Dự báo khả năng khai thác và xâm nhập của nước mặn đến công trình khai thác nước thị trấn Phú Bài tỉnh Thừa Thiên - Huế

TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 13, 2002 DỰ BÁO KHẢ NĂNG KHAI THÁC VÀ XÂM NHẬP CỦA NƯỚC MẶN ĐẾN CÔNG TRÌNH KHAI THÁC NƯỚC THỊ TRẤN PHÚ BÀI TỈNH THỪA THIÊN - HUẾ. Nguyễn Đình Tiến Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Để cung cấp nước cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của thị trấn Phú Bài tỉnh Thừa Thiên - Huế giai đoạn từ 2004 đến 2030, huyện Hương Thuỷ và Công ty cấp thoát nước Thừa Thiên - Huế kết hợp với Công ty tư vấn xây dựng, cấp thoát nước và môi trường - Vinaconex đã và đang tiến hành khoan Thăm dò - Khai thác nước dưới đất ở khu vực xã Thuỷ Lương huyện Hương Thuỷ. Tầng chứa nước dự kiến khai thác có chiều dày không lớn và vùng kế cận nước của tầng đã bị nhiễm mặn một phần (phía bắc và phía đông của khu vực dự kiến khai thác), nên có thể ảnh hưởng cả về mặt trữ lượng lẫn chất lượng khi công trình đi vào khai thác. Chính vì vậy việc dự báo về khả năng khai thác và xâm nhập của nước mặn đến cuối thời gian khai thác dự kiến là rất cần thiết, nhằm đánh giá những mặt thuận lợi và chưa thuận lợi, từ đó có những cơ sở vững chắc để khắc phục những hạn chế có thể xảy ra. 1. Tổng quan công trình khai thác nước dưới đất: Công trình thiết kế khai thác nước dưới đất trong 3 giếng cùng lưu lượng với lưu lượng khai thác mỗi giếng Qlk = 1670m3/ng, tổng lưu lượng khai thác Qt =5000m3/ng Hình1: Sơ đồ tổng thể khu vực bãi giếng hệ thống cấp nước thị trấn Phú Bài Chính vì vậy Công ty tư vấn xây dựng, cấp thoát nước và môi trường - Vinaconex đã và đang tiến hành khoan Thăm dò - Khai thác 6 lỗ khoan, trong đó có 2 lỗ khoan khảo sát (TN1, TN2) và 3 giếng khai thác, 1 giếng dự phòng. (xem hình 1). - Tầng chứa nước khai thác là tầng chứa nước lỗ hổng Pleistocen, chúng phân bố trên toàn bộ diện tích nghiên cứu. Thành phần thạch học chủ yếu là cuội, sạn, sỏi thạch anh màu xám trắng. Chiều sâu phân bố so với mặt đất từ 33,4m - 39m. Bề dày biến đổi từ 9m - 13,5m, trung bình 13m. Nước có áp lực. Phía trên tầng chứa nước được che phủ bởi lớp cách nước trầm tích Holocen với diện phân bố rộng khắp, thành phần thạch học là sét, bề dày khá lớn từ 11,5m - 14m. - Chất lượng nước trong khu vực khai thác đảm bảo, độ tổng khoáng hoá biến đổi M = 0,502g/l - 0,729g/l, lớn nhất tại giếng G2 là M = 0,729g/l. Ranh giới mặn - nhạt cách công trình khai thác G2 là 750m. - Kết quả hút nước thí nghiệm khai thác các giếng khai thác cho kết quả: áp lực H = 34,30m - 37,55m. Hệ số dẫn nước Km = 750,89m2/ng - 873,41m2/ng, trung bình:763,20m2/ng . Hệ số truyền áp a = 2,519.106 m2/ng - 5,563m2/ng, trung bình: 9,556.106 m2/ng. (xem bảng 1). Bảng 1: Một số thông số ĐCTV của các công trình thăm dò - khai thác Số TT Công trình Chiều dày tầng (m) Số đợt bơm Thời gian bơm (giờ) áp lực H (m) Tỷ lưu lượng (l/s.m) Hệ số dẫn nước Km (m2/ng) Hệ số truyền áp a (m2/ng) Tổng khoáng hoá (g/l) Hàm lượng NaCl (g/l) 1 G1 13,50 1 80 35,30 5,089 763,20 9,556.106 0,502 0,281 2 G2 13,2 1 80 37,55 5,318 750,89 2,519.106 0,729 0,468 3 G3 9 1 72 34,30 5,466 873,41 5,563.107 4 TN1 11 35,27 0,593 0,409 2. Khả năng khai thác nước dưới đất: 2.1. Phương pháp nghiên cứu: - Do công trình thiết kế 4 giếng khoan khai thác trong đó 3 giếng sử dụng khai thác và 1 giếng dự phòng, ranh giới mặn - nhạt cách G2 là 750m và G1 là 1200m. Chính vì vậy để hạn chế sự xâm nhập mặn vào công trình có thể có 2 phương án tối ưu để khai thác, nên chúng tôi sẽ tính toán cho cả 2 phương án. Phương án 1: Khai thác 3 giếng G1, G2, G3, còn G4 dự phòng. Phương án 2: Khai thác 3 giếng G1, G3, G4, còn G2 dự phòng. - Ở phía tây của khu vực nghiên cứu tầng chứa nước gặp khối cách nước hệ tầng Tân Lâm (D1tl), cách G3 là 2000m, nên chúng tôi sẽ tính toán khai thác cho trường hợp tầng chứa nước bán vô hạn với chu vi không thấm nước đường thẳng. Phương pháp tính toán khai thác là phương pháp giếng lớn với 3 lỗ khoan khai thác bố trí theo diện tích. Công thức tính như sau: Skt = Sht + DSlk (1) Skt: Trị số hạ thấp mực nước khai thác (m). Sht: Trị số hạ thấp mực nước do tác dụng của hệ thống suy rộng (m). DSlk: Trị số hạ thấp mực nước bổ sung trong chính lỗ khoan (m). R0: Bán kính của giếng lớn với R0 » 0,1.P (3) (P: chu vi của diện tích bố trí các lỗ khoan trong hệ thống diện tích). Z0: Khoảng cách từ tâm hệ thống đến ranh giới không thấm nước (m). Qt: Lưu lượng khai thác của hệ thống (m3/ng). R: Bán kính dẫn dùng của miền ảnh hưởng của lỗ khoan, xác định theo công thức: F: Diện tích bố trí các lỗ khoan (m2). r0: Bán kính lỗ khoan khai thác (m). Qlk: Lưu lượng khai thác của một lỗ khoan (m3/ng). - Chỉ số hạ thấp mực nước cho phép: Scf = H - m/2 (6) H: áp lực tầng chứa nước (m); m: Chiều dày tầng chứa nước khai thác (m). 2.2. Kết quả tính toán: * Phương án 1: Khai thác 3 giếng G1, G2, G3 đồng thời cùng lưu lượng. - Điều kiện ban đầu và điều kiện biên: Tầng chứa nước bán vô hạn với biên giới không thấm nước đường thẳng. Khoảng cách đến biên cách nước Z0 = 2000m. Hệ số dẫn nước trung bình Km = 763,20m2/ng. Hệ số truyền áp trung bình a = 9,556.106m2/ng. Các giếng khai thác cùng lưu lượng với Qlk = 1670m3/ng, Qt = 5000m3/ng. Thời gian khai thác t = 104ng. Bán kính của giếng lớn (bố trí theo diện tích công thức (3)) được R0 = 122m. Bán kính dẫn dùng miền ảnh hưởng lỗ khoan R, theo công thức (5) với F = 23417m2, ta được R = 40,59m. Bán kính giếng khai thác r0 = 0,1365m. - Kết quả tính toán: Sử dụng công thức (2) và (4) với các điều kiện ban đầu và biên giới chúng tôi tính được giá trị Sht = 13,56m và Slk = 1,98m. Như vậy chỉ số hạ thấp mực nước của mỗi giếng sau 104 ngày khai thác liên tục theo (1) là SKT = 15,54m. Chỉ số hạ thấp mực nước cho phép tại các giếng khai thác theo (6) là: Giếng G1 có Scf = 28,55m. Giếng G2 có Scf = 30,95m. Giếng G3 có Scf = 29,80m. Qua so sánh SKT với Scf cho thấy SKT < Scf . Do đó khai thác với bãi giếng gồm G1, G2, G3 với lưu lượng Q = 5000m3/ng là đảm bảo khai thác liên tục trong thời gian 104ng. * Phương án 2: Khai thác 3 giếng G1, G4, G3. - Điều kiện ban đầu và điều kiện biên: Tầng chứa nước bán vô hạn với biên giới không thấm nước đường thẳng. Khoảng cách đến biên cách nước Z0 = 2000m. Hệ số dẫn nước trung bình Km = 763,20m2/ng. Hệ số truyền áp trung bình a = 9,556.106m2/ng. Các giếng khai thác cùng lưu lượng với Qlk = 1670m3/ng, Qt = 5000m3/ng. Thời gian khai thác t = 104ng. Bán kính của giếng lớn (bố trí theo diện tích công thức (3)) được R0 = 98,50m. Bán kính dẫn dùng miền ảnh hưởng lỗ khoan R, theo công thức (5) với F = 36359m2, ta được R = 50,58m. Bán kính giếng khai thác r0 = 0,1365m. - Kết quả tính toán: Sử dụng công thức (2) và (4) với các điều kiện ban đầu và biên giới chúng tôi tính được giá trị Sht = 13,79m và Slk = 2,06m. Như vậy chỉ số hạ thấp mực nước của mỗi giếng sau 104 ngày khai thác liên tục theo (1) là SKT = 15,85m. Chỉ số hạ thấp mực nước cho phép tại các giếng khai thác theo (6) là: Giếng G1 có Scf = 28,55m. Giếng G4 có Scf = 29,77m. Giếng G3 có Scf = 29,80m. Qua so sánh SKT với Scf cho thấy SKT < Scf . Do đó khai thác với bãi giếng gồm G1, G4, G3 với lưu lượng Q = 5000m3/ng là đảm bảo khai thác liên tục trong thời gian 104ng. 3. Dự báo khả năng xâm nhập của nước mặn đến công trình khai thác: 3.1. Phương pháp nghiên cứu: - Dự đoán thời gian nước mặn đạt đến công trình: Khi công trình thu nước làm việc với lưu lượng không đổi Qt , thì thời gian phần tử nước mặn đầu tiên đến công trình theo khoảng cách ngắn nhất, từ vị trí ban đầu x được xác định theo công thức: n0: Độ lỗ hổng hữu hiệu. h: Chiều dày trung bình của tầng chứa nước (m). - Dự đoán sự thay đổi độ khoáng hoá của nước trong các công trình lấy nước: Sau khi phần tử nước mặn đầu tiên đạt đến công trình, các phần tử nước mặn trong lưu lượng của công trình sẽ tăng lên, làm thay đổi độ khoáng hoá của nước khai thác. Sự thay đổi độ khoáng hoá của nước sau thời gian khai thác t được xác định bởi công thức: C: Độ khoáng hoá của nước sau thời gian khai thác t có sự xâm nhập mặn. C0: Độ khoáng hoá của nước nhạt trong tầng khai thác. C1: Độ khoáng hoá của nước ở ranh giới mặn nhạt. T: Thời gian phần tử nước mặn đến công trình (ng), t: Thời gian khai thác (ng). 3.2. Kết quả nghiên cứu: * Dự đoán thời gian nước mặn đạt đến công trình: Tính toán theo 2 phương án khai thác như trên. Trong quá trình thăm dò - khai thác không tiến hành xác định độ lỗ hổng hữu hiệu, nên để tính toán chúng tôi xác định theo giá trị trung bình tương tự của thành phần thạch học tầng chứa nước khai thác (cuội, sạn, sỏi mài tròn tốt) với n0 = 0,30. Biên giới mặn - nhạt xác định theo tài liệu Địa vật lý. + Phương án 1: Biên giới mặn - nhạt nằm cách giếng G2 là x = 750m. Lưu lượng khai thác Qt = 5000m3/ng. Chiều dày trung bình của tầng chứa nước h = 13m. Từ công thức (7) có thể xác định được thời gian phần tử nước mặn đầu tiên đến công trình là T = 1378 ngày. + Phương án 2: Biên giới mặn - nhạt nằm cách giếng G4 là x = 1080m. Lưu lượng khai thác Qt = 5000m3/ng. Chiều dày trung bình của tầng chứa nước h = 13m. Từ công thức (7) có thể xác định được thời gian phần tử nước mặn đầu tiên đến công trình là T = 2857 ngày. * Dự đoán sự thay đổi độ khoáng hoá của nước trong các công trình lấy nước: Chúng tôi cũng tính toán theo 2 phương án khai thác, đồng thời xem xét cho 2 trường hợp khi xem độ tổng khoáng hoá nước mặn tại biên giới mặn - nhạt C1 = 1g/l và khi xem tại biên giới mặn - nhạt nước có độ tổng khoáng hoá của nước như tại lỗ khoan PB10 (nằm trên biên giới mặn nhạt gần khu vực nghiên cứu) C1 = 2,15g/l. + Phương án 1: Tổng khoáng hoá nước nhạt lấy theo tài liệu giếng G2 với C0 = 0,729g/l. - Trường hợp lấy độ tổng khoáng hoá nước mặn tại biên giới mặn - nhạt C1 = 1g/l, theo công thức (8) có thể xác định được độ tổng khoáng của nước trong công trình khai thác sau thời gian t = 104ng là C = 0,832g/l. - Trường hợp lấy độ tổng khoáng hoá nước mặn tại biên giới mặn - nhạt C1 = 2,15g/l, theo công thức (8) có thể xác định được độ tổng khoáng của nước trong công trình khai thác sau thời gian t = 104ng là C = 1,267g/l. + Phương án 2: Tổng khoáng hoá nước nhạt lấy theo tài liệu giếng TN1 với C0 = 0,593g/l (do giếng G4 sẽ khoan cách lỗ khoan TN1 là 30m). - Trường hợp lấy độ tổng khoáng hoá nước mặn tại biên giới mặn - nhạt C1 = 1g/l, theo công thức (8) có thể xác định được độ tổng khoáng của nước trong công trình khai thác sau thời gian t = 104ng là C = 0,723g/l. - Trường hợp lấy độ tổng khoáng hoá nước mặn tại biên giới mặn - nhạt C1 = 2,15g/l, theo công thức (8) có thể xác định được độ tổng khoáng của nước trong công trình khai thác sau thời gian t = 104ng là C = 1,092g/l. 3. Kết luận và kiến nghị: 1. Hệ thống cấp nước Phú Bài tỉnh Thừa Thiên - Huế có thể khai thác nước trong tầng chứa nước Pleistocen với tổng lưu lượng khai thác Q = 5000m3/ng trong 3 giếng với chỉ số hạ thấp mực nước trong các giếng sau 104 ngày là SKT = 15,54m theo phương án 1 và SKT = 15,85m theo phương án 2. 2. Khi công trình đi vào khai thác với công suất Q = 5000m3/ng, thì phần tử nước mặn đầu tiên sẽ xâm nhập đến công trình sau thời gian T = 1378 ngày với phương án 1 và T = 2857 ngày với phương án 2. 3. Sau thời gian khai thác t = 104 ngày Tổng khoáng hoá của nước có thể biến đổi với M = 0,832g/l - 1,267g/l với phương án 1 và M = 0,723g/l - 1,092g/l với phương án 2. 4. Do sự biến đổi bất lợi về chất lượng của nước sau thời gian khai thác của công trình, nên cần phải nghiên cứu kỷ tổng khoáng hoá nước tại biên giới mặn - nhạt, đồng thời trong quá trình khai thác cần theo dõi chặt chẽ thành phần hoá của nước theo thời gian. TÀI LIỆU THAM KHẢO Phan Ngọc Cừ, Tôn Sĩ Kinh. Động lực nước dưới đất. NXB Đại học và THCN, Hà Nội, 1981. Nguyễn Trường Đỉu và nnc... Báo cáo Tìm kiếm đánh giá nước dưới đất vùng Phú Bài tỉnh Thừa Thiên - Huế. Lưu Cục Địa chất và khoáng sản Việt nam, Hà nội, 1997. Công ty tư vấn xây dựng, cấp thoát nước và môi trường - Vinaconex. Báo cáo khả thi hệ thống cấp nước thị trấn Phú Bài huyện Hương Thuỷ tỉnh Thừa Thiên - Huế. Hà Nội 12/2001. Xí nghiệp khoan khai thác nước ngầm - Công ty xây dựng cấp thoát nước Hà Nội. Báo cáo kết quả bơm hút nước khai thác thực tế 3 giếng khoan G1, G2, G3 công trình hệ thống cấp nước thị trấn Phú Bài huyện Hương Thuỷ tỉnh Thừa Thiên - Huế. Hà Nội 8/2001. TÓM TẮT Với nhu cầu sử dụng nước của thị trấn Phú Bài tỉnh Thừa Thiên - Huế giai đoạn từ 2004 đến 2030, huyện Hương Thuỷ dự kiến sẽ tiến hành khai thác nước dưới đất trong tầng chứa nước Pleistocen với 3 giếng khai thác cùng lưu lượng, tổng lưu lượng khai thác Q = 5000m3/ng ở khu vực xã Thuỷ Lương huyện Hương Thuỷ tỉnh Thừa Thiên - Huế. Do tầng chứa nước có chiều dày không lớn và đã bị nhiễm mặn một phần, nên có thể ảnh hưởng cả về mặt trữ lượng lẫn chất lượng khi công trình đi vào khai thác. Từ các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay cho phép tác giả dự báo về khả năng khai thác và xâm nhập của nước mặn đến cuối thời gian khai thác dự kiến. Qua kết quả tính toán cho phép tác giả có những kết luận và kiến nghị góp phần khắc phục những hạn chế có thể xảy ra. PREDICTION ABOUT ABILITY EXPLOIT AND INFILTRATE OF THE SALT WATER TO PRODUCTION WELLS IN PHU BAI TOWN IN THUA THIEN - HUE PROVINCE Nguyen Dinh Tien College of Sciences, Hue University SUMMARY To meet the need of water use of Phu Bai town in Thua Thien - Hue province for period of 2004 - 2030, Huong Thuy district has planed to will exploit underground water in aquifer of pleistocen throught three wells with the sum of discharge being Q = 5000m3/ng in Thuy Luong - Huong Thuy - Thua Thien Hue. Thick aquifer ist of big and one part of it has been salinized and affect the discharge and quality of underground water while wells are active. The result of investigation help the author to suggest some solutions to overcome the dificulticy