Giang, An Giang, Hậu Giang, Cần Thơ, đặc biệt nhân dân địa phương đã giúp
đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
Chúng tôi cũng mong muốn nhận được các ý kiến nhận xét, đánh giá, góp
ý bổ sung của các nhà khoa học, đồng nghiệp để báo cáo được hoàn thiện một
cách tốt nhất.
6
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH, TÌNH HÌNH ÁP DỤNG
MÔ HÌNH TRONG NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN, ĐÁNH GIÁ
TÀI NGUYÊN NƯỚC Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1. Tổng quan về phương pháp mô hình
Với khái niệm chung nhất, mô hình hoá là sự phản ánh thực tế tồn tại
bằng phương pháp nào đó để nghiên cứu quy luật khách quan vốn có của sự vật,
hiện tượng trong thế giới khách quan. Phương pháp mô hình được xem là một
phương pháp nhận thức khoa học về thế giới khách quan, chúng đã được ứng
dụng nhiều trong các ngành khoa học và ứng dụng hiệu quả trong thực tế. Các
mô hình mà các ngành khoa học kỹ thuật ứng dụng có thể kể đến là các mô hình
truyền nhiệt trong ngành nhiệt, mô hình phần tử hữu hạn áp dụng trong tính toán
kết cấu xây dựng, mô hình điện trong ngành điện, mô hình dự báo bão, mô hình
dòng chảy mặt trong nghiên cứu thuỷ văn, mô hình dòng chảy nước dưới đất,
mô hình lan truyền vật chất nhiễm bẩn trong môi trường nước trong nghiên cứu
địa chất thuỷ văn và đánh giá tài nguyên nước dưới đất.
Trong Địa chất thuỷ văn, phương pháp mô hình được ứng dụng để giải
quyết những nhiệm vụ cụ thể như: nghiên cứu địa chất thuỷ văn khu vực, nghiên
cứu lý thuyết, đánh giá trữ lượng nước dưới đất, nghiên cứu dịch chuyển khối
lượng của các chất nhiễm bẩn trong môi trường nước dưới đất, quá trình truyền
nhiệt trong môi trường nước dưới đất, các quá trình thấm mất nước hồ đập,
nghiên cứu đánh giá lượng nước chảy vào các khu mỏ...
Ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp mô hình là thay vì nghiên cứu
trực tiếp đối tượng, chúng ta có thể phục hồi được trên các mô hình chuyên môn
những quá trình & hiện tượng khác nhau. Khi mô hình hóa, quá trình nghiên cứu
được thay bằng quá trình khác thiết lập đơn giản và rõ ràng hơn trong phòng thí
nghiệm hoặc trên máy tính. Sự thay thế đó có thể thực hiện được bởi vì có rất
nhiều quá trình đặc trưng bởi cùng một phương trình toán học. Sự tương tự của
các quá trình là do sự thống nhất của thế giới vật chất và có cùng quy luật của
chuyển động vật chất.
Trên cơ sở phân loại mô hình theo đặc trưng mô hình hóa vật chất có thể
chia ra làm 4 loại: Đồ giải, vật lý, toán và tự nhiên. Bản chất của chúng tương
đối khác nhau:
7
Mô hình hóa đồ giải phản ánh đối tượng nghiên cứu bằng các bản vẽ. Mô
hình hóa đồ giải được sử dụng để tổng hợp những tài liệu nhận được khi điều tra
làm sáng tỏ những đặc điểm, quy luật cơ bản của đối tượng nghiên cứu và
những quá trình hiện tượng đặc trưng của nó. Mô hình đồ giải có thể là mô hình
mặt cắt, mô hình mặt bằng và mô hình khối.
Mô hình hóa vật lý là sự phục hồi trên các mô hình chuyên môn đối tượng
Địa chất thủy văn nhưng vẫn giữ nguyên sự tương tự về mặt vật lý giữa mô hình
và đối tượng nghiên cứu nhờ hệ số tỉ lệ về kích thước hình học và các thông số
vật lý. Theo mục đích nghiên cứu, mô hình vật lý có thể chia thành 2 nhóm:
nhóm thứ nhất nghiên cứu những quá trình vật lý (máng thấm, mô hình thấm...);
nhóm thứ hai nghiên cứu tính chất của các đối tượng địa chất thủy văn (dụng cụ
nghiên cứu tính thấm và thủy tính đất đá).
Mô hình toán học là sự phục hồi trên các mô hình chuyên môn những đối
tượng địa chất thủy văn khi có sự đồng nhất về phương trình mô tả đối tượng
nghiên cứu và mô hình. Theo nguyên tắc xây dựng và hoạt động mô hình toán
có thể chia ra thành ba nhóm: tương tự, số, xibenetic.
Mô hình tương tự được chia ra làm 2 loại là mô hình tương tự vật lý và
mô hình tương tự toán học.
- Mô hình tương tự vật lý là sự mô phỏng sự tương tự về mặt vật lý giữa
đối tượng nghiên cứu và đối tượng mô hình hoá. Quá trình thấm được khống chế
bởi các phương trình vật lý tương tự như quá trình truyền nhiệt, truyền điện. Bởi
vậy thay bằng nghiên cứu các qúa trình xảy ra trong môi trường nước dưới đất
người ta tiến hành nghiên cứu các quá trình truyền điện, truyền nhiệt trên các đối
tượng mô hình hoá tương đương với đối tượng nghiên cứu. Phương pháp mô
hình tương tự được sử dụng khá rộng rãi trong nghiên cứu địa chất thuỷ văn
những năm 60 – 70. Ví dụ như mô hình giấy dẫn điện, mô hình điện và mô hình
điện ô mạng. Mô hình điện (Anderson, 1972; Spieker, 1968) được làm bằng các
điện trở theo tỷ lệ để biểu thị cơ cấu các tầng chứa nước, còn tụ điện được mô
phỏng cho độ trữ nước. Cường độ dòng điện trong ampe kế của mô hình biểu thị
lưu lượng dòng thấm. Điện thế trong mô hình biểu thị mực nước, còn thể tích
nước trong mô hình được thể hiện bằng tổng lượng điện tích. Điện trở tỷ lệ
nghịch với hệ số thấm của tầng chứa nước trong khi điện dung điện mạng lưới tỷ
lệ với độ chứa nước. Các số đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong mạng
thể hiện lưu lượng và mực nước trong các tầng chứa nước. Các mô hình điện
tương tự có thể mô phỏng cho dòng chảy hai chiều hoặc ba chiều, đối với dòng
ba chiều được mô phỏng bằng cách nối tiếp một số nhóm nằm ngang với nhau.
8
Tuy nhiên mô hình điện tương tự không mô phỏng được các quá trình phân tán,
khuyếch tán trong bài toán lan truyền vật chất.
- Mô hình tương tự toán học dựa trên các lời giải cơ bản của dòng nước
dưới đất, dòng nhiệt và dòng vận chuyển khối. Mô hình toán học đơn giản nhất
của dòng nước dưới đất là định luật Đacxi. Để áp dụng định luật Đacxi chúng ta
cần có một mô hình nhận thức của tầng chứa nước và các số liệu về tính chất vật
lý của hệ tầng chứa nước (hệ số thấm, hệ số nhả nước, độ lỗ hổng). Định luật
Đacxi là một ví dụ của mô hình giải tích. Để giải một mô hình giải tích chúng ta
phải biết điều kiện ban đầu và điều kiện biên của bài toán thấm. Các điều kiện
này phải đủ đơn giản để có thể giải trực tiếp phương trình thấm bằng máy tính.
Các mô hình giải tích có thể được giải nhanh chóng, chính xác và không tốn
kém trên các máy tính hoặc máy tích phân được lập sẵn chương trình.
Mô hình số là dùng máy tính để giải các phương trình vi phân mô tả các
quá trình của đối tượng nghiên cứu. Bản chất của chúng là giải phương trình vi
phân vận động của nước dưới đất, phương trình lan truyền chất nhiễm bẩn bằng
phương pháp số. Phương pháp số là phương pháp giải gần đúng các phương
trình vi phân đạo hàm riêng bao gồm sai phân hữu hạn hoặc phần tử hữu hạn.
Vấn đề này đã được Trescott đề cập lần đầu tiên vào năm 1975, sau đó tiếp tục
được phát triển thành chương trình máy tính bởi Trescott, Pider và Larson năm
1976. Kế thừa những kết quả nghiê