Xác định lượng bổ cập tầng chứa nước holocen thành phố Hà Nội bằng tài liệu quan trắc tài nguyên nước - Nguyễn Chí Nghĩa

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 40 XÁC ĐỊNH LƯỢNG BỔ CẬP TẦNG CHỨA NƯỚC HOLOCEN THÀNH PHỐ HÀ NỘI BẰNG TÀI LIỆU QUAN TRẮC TÀI NGUYÊN NƯỚC NGUYỄN CHÍ NGHĨA*, HỒ VĂN THUỶ*, TRIỆU ĐỨC HUY*, ĐẶNG HỮU ƠN** Using groundwater monitoring data to ditermine groundwater recharge of the holocen aquifer in Hanoi city Abstract: The groundwater recharge is important volume of the unconfined aquifer, determining the groundwater recharge has meaningful for groundwater exploitation and its necessary information for groundwater management. From basic hydrogeological investigation data in the Hanoi city of the Northern division for water resources Planning and Investigation (NDWRPI) and authors, the researchers completed draw out the Holocene (qh) distribution scale of 1: 50,000. The research combining the observation databased (years 2013, 2014) of 26 boreholes in the Hanoi city and using the Bindeman method (WTF) for determining the grounwater recharged from rainwater to the Holocen aquifer. The results showed that the recharge amount depends on the distribution of the Holocen clay (Thai Binh and Vinh Phuc formations) and rainwater volume. The area without clay distribution has larger recharge - from 129mm/year at the Dan Phuong (2013) to 973mm/year at the Tu Lien, Tay Ho (2013); At the clay cover areas, the recharge volume is small (less than 100 mm/year). Compared with the total region rainfall in 2013 and 2014 years, the recharge amounts counted from 1.1% to 48.62% of rainfall. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * Chủ đề của ngày nƣớc thế giới năm 2015: “Nƣớc là cốt lõi của cuộc sống” cho thấy vai trò của nƣớc không thể tách rời với mọi sự phát triển của xã hội. Thành phố Hà Nội, nơi tập trung đông dân cƣ tới 9 triệu ngƣời theo thống kê năm 2012, có nhu cầu dùng nƣớc lớn và có nhiều thách thức về cấp nƣớc. Tầng nƣớc dƣới đất (NDĐ) đƣợc khai thác chủ yếu ở Hà Nội là tầng chứa nƣớc Pleistocen (qp). Nguồn bổ cập chính cho tầng chứa nƣớc đƣợc [1], [2], [3], [4] xác định đến từ nƣớc * Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia ** Hội Địa chất thuỷ văn Việt Nam sông do sông cắt trực tiếp vào tầng chứa nƣớc và từ tầng Holocen (qh) thông các cửa sổ địa chất thủy văn. Tầng chứa nƣớc qh là tầng chứa nƣớc trung gian tiếp nối giữa con ngƣời, thiên nhiên với tầng chứa nƣớc qp. Nguồn bổ cập chính cho nƣớc dƣới đất tầng qh [5], [6], là thấm từ nƣớc mƣa và một số dòng mặt, sông, hồ. Cho đến hiện tại, lƣợng nƣớc dƣới đất đƣợc khai thác ở Hà Nội đang phục vụ nhu cầu sinh hoạt của hơn 80% dân số thủ đô. Có hơn 10 nhà máy khai thác nƣớc dƣới đất lớn lƣu lƣợng Q> 10.000m 3/ngày.đêm, với hàng trăm công trình khai thác nƣớc với lƣu lƣợng Q> 1000m 3/ngày.đêm, và hàng ngàn lỗ khoan khai thác nƣớc có lƣu lƣợng Q>10m3/ngày.đêm (Kết ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 41 quả điều tra năm 2014 của NDWRPI). Tổng lƣợng nƣớc khai thác NDĐ hiện tại đã gần 2 triệu m3 nƣớc/ngày đêm. Điều này cho thấy nƣớc dƣới đất là nguồn tài nguyên đặc biệt quan trọng của thủ đô và cần đƣợc quản lý khai thác hợp lý đảm bảo lƣợng nƣớc cấp cho hiện tại và tƣơng lai. Trữ lƣợng động của nguồn NDĐ rất quan trọng, việc làm rõ đƣợc sự hình thành cũng nhƣ lƣợng bổ cập cho tầng chứa nƣớc theo thời gian giúp nhà quản lý điều tiết đƣợc lƣợng nƣớc khai thác hợp lý cũng nhƣ phát triển bền vững nguồn NDĐ. Lƣợng bổ cập từ nƣớc mƣa cho NDĐ tầng nông thƣờng là nguồn chính duy trì cân bằng nƣớc của tầng. Việc định lƣợng lƣợng bổ cập giúp xác định đƣợc năng suất khai thác bền vững của các tầng chứa nƣớc nên đây là việc làm nhiều ý nghĩa và cần thiết (Sanford, 2002; Sophocleous và Schloss, 2000; Gonfiantini và nnk, 1998; Scanlon và nnk., 2002). Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định đƣợc lƣợng bổ cập cho nƣớc dƣới đất tầng qh vùng thành phố Hà Nội. Cơ sở số liệu chính sử dụng trong nghiên cứu này là kết quả điều tra cơ bản tài nguyên nƣớc và dữ liệu quan trắc tài nguyên nƣớc quốc gia năm 2013 và 2014 của Trung tâm Quy hoạch và Điều tra TNN quốc gia (NAWAPI) cùng các tài liệu quan trắc khí tƣợng - thủy văn của các trạm quan trắc quốc gia vùng Hà Nội và lân cận thu thập theo dự án. 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH LƢỢNG BỔ CẬP Xác định lƣợng bổ cập là một nhiệm vụ khó, đòi hỏi phải có nhiều dữ liệu liên quan đến tính thấm của đất đá, lƣợng mƣa và bốc hơi.v.v Việc này càng khó hơn khi xác định lƣợng bổ cập cho các tầng thấm nƣớc yếu vì khi đó sai số tính toán có thể lớn hơn giá trị lƣợng bổ cập (Scanlon và nnk, 2002). Quá trình bổ cập là quá trình phức tạp, khó kiểm soát nên khi tính toán dễ mắc phải sai số nếu không kiểm soát đƣợc sự thay đổi môi trƣờng thấm. Khi xác định lƣợng bổ cập, điều quan trọng cần phải làm là xác định chế độ thủy động lực của tầng chứa nƣớc hay các khả năng tiếp nhận nƣớc thấm của tầng chứa nƣớc để từ đó lựa chọn phƣơng pháp tính toán hợp lý (Lerneret và nnk, 1990). Lƣợng bổ cập nƣớc dƣới đất khó đo lƣờng trực tiếp và vì vậy thƣờng đƣợc tính toán gián tiếp (Lerner và nnk., 1990). Tuy nhiên khi sử dụng phƣơng pháp gián tiếp, chúng ta gặp khó khăn trong việc xác định mức độ chính xác của kết quả, vì thế ngƣời ta thƣờng sử dụng tổ hợp nhiều phƣơng pháp cùng lúc hoặc lựa chọn các tài liệu quan trắc có đƣợc trong quá khứ để đánh giá kết quả, nhƣ vậy sẽ nhận đƣợc thông tin cậy hơn (USGS, 2008;. Scanlon và nnk, 2002; Lerner và nnk., 1990). Có nhiều phƣơng pháp đã đƣợc các tác giả trong và ngoài nƣớc sử dụng để tính toán lƣợng bổ cập cho các tầng chứa nƣớc. Ở Việt Nam [7], [8] tính toán lƣợng bổ cập thông qua các công thức thực nghiệm trên cơ sở sử dụng các kết quả thí nghiệm vật lý tầng chứa nƣớc hoặc phƣơng pháp mô hình số. Trên thế giới có nhiều nghiên cứu về lƣợng bổ cập cho các tầng chứa nƣớc trong đó có tầng chứa nƣớc không áp. Theo đặc điểm địa chất thủy văn có thể phân loại cách tính lƣợng bổ cập của các tác giả trên thế giới thành 3 nhóm: (1) tính toán theo Miền địa chất thủy văn (Lerner và nnk., 1990); (2) theo vùng địa chất thủy văn thông qua hệ số thấm (K) của các tầng đất đá (Scanlon và nnk., 2002; Beekman và nnk., 1996; Bredenkamp và nnk., 1995); (3) theo tính chất vật lý của đất đá, của tầng chứa nƣớc (Scanlon và nnk., 2002; Lerner và nnk., 1990). Ngoài ra, cách tính lƣợng bổ cập bằng sử dụng chất thỉ thị, mô hình số hay đƣợc áp dụng trong những năm gần đây (Scanlon và nnk., 2002; Lerner và nnk., 1990; Kinzelbach và nnk., 2002). Trong ba cách tính kể trên tùy thuộc vào đặc tính chứa nƣớc của tầng địa chất và vùng tính toán mà áp dụng các phƣơng pháp phù hợp. Ví dụ với các vùng ngập nƣớc (sông suối, hồ ao) thì lƣợng bổ cập đƣợc tính toán bằng phƣơng pháp lƣợng hóa thấm qua kênh dẫn; thí nghiệm thấm seepage; và phƣơng pháp tính dòng cơ bản ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 42 (baseflow). Đối với vùng không bão hòa nƣớc thì phƣơng pháp lysimeters thƣờng đƣợc sử dụng. Ở vùng bão hòa nƣớc thì phƣơng pháp tính đƣợc áp dụng tuân theo Định luật Darcy. Với mỗi phƣơng pháp kể trên đòi hỏi phải có các bộ số liệu tƣơng thích để tính toán lƣợng bổ cập cho nƣớc dƣới đất. Ví dụ khi sử dụng phƣơng pháp chất chỉ đồng vị thì chúng ta phải có các số liệu phân tích mẫu đồng vị nhƣ Oxy (O 18 ) và Hydro (H 3) của các tầng chứa nƣớc theo không gian và thời gian; khi sử dụng phƣơng pháp mô hình số đòi hỏi phải có các số liệu về điều kiện biên, trƣờng thấm. Nghiên cứu này sử dụng phƣơng pháp của Bindeman bằng việc nghiên cứu dao động mực nƣớc quan trắc trong lỗ khoan để tính toán lƣợng bổ cập cho nƣớc dƣới đất tầng qh vùng thành phố Hà Nội (Emmanuel Obuobie và nnk, 2012). Cơ sở lựa chọn phƣơng pháp này là do: (1) Có số liệu quan trắc liên tục nƣớc dƣới đất tầng chứa nƣớc qh và số liệu điều tra cơ bản đủ để áp dụng phƣơng pháp đƣợc lựa chọn (USGS, 2008); (2) Chi phí tính toán thấp, độ chính xác của tính toán đảm bảo độ tin cậy. 3. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH LƢỢNG BỔ CẬP BẰNG TÀI LIỆU QUAN TRẮC NƢỚC DƢỚI ĐẤT Phƣơng pháp xác định lƣợng bổ cập nƣớc dƣới đất từ tài liệu quan trắc “water-table fluctuation (WTF)” đƣợc nhiều tác giả trên thế giới lựa chọn khi đánh giá ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu tới nƣớc dƣới đất (Scanlon và nnk., 2002; Hall và Risser, 1993; Healy và Cook, 2002). Để sử dụng phƣơng pháp này đòi hỏi phải có các thông số về hệ số nhả nƣớc trọng lực (Sy) hay Muy (µ) và giá trị thay đổi mực nƣớc theo thời gian (Healy và Cook, 2002). Theo nhiều tác giả (Meinzer và Stearns 1929; Rasmussen và Vàreasen 1959; Gerhart 1986; và Hall và Risser 1993; Scanlon và nnk., 2002) đã nghiên cứu cho thấy đây là phƣơng pháp rất phù hợp khi tính toán lƣợng bổ cập của các tầng chứa nƣớc không áp trong điều kiện ảnh hƣởng bởi biến đổi khí hậu và bề mặt lát mái. Do đƣợc áp dụng từ rất sớm nên đã có nhiều kết quả và kiểm nghiệm, WTF đƣợc mô tả là phƣơng pháp rất phù hợp trong phân tích xác định lƣợng bổ cập theo chu kỳ ngắn (trận mƣa) và cả chu kỳ dài nhƣ ảnh hƣởng của BĐKH. WTF đã đƣợc ứng dụng thành công trong nhiều điều kiện khí hậu khác nhau. Lƣợng bổ cập xác định đƣợc bởi WTF có độ chính xác cao, xác định đƣợc lƣợng bổ cập rất nhỏ từ 5mm/năm (Abdulrazzak và nnk. 1989) đến giá trị lớn hơn 247mm/năm (Rasmussen và Vàreasen 1959). Giải thích về độ chính xác cao của phƣơng pháp là do lƣợng bổ cập đƣợc gắn với dao động mực nƣớc quan trắc, khi đó quá trình tăng giảm mực nƣớc theo thời gian sẽ đƣợc kiểm soát chặt chẽ nên cho kết quả tin cậy. Nội dung của phƣơng pháp này không đề cập chi tiết đến vận động của nƣớc trong đới thông khí và đới không bão hòa nƣớc. Giả thiết để áp dụng phƣơng pháp là dòng thấm từ bề mặt đất sẽ di chuyển đến mực nƣớc ngầm dƣới tác dụng của trọng lực. Các thành phần tham gia vào quá trình tăng giảm mực nƣớc, thay đổi thể tích chứa của tầng chứa nƣớc nhƣ các dòng thấm thẳng đứng hay dòng sát mặt đều đƣợc kiểm soát thông qua giá trị mực nƣớc (Scanlon và nnk., 2002; Healy và Cook, 2002). Với các đặc tính của phƣơng pháp đã nêu ở trên và hiện trạng điều tra, quan trắc tầng chứa nƣớc qh của thành phố Hà Nội đi đến nhận định việc lựa chọn phƣơng pháp WTF để tính toán lƣợng bổ cập đối với tầng chứa nƣớc qh vùng Hà Nội là hợp lý, vì thế kết quả sẽ có độ chính xác cao hơn các phƣơng pháp khác. Phƣơng trình tính toán lƣợng bổ cập tầng chứa nƣớc thông qua tăng giảm mực nƣớc quan trắc và hệ số nhả nƣớc trọng lực đƣợc biểu diễn nhƣ sau: R = µ x dh/dt = µ x Δh/Δt (1) Trong đó : R là lƣợng bổ cập (mm/ngày) µ Hệ số nhả nƣớc trọng lực (không thứ nguyên) Δh giá trị tăng giảm mực nƣớc theo thời gian và Δt là khoảng thời gian bổ cập Điều kiện để áp dụng phƣơng pháp này là: (1) sự tăng giảm của mực nƣớc ngầm trong tầng ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 43 chứa nƣớc phụ thuộc vào lƣợng bổ cập và lƣợng thoát tự nhiên; (2) giá trị hệ số nhả nƣớc trọng lực của tầng chứa nƣớc là không đổi trong suốt quá trình tăng giảm mực nƣớc của tầng chứa nƣớc; và (3) lƣợng bổ cập đƣợc xác định thông qua đƣờng mực nƣớc có quy luật giúp kết quả nội suy có độ tin cậy cao (Healy và Cook, 2002). Điều kiện giả thuyết trên không hoàn toàn đúng đối với tầng chứa nƣớc có khai thác nƣớc. Khi có khai thác thì việc áp dụng phƣơng pháp xác định lƣợng bổ cập thông qua mực nƣớc quan trắc có thể gặp sai số lớn, ở những trƣờng hợp này cần sử dụng thêm các phƣơng pháp bổ trợ. Xét các điều kiện ứng dụng nhƣ trên, tầng chứa nƣớc qh vùng Hà Nội hiện tại có rất ít khai thác nƣớc do biến động chất lƣợng nƣớc và vì vậy đáp ứng các tiêu chí để áp dụng phƣơng pháp tính toán này. 4. ĐẶC ĐIỂM VÙNG NGHIÊN CỨU Hà Nội nằm ở trung tâm vùng đồng bằng Bắc Bộ, có địa hình đồi núi ở rìa phía Tây; chuyển tiếp là những dải đồi có độ cao 200-250m chạy dài từ chân núi Ba Vì xuống đến Chƣơng Mỹ, rồi thấp dần với độ cao 25-150m ở ven rìa và xuống dƣới 10m ở vùng nội thành và các vùng phía đông, nam nơi tiếp giáp với tỉnh Hƣng Yên, Hà Nam. Cũng nhƣ các tỉnh khác ở miền Bắc, khí hậu ở Hà Nội mang tính chất nhiệt đới gió mùa với mùa đông lạnh, ít mƣa kéo dài từ tháng XI đến tháng III năm sau; mùa hè nóng, nhiều mƣa dông và bão, kéo dài từ khoảng tháng IV đến tháng X. Hàng năm ở Hà Nội có khoảng 1500- 1700 giờ nắng. Lƣợng mƣa năm ở vùng thấp dao động trong phạm vi từ 1500-2100mm và từ 1600-2600mm ở vùng núi cao Ba Vì. Mƣa tập trung trong thời gian mùa hè với tổng lƣợng mƣa chiếm đến 80-90% lƣợng mƣa cả năm. Độ ẩm tƣơng đối trung bình trong vùng khoảng 82-86%, ít có sự khác biệt rõ rệt giữa các vùng. Độ bốc hơi trung bình trên vùng là 945mm/năm. Theo Dovjicov A.E, Lê Thị Nghinh, Nguyễn Trọng Yêm, Trần Nghi, Trần Văn Trị, Vũ Ngọc Kỷ, Trần Minh, Nguyễn Văn Đản và các tài liệu điều tra mới nhất tỷ lệ 1:100.000 và 1:50.000 của NAWAPI thì tầng chứa nƣớc Holocen (qh) vùng Hà Nội có diện phân bố rộng khắp phần diện tích phía nam và toàn bộ phần trung tâm thành phố (2017km2). Có một phần diện tích phía Bắc thuộc huyện Sóc Sơn và phía tây bắc (huyện Ba Vì) và một phần nhỏ thuộc các huyện Thạch Thất, Quốc Oai, Chƣơng Mỹ không có tầng qh. Ở các vùng này, đá gốc nứt nẻ có tuổi từ Triat (T2kl, T2nk), đến Jura (J1-2hc), Kreta (K1) và Neogen (N). Các trầm tích tạo nên tầng chứa nƣớc qh nhƣ thống kê trong Bảng 1 và Hình 1, trong đó các tập TB2_1 và TB1_1 là các thể địa chất chứa nƣớc. Bảng 1. Phân lớp thạch học địa tầng địa chất tầng chứa nƣớc Holocen vùng thành phố Hà Nội Thành tạo Lớp Thạch học H o lo ce n e Thái Bình 2 TB2_2 sét, bột sét màu nâu, nâu xám TB2_1 cát, cát sét lẫn cuội sỏi màu nâu, nâu xám Thái Bình 1 TB1_2 sét, bột sét lẫn ít cát, mùn thực vật, thấu kính than bùn mà xám nâu, xám đen TB1_1 Cát, cát sét lẫn cuội sỏi màu nâu, xám đen Hải Hƣng 1 HH3 sét bột lẫn ít cát màu nâu đen, tàn tích mùn thực vật, than bùn Hải Hƣng 2 HH2 sét, sét bột màu xám xanh, xám, xám phớt vàng lẫn ít kết vón oxit sắt, tàn tích thực vật thân cỏ Hải Hƣng 2 HH1 sét, sét bột, cát hạt mịn màu xám, màu sẫm, xám đen có lẫn di tích thực vật, than bùn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 44 Theo thể hiện trên Hình 1, bản đồ phân vùng tầng chứa nƣớc qh vùng thành phố Hà Nội thì phần lớn diện tích (1133km2, chiếm 56%) có lớp sét thuộc hệ tầng Thái Bình TB2_2 với thành phần sét, bột sét màu nâu, nâu xám phủ lên trên; phần diện tích không có lớp sét, hoặc xen kẹp (884 km2, chiếm 44%) phân bố dọc sông Hồng, sông Đuống, sông Đáy, thành phần chủ yếu là cát, cát sét lẫn cuội sỏi màu nâu, nâu xám thuộc tập TB2_1 và TB1_1 Hệ tầng Thái Bình (Bảng 1). Q §. t r - ê n g s a vÞ trÝ thµnh phè Hµ Néi trong n-íc viÖt nam Q § . h o µ n g s a Hµ Néi l µ TP.Hå chÝ minh p h n « m p ª n h t h ¸i l a n o c a m p u c h i a Km 0 7.5 15 Lç khoan quan tr¾c n-íc d-íi ®Êt ChØ DÉn PhÇn diÖn tÝch tÇng qh kh«ng cã líp sÐt phñ phÝa trªn PhÇn diÖn tÝch tÇng qh cã líp sÐt phñ phÝa trªn  I I TuyÕn mÆt c¾t III I I IIII IIIIII II II IIIII III I I IIII IIIIII II II IIIII §Ò ¸n: KÕ ho¹ch n©ng cao hiÖu qu¶ qu¶n lý, b¶o vÖ tµi nguyªn n-íc d-íi ®Êt thµnh phè Hµ Néi giai ®o¹n 2014-2020 trung t©m QH vµ §T tµi nguyªn n-íc quèc gia 8070 9030 54 64 34 44 00 4 0 ' o 1 0 5 3 0 ' 1 0 5 4 0 ' 1 0 5 5 0 ' 2 0 5 0 ' o2 0 o 1 0 6 0 0 'o o o2 1 2 0 ' 6 o 2 1 0 0 ' o2 1 1 0 ' 2 1 2 0 ' 1 0 6 0 0 ' 5 0 ' oo o o 2 0 4 0 ' o2 0 1 0 5 2 0 ' 1 0 ' o o2 1 0 0 ' 2 1 1 0 5 2 0 'o o o o1 0 5 4 0 ' 1 0 5 5 0 '1 0 5 3 0 ' N¨m 2014 o 14 24 04 94 00 74 84 6 22 Bé tµi nguyªn vµ m«i tr-êng1c m trªn b¶n ®å b»ng 1.000m ngoµi thùc tÕ 9080 4000 Tû lÖ 1:100.000 20003000 70 10000m1000 ViÖn khoa häc ®Þa chÊt tµi nguyªn liªn bang (BGR) ®¬n vÞ chñ tr× 605 22 5030 40 84 94 04 14 74 23 5 23 60 64 40 50 34 44 54 24 B¶n ®å ph©n bè tÇng chøa n-íc holocen thµn h phè hµ n éi                                                                  b ¾ c n i n h q. l o n g b i ª n g i a l © m H µ n a m p h ó x u y ª n H - n g y ª n t h a n h t r × t h - ê n g t Ý n q. h o µ n g m a i b ¾ c g i a n g t h ¸i n g u y ª n s ã c s ¬ n ® « n g A n h q. t © y h å q. cÇu giÊy m ü ® ø c ø n g h ß A Q . H µ ® ¤ N G t h a n h o a i h o µ i ® ø c ®an ph-îng t õ l i ª m M ª L i n h p h ó c t h ä c h - ¬ n g m ü q u è c o a i v Ü n h p h ó c t h ¹ c h t h Ê t TX. s¬n t©y H ß a b × n h p h ó t h ä b a v × P66A P65A P60A P55A P58A P54A P59A P61A P45A P50A P1A P9A P17A P52 P38A P73a P72A P67a P21A P13A P80a P77a Q60a Q173 Q56 Q58a Q35 Q33a Q15 Q66bQ75a Q69a Hình 1. Bản đồ phân bố tầng chứa nước qh vùng thành phố Hà Nội 5. TÀI LIỆU QUAN TRẮC Mạng quan trắc tài nguyên nƣớc dƣới đất thành phố Hà Nội là một phần của mạng quan trắc quốc gia TNN vùng đồng bằng Bắc Bộ. Mạng có 37 điểm với 68 công trình quan trắc (mỗi điểm có từ 1 đến 3 công trình quan trắc). Trong đó quan trắc tầng chứa nƣớc Pleistocen (qp) có 33 công trình, tầng chứa nƣớc qh có 27 công trình và 6 công trình quan trắc tầng chứa nƣớc Neogen (n), Hình 2[9]. Các tài liệu quan trắc từ năm 2012 đến 2014 ở các công trình quan trắc tầng qh đƣợc sử dụng để phân tích và sử dụng trong nghiên cứu này. Các tài liệu quan trắc nƣớc mặt, nƣớc mƣa đƣợc thu thập từ các trạm quan trắc nƣớc mặt tại sông Hồng (SH1), sông Đáy (SĐ1, SĐ2), sông Cà Lồ (CL1) và trạm Láng, Ba Vì và Sơn Tây. 23 48 54 60 42 30 18 24 00 88 94 06 82 76 12 36 6 22 0290 96 By. TriÖu §øc Huy 72 68478 90 96 02 78 8472 6630 5 22 5 23 48 66 48 54 54 60 6030 42 60 42 48 54 12 36 36 42 36 88 30 76 94 18 24 00 06 82 Ranh giíi tØnh thµnh phè B¶n ®å bè trÝ c«ng tr×nh quan tr¾c quèc gia n-íc d-íi ®Êt thµnh phè hµ néi S«ng suèi chØ dÉn Ranh giíi huyÖn Giao th«ng chÝnh §iÓm quan tr¾c n-íc d-íi ®Êt §iÓm quan tr¾c n-íc mÆt Q.77(2). ( ).77(2)...77(2). ( ).77(2). Q.76..76...76..76. Q.175(3). ( ).175(3). ( ). ( ).175(3). ( ).175(3). ( ) Q.177(3). ( ).177(3). ( ). ( ).177 3. ( ).177 3. Q.176(2). ( ).176(2). ( ). ( ).176 2. ( ).176 2. Q.173..173...173..173. Mª Linh Phó Xuyªn HuyÖn Gia L©m Thanh Oai Phóc Thä øng Hßa Ch-¬ng Mü HuyÖn Sãc S¬n §an Ph-îng HuyÖn §«ng Anh Th-êng TÝn S¬n T©y Hoµi §øc HuyÖn Thanh Tr× Quèc Oai Th¹ch ThÊt Mü §øc Ba V× Q120(3)( )120(3)( )( )120 3( )120 3 Q121121121121 Q.15..15...15..15. Q.23a..23a...23a..23a. Q.3..3...3..3. Q.33(2). ( ).33(2)...33(2). ( ).33(2). Q.34a..34a...34a..34a. Q.35(2). ( ).35(2)...35(2). ( ).35(2). Q.55..55...55..55. Q.56..56...56..56. Q.57(2). ( ).57(2)...57(2). ( ).57(2). Q.58(2). ( ).58(2)...58(2). ( ).58(2). Q.59a..59a...59a..59a. Q.60(2). ( ).60(2)...60(2). ( ).60(2). Q.62(2). ( ).62(2). ( ). ( ).62 2. ( ).62 2. Q.63(2-1). ( - ).63(2-1)...63(2-1). ( - ).63(2-1). Q.64(2). ( ).64(2). ( ). ( ).64 2. ( ).64 2. Q.65(3). ( ).65(3)...65(3). ( ).65(3). Q.66(3). ( ).66(3). ( ). ( ).66 3. ( ).66 3. Q.67(2). ( ).67(2)...67(2). ( ).67(2). Q.68(3-1). ( - ).68(3-1)...68(3-1). ( - ).68(3-1). Q.69(2). ( ).69(2)...69(2). ( ).69(2). Q.75(2). ( ).75(2). ( ). ( ).75 2. ( ).75 2. SD1S 111 QSH1S 1S 1S 1 Q.68(3-1). ( - ).68(3-1)...68(3-1). ( - ).68(3-1). Q.66(3). ( ).66(3)...66(3). ( ).66(3).66 366 366 366 3 Hình 2. Sơ đồ vị trí các công trình quan trắc nước dưới đất vùng thành phố Hà Nội 6. GIÁ TRỊ HỆ SỐ NHẢ NƢỚC TRỌNG LỰC Do tầng chứa nƣớc qh không phải là tầng chứa nƣớc chính và cũng ít khai thác nên có ít số liệu thăm dò, nghiên cứu. Để phục vụ cho tính toán trong nghiên cứu này, các tác giả đã tổng hợp các kết quả điều tra của 12 đề án dự án điều tra vùng Hà Nội cũ và mới và tập hợp đƣợc 22 bộ thông số thí nghiệm của tầng này phân bố rộng khắp thành phố Hà Nội, xem Hình 3. Giá trị hệ số nhả nƣớc trọng lực () đƣợc thống kê có dao động từ 0.003 (LK56c) đến 0.1 (SĐ1), chi tiết xem Bảng 2. Trên cơ sở bộ thông số này các tác giả sử dụng phần mềm Surfer 9.0 nội suy phân vùng đẳng hệ số thấm nhƣ nêu trong Hình 3. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 45 Bảng 2. Tổng hợp giá trị hệ số nhả nƣớc trọng lực tầng chứa nƣớc qh vùng thành phố Hà Nội STT Lỗ Khoan Tầng hút nƣớc thí nghiệm Độ cao Z (m) Thông số Địa chất thủy văn Km m 2 /ngày K m/ngày Hệ số nhả nƣớc µ Nguồn số liệu 1 TD6 qh2 8.46 849.0 59.4 0.042 Dự án thăm dò tỉ mỉ nƣớc dƣới đất khu vực Hà Nội mở rộng 2 TD7 KK qh2 8.45 790.0 0.031 nt 3 SÐ1 qh2 6.03 363.0 0.104 nt 4 SĐ2 qh2 3.40 342.0 0.090 nt 5 LK56c qh2 4.55 92.0 2.5 0.082 Báo cáo thăm dò tì mỉ vùng Hà Nội 6 LK9BHDG qh2 4.73 288.0 69.0 0.003 nt 7 ND12-C qh2 571.0 0.004 Báo cáo khai thác nƣớc dƣới đất nhà máy Nam Dƣ 8 TC7-3B qh2+qh1 10.65 775.0 0.010 NMNS Thƣợng Cát 9 TC12-B qh2+qh2 12.15 633.0 0.010 nt 10 LK103 qh1 3.53 330.0 17.1 0.021 Tìm kiếm nƣớc dƣới đất vùng Phú Xuyên - Hà Tây 11 LK114 qh1 5.59 210.0 12.2 0.090 nt 12 LK119A qh1 4.20 260.0 12.6 0.071 nt 13 LK125 qh1 2.90 171.0 6.1 0.015 nt 14 LK132 qh1 3.32 140.0 4.6 0.021 nt 15 LK72 qh1 9.48 357.0 0.060 Tìm kiếm nƣớc dƣới đất vùng Xuân Mai-Lƣơng Sơn 16 LK11 qh1 17.39 5.0 0.1 0.020 Thăm dò sơ bộ nƣớc dƣới đất vùng Sơn Tây-Hà Nội 17 LK17 qh1 9.34 2.0 0.2 0.010 nt 18 LK26 qh1 10.52 2.0 0.0 0.010 nt 19 SN 2 qh1 4.00 370.0 0.010 Thăm dò tỉ mỉ nƣớc dƣới đất khu vực Hà Nội mở rộng 20 LK.GL5 B qh1 9.82 1788.0 0.090 Báo cáo thăm dò ndđ vùng Gia Lâm-Sài Đồng 21 LK.SĐ1B qh1 5.28 506.0 0.030 nt 22 LK8bHDi qh1 6.30 138.0 9.0 0.030 Báo cáo thăm dò tì mỉ vùng Hà Nội ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 46 7. TÍNH BIÊN ĐỘ DAO ĐỘNG MỰC NƢỚC ∆H 7.5 15 Lç khoan thÝ nghiÖm Th-íc tØ lÖ PhÇn diÖn tÝch tÇng qh kh«ng cã líp sÐt phñ phÝa trªn PhÇn diÖn tÝch tÇng qh cã líp sÐt phñ phÝa trªn 0 Km ChØ DÉn 0.01 0.02.0.02..0.02.0.02. 0.03 0.03 0.01 0.06 0.02.0.02..0.02.0.02. 0.01 0.05 0.07 0.08 0.07 0.02.0.02..0.02.0.02. 0.02.0.02..0.02.0.02. 0.04 0.05 0.08 0.03 0.04 0.01 54 64 34 44 00 23 8070 90305 23 60 64 40 50 34 44 54 4 0 ' o 1 0 5 3 0 ' 1 0 5 4 0 ' 1 0 5 5 0 ' 2 0 5 0 ' o2 0o 1 0 6 0 0 'o o o2 1 2 0 ' 6 o 2 1 0 0 ' o2 1 1 0 ' 2 1 2 0 ' 1 0 6 0 0 ' 5 0 ' oo o o 2 0 4 0 ' o2 0 1 0 5 2 0 ' 1 0 ' o o2 1 0 0 ' thµn h phè hµ n éi B¶n ®å ®¼ng hÖ sè nh¶ n-íc träng lùc 2 1 1 0 5 2 0 'o o o o1 0 5 4 0 ' 1 0 5 5 0 '1 0 5 3 0 ' o 14 24 04 94 00 74 84 6 22 908070605 22 5030 40 84 94 04 14 74 N¨m 2014 24 q. l o n g b i ª n g i a l © m t h a n h t r × q. h o µ n g m a i H - n g y ª n t h - ê n g t Ý n t h ¸i n g u y ª n s ã c s ¬ n b ¾ c g i a n g H µ n a m ® « n g A n h b ¾ c n i n hM ª L i n h ø n g h ß A p h ó x u y ª n m ü ® ø c q. t © y h å q. cÇu giÊy Q . H µ ® ¤ N G t h a n h o a i h o µ i ® ø c c h - ¬ n g m ü ®an ph-îng t õ l i ª m p h ó c t h ä q u è c o a i t h ¹ c h t h Ê t TX. s¬n t©y v Ü n h p h ó c b a v × H ß a b × n h p h ó t h ä TD6 TD7 KK SÐ1 SD 2 LK56cc LK9BHDG TC7-3B(hút chùm)- ( t c )- ( t )- ( t ) LK103 LK114 LK119A LK125 LK132 LK11 LK26 LK.GL5B... Hình 3. Sơ đồ đẳng hệ số nhả nước trọng lực tầng chứa nước qh vùng Hà Nội Giá trị biên độ dao dộng mực nƣớc đƣợc tính toán bằng phƣơng pháp đồ thị (Hình 4). Trong nghiên cứu này, từ kết quả quan trắc mực nƣớc theo thời gian của 26 lỗ khoan quan trắc (Bảng 3). Kết quả chỉnh lý số liệu cho thấy mực nƣớc dao động của 22 lỗ khoan quan trắc đủ điều kiện tính toán, 4 lỗ khoan quan trắc còn lại có mực nƣớc dao động nhỏ hoặc không thay đổi (Hình 5) nên không đƣợc đƣa vào tính toán xác định ∆h. 8. KẾT QUẢ TÍNH LƢỢNG BỔ CẬP Phƣơng pháp WTF đƣợc lựa chọn để tính lƣợng bổ cập nƣớc dƣới đất tầng qh. Lƣợng bổ cập là tích số của hệ số nhả nƣớc trọng lực với hiệu số giữa biến đổi mực nƣớc theo thời gian. Hình 4. Tính giá trị dao động mực nước bằng phương pháp đồ thị tại điểm Q175, Q120 Hình 5. Các vị trí không tính được dao động mực nước bằng phương pháp đồ thị ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 47 Bảng 3. Kết quả xác đinh lƣợng bổ cập cho nƣớc dƣới đất tầng Holocen năm 2013 và 2014 vùng thành phố Hà Nội TT Số hiệu công trình quan trắc Xã Huyện Năm 2013 -Δt (ngày); ΔH (m) Năm 2014 -Δt (ngày); ΔH (m) Thạch học chính Lƣợng bổ cập (R) năm 2013 (mm/ năm) So sánh % lƣợng bổ cập và lƣợng mƣa 2013 Lƣợng bổ cập (R) năm 2014 (mm/ năm) So sánh % lƣợng bổ cập và lƣợng mƣa 2014 Δt ΔH Δt ΔH 1 Q.120 Trâu Quỳ Gia Lâm 142 2.57 220 1.75 Sét 198.18 9.90 87.10 6.31 2 Q.175 Phú Minh Phú Xuyên 194 2.48 110 2.77 Cát sét 139.98 6.99 275.74 19.98 3 Q.177 Tân Dân Phú Xuyên 215 3.75 235 3.61 Cát 190.99 9.54 168.21 12.19 4 Q.32 M1 Đông Hải Đông Anh 203 6.94 199 6.87 Cát sét 374.35 18.70 378.02 27.39 5 Q.33 Mai Lâm Đông Anh 162 4.18 99 2.13 Sét 188.36 9.41 157.06 11.38 6 Q.55 M1 Liên Trung Đan Phƣợng 170 6.02 234 8.11 Cát 129.25 6.46 126.50 9.17 7 Q.56 Thọ An Đan Phƣợng 151 4.81 188 4.60 Cát 465.07 23.23 357.23 25.89 8 Q.57 Tân Lập Đan Phƣợng 170 3.03 224 3.67 Sét 195.17 9.75 179.40 13.00 9 Q.58 Sơn Đồng Hoài Đức 181 0.46 202 0.49 Sét 64.93 3.24 61.98 4.49 10 Q.59a Vân Côn Hoài Đức 240 3.40 220 2.73 Cát 413.67 20.66 362.35 26.26 11 Q.60 An Thƣợng Hoài Đức 82 1.56 80 1.18 Cát 555.51 27.75 430.70 31.21 12 Q.64 P. Kim Liên Q. Đống Đa 109 1.22 159 1.19 Sét 163.41 8.16 109.27 7.92 13 Q.65 P. Hoàng Liệt Q.Hoàng Mai Cát 14 Q.65a P. Hoàng Liệt Q.Hoàng Mai 169 0.72 128 0.60 Cát sét 77.75 3.88 85.55 6.20 15 Q.66 Ngũ Hiệp Thanh Trì 164 2.57 244 3.08 Cát sét 114.40 5.71 92.15 6.68 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 48 TT Số hiệu công trình quan trắc Xã Huyện Năm 2013 -Δt (ngày); ΔH (m) Năm 2014 -Δt (ngày); ΔH (m) Thạch học chính Lƣợng bổ cập (R) năm 2013 (mm/ năm) So sánh % lƣợng bổ cập và lƣợng mƣa 2013 Lƣợng bổ cập (R) năm 2014 (mm/ năm) So sánh % lƣợng bổ cập và lƣợng mƣa 2014 Δt ΔH Δt ΔH 16 Q.67 P.Tứ Liên Q. Tây Hồ 102 6.80 159 5.57 Cát 973.33 48.62 511.46 37.06 17 Q.69 Phú Lãm TX Hà Đông 141 1.29 Sét 0.00 100.12 7.25 18 Q.75 Đông Mai Thanh Oai 175 5.05 226 4.10 Cát 526.64 26.31 331.08 23.99 19 QIII-1 Thọ An Đan Phƣợng 146 5.00 Cát 250.00 12.49 20 QIII-2 Thọ An Đan Phƣợng 127 5.05 Sét 290.28 14.50 21 QIII-3 Thọ An Đan Phƣợng 146 4.68 Sét 234.00 11.69 22 QIII-4 Thọ An Đan Phƣợng 124 5.73 Sét 337.33 16.85 23 QTIV- 1M1 Liên Trung Đan Phƣợng 138 0.42 178 0.50 Sét 22.22 1.11 20.51 1.49 24 QTIV- 2M1 Liên Trung Đan Phƣợng 193 0.97 160 0.75 Sét 36.69 1.83 34.22 2.48 25 QTIV- 3M1 Tân Lập Đan Phƣợng 194 0.86 197 0.93 Sét 48.54 2.42 51.69 3.75 26 QTIV- 4M1 Tân Lập Đan Phƣợng 147 0.75 267 0.73 Sét 55.87 2.79 29.94 2.17 Lƣợng bổ cập tính cho 22 điểm quan trắc năm 2013 dao động từ 22.22mm/năm (QTIV- 1M1 ở Liên Trung, Đan Phƣợng, chiếm 1.1% lƣợng mƣa) đến 973.33mm/năm (Q67 phƣờng Tứ Liên, quận Tây Hồ, chiếm 48.62% lƣợng mƣa). Lƣợng bổ cập năm 2014 nhỏ hơn năm 2013 do lƣợng mƣa giảm. Các vị trí có lƣợng bổ cập cao nhƣ các điểm ở Đông Hải, huyện Đông Anh; Thọ An, huyện Đan Phƣợng; Vân Côn và An Phƣợng huyện Hoài Đức; Tứ Liên, quận Tây Hồ; Đông Mai, huyện Thanh Oai đều là các điểm mà tầng chứa nƣớc qh vắng lớp sét phủ phía trên. Các vùng không có lớp sét phía trên là các vùng có lƣợng bổ cập thấp nhƣ ở Liên Trung, Tân Lập và một số điểm thuộc xã Thọ An huyện Đan Phƣợng; phƣờng Hoàng Liệt, quận Hoàng Mai; Sơn Đồng, huyện Hoài Đức; Tân Dân, huyện Phú Xuyên. Các giá trị bổ cập trong hai năm tính toán 2013 và 2014 biến đổi tƣơng ứng với tổng lƣợng mƣa cho thấy lƣợng bổ cập thay đổi một phần do biến đổi lƣợng mƣa. So sánh giá trị lƣợng bổ cập tính toán đƣợc với các tính toán tƣơng đối trƣớc đây thƣờng lấy lƣợng bổ cập biến đổi từ 15% đến ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 49 30% lƣợng mƣa trên tất cả bề mặt thì thấy rằng lƣợng bổ cập tính theo phƣơng pháp này cho kết quả chi tiết hơn và có cơ sở khoa học tốt hơn. Giá trị tính toán lƣợng bổ cập tại các vùng bị phủ rất nhỏ và trên thực tế các vùng có lớp sét phủ đa số trùng với vùng dân cƣ, đô thị và có lớp lát kiên cố phía trên. 9. KẾT LUẬN Bằng việc áp dụng phƣơng pháp tính lƣợng bổ cập nƣớc dƣới đất tầng Holocen vùng Hà Nội từ tài liệu quan trắc (WTF) đã xác định đƣợc lƣợng bổ cập biến đổi từ 1.1% đến 48.62% lƣợng mƣa. Vùng đƣợc xác định có lƣợng bổ cập lớn R>100 mm/ năm đều tập trung ở nơi tầng chứa nƣớc qh không có lớp sét phủ phía trên; các vùng có lớp sét hoặc trầm tích hỗn hợp cát sét phủ phía trên thì lƣợng bổ cập giảm đáng kể chỉ chiếm từ 1% đến dƣới 20% lƣợng mƣa. Trên cơ sở tài liệu điều tra ĐCTV mới của NDWRPI cho thấy vùng nội thành Hà Nội và các vùng bao nơi tập trung dân cƣ và có bề mặt lát mái kiên cố đa số là vùng có lớp sét phủ tầng qh và cũng là nơi có lƣợng bổ cập nhỏ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, sự ảnh hƣởng của Biến đổi khí hậu làm thay đổi lƣợng mƣa sẽ ảnh hƣởng tới lƣợng bổ cập cho tầng chứa nƣớc qh vùng thành phố Hà Nội. Kết quả này có độ chính xác cao do đƣợc tính thông qua mực nƣớc quan trắc; là cơ sở tin cậy cho thiết lập điều kiện biên các mô hình dòng ngầm vùng nghiên cứu. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Minh và nnk, Báo cáo thăm dò tỉ mỉ NDĐ vùng Hà Nội mở rộng. Lƣu trữ Địa chất, Hà Nội, 1993. 226 trang. 2. Trần Minh và Phạm Tƣờng Vi, Báo cáo lập bản đồ ĐCTV, ĐCCT 1:50.000 thành phố Hà Nội. 1993: Lƣu trữ Địa chất. 283 trang. 3. Tống Ngọc Thanh và nnk, Báo cáo đánh giá nguồn nƣớc dƣới đất vùng thành phố Hà Nội, lƣu trữ Liên đoàn Địa chất thuỷ văn-Địa chất Công trình miền Bắc. 1999-2004: Hanoi. 158 trang. 4. Nguyễn Văn Đản và nnk, Nƣớc dƣới đất các đồng bằng ven biển Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và triển vọng cung cấp nƣớc. Tạp chí Cấp thoát nƣớc số 1 và 2, 2002. 5. Đặng Hữu Ơn, Đánh giá mức độ suy thoái giếng khai thác NDĐ khu vực Hà Nội. Tuyển tập các công trình khoa học tập 26, 1997 (Trƣờng Đại học Mỏ - Địa Chất. Hà Nội): trang. 8-12. 6. Phạm Quý Nhân, Những thành phần cơ bản tham gia vào cân bằng nƣớc tầng chứa nƣớc Pleistocene (Qa) vùng Hà Nội. Tuyển tập các công trình khoa học ĐCTV 1967- 1992. Trƣờng Đại học Mỏ Địa chất, , 1992, Trang 189-192. 7. Đặng Hữu Ơn, Phƣơng pháp dự báo động thái NDĐ, Bài giảng sau đại học. 1998, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất, 60 trang. 8. Đặng Đình Phúc, Một số vấn đề về tính toán mực nƣớc hạ thấp dự báo bằng phƣơng pháp giải tích và tính toán thông số ĐCTV, in Hội thảo khoa học tài nguyên nƣớc ngầm lãnh thổ Việt Nam hiện trạng khai thác phƣơng hƣớng sử dụng hợp lý ở các tỉnh phía nam. 2002, Hội địa chất Việt Nam: TP Hồ Chí Minh. Trang 55-59. 9. Nguyễn văn Đản và nnk, Báo cáo tổng thể quan trắc quốc gia động thái NDĐ. 2000: Lƣu trữ địa chất, Hà Nội. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 50 Người phản biện: TS. LÊ HUY HOÀNG