Luận văn Xây dựng mô hình dòng chảy nghiên cứu mối quan hệ thủy lực giữa nước mặt và nước dưới đất vựng Đan Phượng - Hà Tây

sở làm sáng tỏ điều kiện địa chất thuỷ văn của khu vực. CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VÙNG NGHIÊN CỨU - Vĩ độ Bắc: từ 20058’23’’ đến 21010’57’’ - Kinh độ Đông: Từ 105030’00’’ đến 105043’42’’ CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VÙNG NGHIÊN CỨU Tầng chứa nướclỗ hổng trong trầm tích Holocen Tầng chứa nước Holocen có diện phân bố rộng rãi và tương đối liên tục. Tại Sơn Tây qua các lỗ khoan thăm dò cho thấy bề dày tới 32,6m và mỏng dần về hai phía: 11m (LK79); 2,5m (LK87). Độ giầu nước của tầng chứa nước Holocen được xếp vào loại giầu nước trung bình. Tính thấm của đất đá chứa nước từ trung bình đến cao. Hệ số nhả nước trọng lực qua thí nghiệm hút nước chùm xấp xỉ là 0,1. Tốc độ hồi phục mực nước nhìn chung tương đối nhanh (t  0,1T). Tại vị trí bãi thí nghiệm, thành phần thạch học của tầng chứa nước Holocence chủ yếu là cát hạt mịn đến trung, cát pha màu vàng nhạt, xám vàng hoặc xám xanh. Độ sâu phân bố từ +9m đến -20m, chiều chiều dày biến đổi từ 17m đến 25m. Hệ số thấm (K) được xác định dựa vào tài liệu thí nghiệm slugtest tại hơn 100 lỗ khoan có giá trị thay đổi từ 1,7m/ngày đến 15,6m/ngày trung bình đạt khoảng 12m/ngày đối với các lỗ khoan tuyến K và từ 11,3-27,6m/ngày, trung bình đạt khoảng 25m/ngày tại khu vực bãi sông giữa sông Hồng và các sông nhánh, hệ số nhả nước trọng lực () thay đổi từ 0.08 đến 0.18. CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VÙNG NGHIÊN CỨU Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Pleistocen dưới - trên (qp) Tầng chứa nước Pleistocen có diện phân bố khá rộng rãi. Chúng ít lộ ra trên mặt mà bị các trầm tích Holocen, trầm tích hệ tầng Vĩnh Phúc phủ chỉnh hợp lên trên. Chiều dày trung bình từ 10 đến 20 mét. Đây là tầng chứa nước phân bố liên tục. Tầng chứa nước Pleistocen có diện phân bố gần trùng với tầng Holocen nhưng rộng lớn hơn. Thành phần của chúng là các thành tạo cuội, sỏi, cát trung thô có chiều dày thay đổi. - Đan Phượng chúng có bề dày từ 2,5 đến 13 mét. - Tại Sơn Tây chiều sâu mái tầng thay đổi từ 3,4m (LK90) đến 36,2m (LK92) trên mặt cắt dọc sông và từ 30m (LK85) đến 36m (LK84) trên mặt cắt vuông góc với sông. Nhìn chung chiều dày tầng chứa nước Pleistocen  có xu hướng tăng dần từ rìa thung lũng vào sông: ví dụ LK60 rìa thung lũng có chiều dày 1,6m; ở trung tâm dày hơn tới 37,4m (LK53); 47,6m (LK90). Chiều sâu thế nằm mực nước thường từ 1-3m, riêng dải ven sông ngoài đê lớn hơn, có khi tới 6,18m (LK83). CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VÙNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 2 . TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG 2.1. Nghiên cứu theo cấu trúc ĐC - ĐCTV Cho đến nay, vùng đồng bằng sông Hồng xác định được có 4 kiểu quan hệ thuỷ lực phụ thuộc vào cấu trúc địa chất, ĐCTV như sau: Kiểu 1: là kiểu mà nước sông luôn luôn nhận được sự cung cấp của NDĐ. Đó là các sông nhỏ, dòng chảy không lớn, biên độ dao động năm mực nước không lớn nên mực NDĐ luôn luôn cao hơn và là nguồn cung cấp cho nước sông. Thí dụ minh họa là sông Cà Lồ phân bố ở rìa bắc của đồng bằng thuộc địa phận Vĩnh Phúc, Sóc Sơn - Hà Nội. Kết quả nghiên cứu động thái mạng chuyên Hà Nội đã làm rõ điều đó. Ngoài ra các sông nhỏ khác ở vùng rìa đồng bằng cũng có thể có điều kiện tương tự. Kiểu 2: là kiểu mà về mùa khô mực nước sông xuống thấp, NDĐ cung cấp cho sông, còn về mùa lũ, nước sông dâng cao cung cấp cho NDĐ. Kiểu này phổ biến ở dải phía bắc sông Hồng, sông Đuống, phía nam sông Hồng từ Ba vì đến Hà Nội. Ở đó phương dòng chảy NDĐ thay đổi liên tục trong năm tạo thành đới diều hoà, điều tiết dòng chảy của sông. Kiểu 3: là kiểu mà nước sông cung cấp liên tục cho NDĐ phân bố ở vùng kẹp giữa sông Đuống và sông Hồng thuộc địa phận Gia Lâm, Hưng Yên, Hải Dương làm cho dòng chảy NDĐ luôn có phương TB-ĐN. Kiểu 4: là kiểu đối với các tầng chứa nước có áp nằm sâu, nên mối quan hệ thuỷ lực yếu cũng có thể nước sông cung cấp cho NDĐ hoặc NDĐ cung cấp cho nước sông, song phải thông qua lớp các thấm nước yếu. Các mối quan hệ kể trên đã phần nào giải quyết được một cách tương đối rõ qua các đề án điều tra địa chất thủy văn. CHƯƠNG 2 . TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG Hình 2.1. Các kiểu quan hệ thuỷ lực giữa nước sông Hồng và NDĐ Trong điều kiện tự nhiên (a) và khi có công trình khai thác ven bờ (b) CHƯƠNG 2 . TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG 2.2. Nghiên cứu theo tài liệu hút nước thí nghiệm Vai trò các sông, nhất là hệ thống sông Hồng đối với sự hình thành trữ lượng nước dưới đất đã được nghiên cứu bằng nhiều phương pháp. Vì vậy việc xác định mối quan hệ giữa sông với nước dưới đất là nhiệm vụ quan trọng trong việc đánh giá trữ lượng. Theo kết quả nghiên cứu của Trần Minh năm 1981, khi thi công phương án “Thăm dò tỷ mỉ nước dưới đất vùng Hà Nội” đã khoan hai chùm lỗ khoan để đánh giá sức cản của lòng sông Hồng và sông Đáy. Sau này nó được tiếp tục nghiên cứu thêm khi thi công phương án tìm kiếm, thăm dò nước dưới đất ở vùng Kim Anh - Chèm, Hưng Yên - Khoái Châu. Trong phạm vi thành phố Hà Nội, sức cản tổng hợp của lòng sông Hồng đã được nghiên cứu, đánh giá cũng như xây dựng thành quy trình trong hút nước thí nghiệm. CHƯƠNG 2 . TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG 2.3. Nghiên cứu theo tài liệu quan trắc động thái nước dưới đất Mối quan hệ thuỷ lực giữa sông Hồng và nước dưới đất không chỉ được chứng minh bằng hút nước thí nghiệm chùm mà còn bằng các tuyến quan trắc động thaí nước mặt và nước dưới đất. Năm 1991, đã thi công ba tuyến lỗ khoan quan trắc vuông góc với sông Hồng (Sơn Tây - Vĩnh Yên, Chương Mỹ - Yên Phong, Phủ Lý - Hưng Yên). Nhờ tài liệu quan trắc đã khoanh được vùng động thái ven sông. Kết quả nghiên cứu động thái NDĐ đồng bằng Bắc Bộ đã xác định được mối quan hệ thuỷ lực giữa NDĐ và nước mặt mà chủ yếu là các sông ở đồng bằng Bắc Bộ. Kết quả nghiên cứu quan trắc mạng quan trắc Quốc gia đồng bằng Bắc Bộ cho thấy: Sân cân bằng số I: nghiên cứu đại lượng cung cấp cho tầng chứa nước Q12 đặt tại xã Vĩnh Thịnh - Vĩnh Lạc - Vĩnh Phúc nơi động thái NDĐ chịu ảnh hưởng lớn bởi chế độ thuỷ văn sông Hồng. Mùa Khô NDĐ cung cấp cho sông & mùa lũ nước sông cung cấp cho NDĐ, phương dòng chảy thay đổi liên tục trong năm. Sân cân bằng số III: nghiên cứu đại lượng cung cấp cho tầng chứa nước Q23 đặt tại xã Thọ An - Đan Phượng nơi động thái NDĐ chịu ảnh hưởng lớn bởi chế độ thuỷ văn sông Hồng, mưa,… Đại đa số thời gian trong năm NDĐ cung cấp cho nước sông, dòng chảy có phương Bắc, Đông Bắc, về mùa lũ nước sông cung cấp cho NDĐ nên có phương Tây Nam. Sân cân bằng số V: nghiên cứu đại lượng cung cấp cho tầng chứa nước Q12 đặt tại xã Như Quỳnh - Mỹ Văn – Hưng Yên nơi động thái NDĐ chịu ảnh hưởng lớn bởi chế độ thuỷ văn sông Đuống, sông Hồng. Nhìn chung dòng chảy NDĐ có phương TB-ĐN song do mực độ cung cấp của sông Đuống, sông Hồng có khác nhau theo thời gian trong năm nên phương dòng chảy có sự thay đổi từ TB-ĐN đến Đ-ĐN. 2.4. Nghiên cứu theo tài liệu phân tích mẫu đồng vị Có thể nói, kỹ thuật đồng vị trong nghiên cứu bài toán thấm của nước sông cho nước dưới đất đã được triển khai rất thành công ở nước ngoài và trở thành một phương pháp nghiên cứu hiệu quả để định lượng mức nước bổ cấp của nước mặt cho các tầng nước ngầm. Tuy nhiên, kỹ thuật đồng vị đã được ứng dụng để giải quyết các bài toán về tuổi, xác định nguồn gốc của nước dưới đất và các vấn đề liên quan tới nước nóng, nước khoáng (Bùi Học, 1981); nguồn gốc, thời gian lưu, tốc độ vận động và mức độ bảo vệ của NDĐ (Bùi Học, 1992, 1997, 2005); tính toán lượng bổ cấp theo mùa của dòng ngầm (Base flow) cho sông Hồng (Bùi Học, 2007); cơ chế nhiễm mặn nước ngầm (Nguyễn Kiên Chính và nnk, 2002, 2004); mối quan hệ thủy lực giữa nước sông Hồng và nước ngầm khu vực Hà Nội (Trịnh Văn Giáp và nnk, 2003, 2005); Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Văn Hoàn khu vực bãi thí nghiệm của dự án VietAs, kết quả đồng vị đã chứng minh được nước ngầm tầng Holocen có nguồn gốc pha trộn của nước sông nhánh/sông chính với nước mưa. Nếu vào mùa mưa, nước sông nhánh/sông chính bổ cấp cho nước ngầm tầng Holocen thì vào mùa khô, nước ngầm TCN Holocen lại bổ cấp cho nước sông nhánh. Kết quả tính toán định lượng các quá trình bổ cấp bằng phương pháp đồng vị cho thấy: vào mùa mưa, nước ngầm tầng Holocene được bổ cấp bởi nước sông nhánh/sông chính là 88% (tính theo đồng vị 18O), hoặc 85% (tính theo đồng vị 2H); và bởi nước mưa tương ứng sẽ là 12% hoặc 15%. vào mùa khô, nước ngầm tầng Holocen bổ cấp cho nước sông nhánh tính theo đồng vị 18O là 74% và tính theo đồng vị deuterium (2H) là 72%. CHƯƠNG 2 . TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG 2.5. Nghiên cứu theo phương pháp mô hình dòng chảy Trong Địa chất thủy văn, phương pháp mô hình được ứng dụng để giải quyết những nhiệm vụ cụ thể như: nghiên cứu địa chất thủy 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 trữ lượng nước chảy vào khu mỏ… Lê Văn Hiển (1998), Chuyên khảo NDĐ vùng đồng bằng Bắc Bộ. Công trình đã đánh giá tổng quát về đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn, trữ lượng cũng như chất lượng nước dưới đất và tài nguyên nước khoáng, nước nóng ở đồng bằng Bắc Bộ. Ở đây phương pháp mô hình số (Modflow) đã được áp dụng để xác định trữ lượng và dự báo động thái nước dưới đất. Phạm Quý Nhân (2000), Kết quả đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất bằng phương pháp mô hình số. Báo cáo kết quả thăm dò nước dưới đất phục vụ mở rộng công suất nhà máy nước Vĩnh Yên công suất 16.000m3/ngđ, Hà Nội 1999. Và từ đó đến nay, trong các phương án thăm dò nước dưới đất phục vụ khai thác nước dưới đất ở các đô thị, nhà máy nước đều đã áp dụng phương pháp mô hình số để đánh giá trữ lượng khai thác. Với mục tiêu xác định của đề tài là nghiên cứu sự tương tác giữa nước mặt và nước dưới đất tác giả lựa chon phần mềm Visual Modflow để mô phỏng dòng chảy nước dưới đất vùng Đan Phượng – Hà Tây trên cơ sở nó có những ưu điểm giải quyết được nhiệm vụ của đề tài : CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT 3.1. Cơ sở lý thuyết và mô hình toán học Toàn bộ sự biến thiên độ cao mực nước dưới đất được mô tả bằng một phương trình đạo hàm riêng duy nhất sau: (3.1) Ở đây Kxx , Kyy , Kzz là các hệ số dẫn truyền theo các hướng x,y và z. Chiều z là chiều thẳng đứng. h là cốt cao mực nước tại vị trí (x,y,z) ở thời điểm t. W là Môdul dòng ngầm, hay là các giá trị bổ cập, giá trị thoát đi của nước ngầm tính tại vị trí (x,y,z) ở thời điểm t. W = W(x,y,z,t) là hàm số phụ thuộc thời gian và vị trí không gian (x,y,z). Ss là hệ số nhả nước đơn vị (1/m). Ss = Ss(x,y,z), Kxx = Kxx(x,y,z), Kyy = Kyy(x,y,z), Kzz = Kzz(x,y,z) các hàm phụ thuộc vào vị trí không gian x,y,z. Phương trình (3.1) mô tả động thái mực nước trong điều kiện môi trường không đồng nhất và dị hướng. Phương trình (3.1) cùng với các điều kiện biên, điều kiện ban đầu của tầng chứa nước tạo thành một mô hình toán học về dòng chảy nước dưới đất. CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT 3.2. Thành lập và chỉnh lý mô hình 3.2.1. Sơ đồ hoá điều kiện địa chất thủy văn Xuất phát từ phát từ sơ đồ điều kiện tự nhiên địa chất thủy văn đã được nêu trong chương 1. Tác giả xác lập mô hình mô phỏng dòng chảy nước dưới đất trong môi trường 4 lớp, cho hệ thống các tầng chứa nước trong trầm tích Đệ Tứ vùng Đan Phượng – Hà Tây như sau. Lớp 1: là lớp thấm nước yếu bề mặt. Lớp 2: là tầng chứa nước trong trầm tích Holocene (qh). Lớp 3: là tầng thấm nước yếu hay thực tế không chứa nước Pleistocene- Holocene. Lớp 4: là tầng chứa nước trong trầm tích Pleistocene (qp). CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT 3.2.2. Những dữ liệu đầu vào cơ bản của mô hình Dữ liệu các yếu tố về địa hình Được xây dựng trên cơ sở bản đồ địa hình tỉ lệ 1/50.000 hệ VN 2000 do Cục bản đồ xuất bản. Gồm các số liệu đồng mức bề mặt địa hình và các điểm độ cao. Địa hình của bãi thí nghiệm được tính toán dựa trên số liệu cốt cao của hơn 200 điểm bố trí lỗ khoan và 8 điểm bố trí mốc quan trắc mực nước của các sông nhánh. Dựa vào tài liệu mô tả địa tầng của các lỗ khoan của Dự án có thể phân chia địa tầng của khu vực bãi thí nghiệm tương đối chính xác, từ cốt cao lỗ khoan có thể tính ra cốt cao của mái, đáy các tầng chứa và thấm nước yếu. Các thông số địa chất thủy văn cơ bản Để phân vùng các thông số trường thấm, chúng tôi dựa vào kết quả nghiên cứu thông số địa chất thủy văn của các báo cáo tìm kiếm, thăm dò, đo vẽ lập bản đồ, và hơn 200 lỗ khoan nghiên cứu của dự án VietAs , các lỗ khoan nghiên cứu khác hiện có. Cho đến nay, có khoảng 300 lỗ khoan phân tầng địa chất thủy văn, 30 lỗ khoan xác định thông số tầng chứa nước qp, 20 lỗ khoan tầng qh, 20 điểm lớp 1 và lớp 3. Giá trị cung cấp thấm và bốc hơi a/ Bản đồ và dữ liệu giá trị bổ cập được xác định trên cơ sở tài liệu về lượng mưa, giá trị này được tính toán bằng 10-15% giá trị lượng mưa thực tế. Dữ liệu mưa được lấy theo bước thời gian là trung bình ngày từ trạm khí tượng Quốc gia Sơn Tây năm 2006. b/ Bản đồ và dữ liệu bốc hơi cũng được lấy tương tự như trên, giá trị lượng bốc hơi ngầm được giới hạn ở chiều sâu 3m tính từ bề mặt địa hình. CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT Biên và điều kiện biên của mô hình Vùng lập mô hình được mô phỏng với hệ thống 2 tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Đệ Tứ là qh và qp. Trên bề mặt tồn tại lớp thấm nước yếu không liên tục, ngăn cách tầng qh và qp là lớp thấm nước yếu ở khu vực dọc sông và nhiều nơi lớp này bị bào mòn tạo thành các cửa sổ địa chất thủy văn. Do vậy, mỗi tầng chứa nước có biên và điều kiện biên khác nhau cả trên bình diện và mặt cắt: Để nghiên cứu mối quan hệ thủy lực giữa nước mặt (ở đây là sông Hồng) chúng tôi tập trung đánh giá điều kiện ĐC – ĐCTV, điều kiện hình thành các bồi tích và hình thái lòng sông. Từ đó mới có thể mô phỏng được điều kiện biên cho các tầng chứa nước trên mô hình. Cấu trúc ĐC – ĐCTV các tuyến dọc sông Trên cơ sở phân tích cấu trúc địa chất kết hợp với các tài liệu đo thực tế đáy lòng sông của dự án VietAs các mặt cắt qua sông được xây dựng như sau: Mặt cắt tuyến I - I’ khu vực TX. Sơn Tây: - Về hình thái lòng sông: đây là khu vực lòng sông bị thu hẹp trong đoạn sông chảy qua vùng nghiên cứu, bồi bên phía Vĩnh Phúc và xói lở về phía Hà Tây. Chiều rộng trung bình khoảng 400 – 600m. Cốt cao đáy sông chỗ sâu nhất -9.5m. - Tốc độ dòng chảy của sông thay đổi theo mùa từ 1,5 đến 2m/s vào mùa khô còn mùa mưa những ngày đạt đỉnh lũ lên tới 30m/s. Mực nước thấp nhất trong sông theo trạm Sơn Tây là 3.8m (03/04/2006), mực nước cao nhất đạt tới 12.84m (ngày 20/07/2006). - Thành phần thạch học: phân bố theo đới ven sông, trầm tích Đệ Tứ có bề rộng từ 200 đến 1200m thoải dần ra sông. Thành phần thạch học lớp trên chủ yếu là cát, cát pha. Lớp dưới là cát hạt thô phủ lên trên trầm tích biến chất cổ Proterozoi sông Hồng (hình 3.7). Hình 3.7. Mặt cắt địa chất thủy văn tuyến I – I’ CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT Mặt cắt tuyến II - II’ khu vực bãi thí nghiệm của dự án VietAs – Đan Phượng: - Về hình thái lòng sông: đây là khu vực có lưu vực sông rộng nhất trong đoạn sông chảy qua vùng nghiên cứu, lòng sông phát triển theo 3 nhánh. Nhánh chính bồi bên phía Vĩnh Phúc và xói lở về phía Hà Tây, hai nhánh nhỏ chảy theo hai sườn của bãi thí nghiệm dự án VietAs , khi vào mùa lũ ba nhánh này hoà vào thành một lưu vực lớn. Chiều rộng lớn nhất khoảng 3.6km. Cốt cao đáy sông chỗ sâu nhất -10.5m. - Tốc độ dòng chảy của sông thay đổi theo mùa từ 1,5 đến 2m/s vào mùa khô còn mùa mưa những ngày đạt đỉnh lũ lên tới 30m/s. Mực nước thấp nhất trong sông theo tài liệu quan trắc của dự án VietAs là 3.24m (03/04/2006), mực nước cao nhất đạt tới 12.28m (ngày 20/07/2006). - Thành phần thạch học: phân bố theo đới ven sông, trầm tích Đệ Tứ có bề rộng khoảng 12km thoải dần ra sông. Thành phần thạch học lớp trên chủ yếu là cát, cát pha. Lớp dưới là cát hạt thô lẫn sạn sỏi phủ lên trên trầm tích Neogen thấm nước yếu. Hình 3.8. Mặt cắt địa chất thủy văn tuyến II – II’ CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT Mặt cắt tuyến III - III’ khu vực Hà Nội: - Về hình thái lòng sông: đến đây lòng sông lại bị thu hẹp lại, bồi bên phía Vĩnh Phúc và xói lở về phía Hà Nội. Chiều rộng trung bình khoảng 400 – 500m. Cốt cao đáy sông chỗ sâu nhất -11.5m. - Tốc độ dòng chảy của sông thay đổi theo mùa từ 1,5 đến 2m/s vào mùa khô còn mùa mưa những ngày đạt đỉnh lũ lên tới 30m/s. Mực nước thấp nhất trong sông theo trạm quan trắc nước mặt QTSH1 là 2.7m (03/04/2006), mực nước cao nhất đạt tới 11.06m (ngày 20/07/2006). - Thành phần thạch học: phân bố theo đới ven sông, trầm tích Đệ Tứ có bề rộng 16km thoải dần về Hà Nội, phủ bên trên trầm tích Neogen thấm nước yếu (hình 3.9). Hình 3.9. Mặt cắt địa chất thủy văn tuyến III – III’ CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT Trên cơ sở như vậy mô phỏng điều kiện biên của mô hình vùng nghiên cứu như sau: Tầng chứa nước qh: Do sông cắt hoàn toàn vào tầng chứa nước nên biên của tầng chứa nước qh cho cả đoạn sông này là H = Const. Mực nước thay đổi trên biên theo tài liệu đo trung bình ngày của trạm quan trắc Sơn Tây và trạm QTSH1. Hai đoạn sông nhánh của sông Hồng chảy theo hai bên sườn bãi thí nghiệm của dự án VietAs được đặt là biên sông. Trị số sức cản thấm C của các đoạn sông được xác định theo các tài liệu thí nghiệm thấm seepage lớp bùn đáy sông của dự án VietAs . Tầng chứa nước qp: Đối với tầng chứa nước qp, trên cơ sở phân tích cấu trúc địa chất thủy văn và tài liệu khảo sát thực địa của dự án VietAs . Biên sông Hồng được chia thành ba đoạn: vùng cửa sổ địa chất thủy văn, vùng cửa sổ địa chất thủy văn chưa hoàn chỉnh và vùng cửa sổ địa chất thủy văn bị che lấp. Hệ số thấm của trầm tích đáy sông được lấy theo tài liệu cũ và các thí nghiệm thấm dự án VietAs thực hiện. CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT Hình 3.10. Sơ đồ điều kiện biên tầng chứa nước qh Hình 3.11. Sơ đồ điều kiện biên tầng chứa nước qp CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT Điều kiện mực nước ban đầu và hệ thống lỗ khoan quan trắc để chỉnh lý mô hình: Vùng lập mô hình có hai mạng lưới quan trắc là bãi thí nghiệm của dự án VietAs và mạng quan trắc quốc gia với các số liệu đo đạc đầy đủ. Do vậy tác giả lấy điều kiện ban đầu từ tháng 1/1/2006 và các số liệu kế tiếp cho đến 31/12/2006 để chỉnh lý mô hình. 3.2.3. Lưới sai phân và bước thời gian chỉnh lý mô hình Trên cơ sở mức độ nghiên cứu ĐC – ĐCTV vùng nghiên cứu, khu vực bãi thí nghiệm của dự án VietAs và sân cân bằng Q56 với trên 200 lỗ khoan nghiên cứu địa tầng, cấu trúc địa chất và tính toán thông số đầy đủ chúng tôi chi bước lưới sai phân đều với khoảng cách là x = y = 125m. Vùng còn lại với bước lưới thưa hơn được chia đều là x = y = 250m. Toàn bộ vùng nghiên cứu được chia thành 111 cột và 84 dòng được mô phỏng như hình vẽ (Hình3.14). Do đặc trưng dao động mực nước sông Hồng thay đổi theo ngày cả về mùa lũ và mùa khô do chịu sự điều tiết của Hồ Hoà Bình nên muốn bắt được các dao động những ngày nước dâng để chứng minh mối quan hệ thủy lực giữa nước mặt và nước dưới đất cần thiết bước thời gian chạy và chỉnh lý phải sát với sự thay đổi này. Do vậy các thông số chỉnh lý, điều kiện biên của mô hình được lựa chọn là ngày. CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT 3.2.3. Chỉnh lý mô hình Mô hình được thiết lập và chỉnh lý thời gian là 365 ngày từ 01/01/2006 đến 31/12/2006 bao gồm tài liệu quan trắc khu vực và tài liệu quan trắc của dự án VietAs. Sau khi cập nhật các số liệu đầu vào của mô hình chúng tôi tiến hành giải bài toán chỉnh lý theo hai bước: Bước thứ nhất, giải bài toán ngược ổn định với mục đích chỉnh sơ bộ các thông số địa chất thủy văn. Bài toán kết thúc khi mực nước thực tế ban đầu và trên mô hình đạt yêu cầu. Bước thứ hai, giải bài toán ngược không ổn định với mục đích chính xác hoá các thông số địa chất thủy văn, các điều kiện biên của các tầng chứa nước. Bài toán chỉnh lý kết thúc khi ta lập lại được động thái mực nước theo thời gian với sai số giũa mực nước thực tế và mô hình tại các điểm quan trắc đạt giá trị cho phép. Độ lệch quân phương tiêu chuẩn cho toàn bộ quá trình chỉnh lý là 4.30%. Mối tương quan giữa mực nước thực tế (đại lượng để kiểm tra mô hình) và mực nước trên mô hình thể hiện trên (hình 3.15, 3.16). CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT Hình 3.15. Đồ thị tương quan giữa kết quả tính toán của mô hình với giá trị đo thực tế tại lỗ khoan quan trắc bài toán chỉnh lý không ổn định Hình 3.16. Đồ thị dao động mực nước giữa kết quả tính toán của mô hình với giá trị đo thực tế tại lỗ khoan quan trắc CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT Hình 3.17 . Sơ đồ phân bố hướng dòng chảy và đẳng cốt cao mực nước tầng qh mùa khô ngày 20/2/2006 Hình 3.18 . Sơ đồ phân bố hướng dòng chảy và đẳng cốt cao mực nước tầng qh mùa mưa ngày 20/7/2006  CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT Hình 3.19 . Sơ đồ phân bố hướng dòng chảy và đẳng cốt cao mực nước tầng qp mùa khô ngày 20/2/2006 Hình 3.20 . Sơ đồ phân bố hướng dòng chảy và đẳng cốt cao mực nước tầng qp mùa mưa ngày 20/7/2006 Kết quả mô hình xác định mối quan hệ thủy lực giữa nước mặt và nước dưới đất 3.3.1. Xác định mối quan hệ thủy lực giữa nước sông Hồng với nước dưới đất theo tài liệu dao động mực nước tính toán trên mô hình Trên cơ sở nghiên cứu cấu trúc ĐC – ĐCTV trên bình đồ cũng như các mặt cắt xác định được trên đoạn sông Hồng chảy qua vùng nghiên cứu có ba dạng quan hệ đặc trưng giữa sông Hồng với các tầng chứa nước như sau: Đới 1: đoạn từ TX. Sơn Tây đến bãi giếng của dự án, sông Hồng cắt trực tiếp vào tầng chứa nước. Thể hiện đặc trưng trên mặt cắt ĐC – ĐCTV. Đới 2: đoạn từ đầu bãi giếng VietAs đến cuối bãi giếng VietAs, sông Hồng quan hệ với các tầng chứa nước qua các cửa sổ địa chất thủy văn. Thể hiện đặc trưng trên mặt cắt ĐC – ĐCTV. Đới 3: đoạn từ cuối bãi giếng VietAs về phía Hà Nội, sông Hồng quan hệ với các tầng chứa nước qua các lớp thấm nước yếu thể hiện đặc trưng trên mặt cắt ĐC – ĐCTV. CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT Để tính toán đại lượng sức cản thấm của lòng sông Hồng đặc trưng cho đới 1 tác giả tính cho tổng sức cản thấm của lớp cát nằm trên theo phương pháp của V.M Sextakov áp dụng cho trường hợp thấm ổn định. Theo phương pháp này sẽ kéo dài khoảng cách thực từ nút tính đến sông một đoạn L. Giá trị L được xác định bởi công thức lý thuyết : (3.2) Ở đây: Hp, độ cao tuyệt đối mực nước nút sát sông, m; H1, H2 độ cao tuyệt đối mực nước tại nút 2 và nút 3, m X1, X2 khoảng cách từ nút 2, nút 3 đến nút 1, m.  Hình 3. 22. Sơ đồ mặt cắt tính DL trên tuyến mặt cắt đới 1, 2 và 3 Theo kết quả tính toán trên mô hình ta có: CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT Tính toán sức cản thấm của đoạn sông cho vùng 2 ta có: Nút H1, sát mép sông; Nút H2 cách nút H1 là 1300m; Nút H3 cách nút H1 là 2900m. Theo kết quả tính toán trên mô hình ta có: So sánh với kết quả tính toán của Nguyễn Văn Lầu năm 1984, tính toán theo tài liệu hút chùm thí nghiệm LK82; ∆L = 400m, cho thấy kết quả tính toán trên mô hình có độ tin cậy cao. CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT Tính toán sức cản thấm của đoạn sông cho vùng 3 ta có: Nút L1, sát mép sông; Nút L2 cách nút L1 là 400m; Nút L3 cách nút H1 là 4700m. Theo kết quả tính toán trên mô hình ta có: So sánh với kết quả tính toán của Trần Minh trong chuyên khảo nước dưới đất đồng bằng Bắc Bộ năm 2000, ∆L = 400m, cho thấy kết quả tính toán trên mô hình phù hợp trên đoan sông này. CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỦY LỰC GIỮA NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT 3.3.2. Xác định mối quan hệ thủy lực giữa nước sông Hồng với nước dưới đất theo kết quả tính toán giá trị cung cấp thấm Trên cở sở phân vùng xác định quan hệ thủy lực giữa nước dưới đất với nước sông theo đồ thị đặc trưng dao động mực nước tại các nút tính toán trên từng đới. Để định lượng hoá mối quan hệ thủy lực giữa nước sông và nước dưới đất thông qua đại lượng cung cấp thấm. Chúng tôi chia 3 đới có đặc trưng quan hệ thủy lực khác nhau thành 3 khu cân bằ