Luận án Xác định vai trò của sông Hồng và đá gốc đối với lượng bổ cập cho nước dưới đất trong trầm tích đệ tứ phần Tây Nam Thành phố Hà Nội

Nội dung text: Luận án Xác định vai trò của sông Hồng và đá gốc đối với lượng bổ cập cho nước dưới đất trong trầm tích đệ tứ phần Tây Nam Thành phố Hà Nội

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRIỆU ĐỨC HUY XÁC ĐỊNH VAI TRÒ CỦA SÔNG HỒNG VÀ ĐÁ GỐC ĐỐI VỚI LƯỢNG BỔ CẬP CHO NƯỚC DƯỚI ĐẤT TRONG TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ PHẦN TÂY NAM THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT Hà Nội - Năm 2021
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRIỆU ĐỨC HUY XÁC ĐỊNH VAI TRÒ CỦA SÔNG HỒNG VÀ ĐÁ GỐC ĐỐI VỚI LƯỢNG BỔ CẬP CHO NƯỚC DƯỚI ĐẤT TRONG TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ PHẦN TÂY NAM THÀNH PHỐ HÀ NỘI Ngành: Kỹ thuật địa chất Mã số: 9520501 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS NGUYỄN VĂN LÂM 2. TS TỐNG NGỌC THANH Hà Nội - Năm 2021
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Luận án Triệu Đức Huy
4. i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH VẼ vi MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của luận án 1 2. Mục đích của luận án 2 3. Nhiệm vụ của luận án 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án 2 5. Nội dung nghiên cứu 3 6. Phương pháp nghiên cứu 3 7. Luận điểm bảo vệ 6 8. Những điểm mới của luận án 6 9. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 7 10. Cơ sở tài liệu của luận án 7 11. Cấu trúc của luận án 8 12. Lời cảm ơn 8 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH LƯỢNG BỔ CẬP CHO NƯỚC DƯỚI ĐẤT TỪ BIÊN 10 1.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu 10 1.1.1. Vị trí địa lý 10 1.1.2. Khái quát đặc điểm địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu 11 1.2. Tổng quan nghiên cứu xác định lượng bổ cập cho nước dưới đất từ biên 17 1.2.1. Các nghiên cứu trên thế giới 18 1.2.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam và vùng nghiên cứu 23 CHƯƠNG 2. XÁC ĐỊNH VÀ PHÂN LOẠI ĐIỀU KIỆN BIÊN SÔNG HỒNG KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI 26
5. ii 2.1. Cơ sở khoa học 26 2.1.1. Phân loại điều kiện biên 26 2.1.2. Xác định giá trị các thông số trên biên 28 2.2. Cơ sở thực tiễn 37 2.2.1. Phân loại điều kiện biên sông Hồng 37 2.2.2. Xác định giá trị các thông số trên biên sông Hồng 40 2.3. Kết quả và thảo luận 40 2.3.1. Phân loại điều kiện biên sông Hồng 40 2.3.2. Xác định giá trị thông số trên biên sông Hồng 48 2.4. Đặc điểm của điều kiện biên sông Hồng khu vực nghiên cứu 66 2.4.1. Mức độ tương quan mực nước giữa nước dưới đất với nước sông 66 2.4.2. Đặc trưng động thái nước dưới đất khu vực ven sông 73 CHƯƠNG 3. XÁC ĐỊNH VÀ PHÂN LOẠI ĐIỀU KIỆN BIÊN ĐÁ GỐC PHÍA TÂY NAM THÀNH PHỐ HÀ NỘI 79 3.1. Cơ sở khoa học 79 3.1.1. Phân loại điều kiện biên đá gốc 79 3.1.2. Xác định giá trị các thông số trên biên đá gốc phía Tây Nam 80 3.2. Cơ sở thực tiễn 86 3.2.1. Phân chia cấu trúc địa chất thủy văn khu vực ven rìa Tây Nam 86 3.2.2. Xác định giá trị các thông số trên biên đá gốc phía Tây Nam 88 3.3. Kết quả và thảo luận 89 3.3.1. Phân loại điều kiện biên đá gốc phía Tây Nam 89 3.3.2. Xác định giá trị thông số trên biên đá gốc phía Tây Nam 94 CHƯƠNG 4. VAI TRÒ CỦA SÔNG HỒNG VÀ ĐÁ GỐC ĐỐI VỚI LƯỢNG BỔ CẬP CHO NƯỚC DƯỚI ĐẤT TRONG TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ VÙNG PHÍA NAM THÀNH PHỐ HÀ NỘI 110 4.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn 110 4.1.1. Cơ sở khoa học 110 4.1.2. Cơ sở thực tiễn 111
6. iii 4.2. Xây dựng mô hình xác định vai trò của sông Hồng và đá gốc đối với lượng bổ cập cho NDĐ trong trầm tích Đệ tứ 112 4.2.1. Giới hạn mô hình và phân lớp 112 4.2.2. Thông số đầu vào mô hình 115 4.2.3. Kết quả chỉnh lý mô hình 119 4.3. Kết quả xác định vai trò của biên sông Hồng và biên đá gốc đối với lượng bổ cập cho nước dưới đất 120 4.3.1. Lượng bổ cập cho NDĐ trong trầm tích Đệ tứ từ biên sông Hồng 122 4.3.2. Lượng bổ cập cho nước dưới đất trong trầm tích Đệ tứ phía Tây Nam thành phố Hà Nội từ biên đá gốc 135 CHƯƠNG 5. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KHAI THÁC, SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT 138 5.1. Cơ sở đề xuất phương án khai thác 138 5.2. Đề xuất phương án khai thác, sử dụng hợp lý nguồn nước dưới đất 140 5.2.1. Kết quả phương án 1 140 5.2.2. Kết quả phương án 2 141 5.2.3. Kết quả phương án 3 144 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 149 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 151 TÀI LIỆU THAM KHẢO 153 PHỤ LỤC 162
7. iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ĐCTV Địa chất thủy văn GHB General head boundary (biên tổng hợp) HSTQ Hệ số tương quan KT Khai thác LK Lỗ khoan LKQT Lỗ khoan quan trắc MN Mực nước NCS Nghiên cứu sinh NDĐ Nước dưới đất NMN Nhà máy nước TCN Tầng chứa nước TSBĐ Tỷ số biên độ
8. v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Tổng hợp thông số ĐCTV các tầng chứa nước khu vực nghiên cứu 11 Bảng 2.1. Mặt cắt ĐCTV đầy đủ khu vực ven sông Hồng 41 Bảng 2.2. Tổng hợp kết quả phân vùng cấu trúc sông Hồng khu vực nghiên cứu 44 Bảng 2.3. Tổng hợp đặc điểm sông Hồng và cấu trúc địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu 46 Bảng 2.4. Kết quả xác định các thông số trên biên sông Hồng khu vực nghiên cứu 57 Bảng 2.5. Tổng hợp kết quả xác định giá trị ∆L trên biên hữu ngạn sông Hồng theo 4 phương pháp và giá trị trung bình 63 Bảng 3.1. Kết quả phân loại điều kiện biên phía Tây Nam thành phố Hà Nội 93 Bảng 3.2. Tổng hợp kết quả xác định giá trị lưu lượng cấp, thoát qua biên phía Tây Nam thành phố Hà Nội 108 Bảng 4.1. Tổng hợp thông số ĐCTV các lớp khu vực nghiên cứu 116 Bảng 4.2. Tổng hợp hiện trạng khai thác nước dưới đất khu vực nghiên cứu 117 Bảng 4.3. Tổng hợp số hiệu Zone Budget đối với các TCN trong mô hình dòng chảy 121 Bảng 4.4. Tổng hợp kết quả xác định lượng bổ cập cho NDĐ trong TCN qh và qp trên vùng 1 từ biên sông Hồng 123 Bảng 4.5. Tổng hợp kết quả xác định lượng bổ cập cho nước dưới đất trong TCN qh và qp trên vùng 2 từ biên sông Hồng 124 Bảng 4.6. Tổng hợp kết quả xác định lượng bổ cập cho NDĐ trong TCN qh và qp trên vùng 3 từ biên sông Hồng 125 Bảng 4.7. Tổng hợp kết quả xác định lượng bổ cập cho NDĐ trong TCN qh và qp trên vùng 5 từ biên sông Hồng 126 Bảng 4.8. Tổng hợp kết quả xác định lượng bổ cập cho NDĐ trong TCN qh và qp trên vùng 6 từ biên sông Hồng 128 Bảng 4.9. Tổng hợp kết quả xác định lượng bổ cập cho NDĐ trong TCN qh và qp trên vùng 8 từ biên sông Hồng 129
9. vi Bảng 4.10. Tổng hợp kết quả xác định lượng bổ cập cho NDĐ trong TCN qh và qp trên vùng 4 từ biên sông Hồng 130 Bảng 4.11. Tổng hợp kết quả xác định lượng bổ cập cho NDĐ trong TCN qh và TCN qp trên vùng 7 từ biên sông Hồng 131 Bảng 4.12. Tổng hợp kết quả xác định lượng bổ cập cho nước dưới đất trong TCN qh và qp trên vùng 9 từ biên sông Hồng 132 Bảng 4.13. Tổng hợp lượng bổ cập cho nước dưới đất trong trầm tích Đệ tứ từ biên sông Hồng khu vực nghiên cứu 134 Bảng 4.14. Tổng hợp kết quả xác định lượng bổ cập cho NDĐ trong TCN qh và qp phía Tây Nam thành phố Hà Nội từ biên đá gốc 135 Bảng 5.1. Kết quả tính tính trữ lượng khai thác dự báo theo phương án 1 140 Bảng 5.2. Các bãi giếng ven sông bổ sung theo phương án 2 142 Bảng 5.3. Kết quả tính tính trữ lượng khai thác dự báo theo phương án 2 143 Bảng 5.4. Kết quả tính tính trữ lượng khai thác dự báo theo phương án 3 146 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu 10 Hình 1.2. Sơ đồ đẳng bề dày TCN qh 12 Hình 1.3. Sơ đồ ĐCTV TCN qh 12 Hình 1.4. Sơ đồ đẳng bề dày TCN qp2 14 Hình 1.5. Sơ đồ ĐCTV TCN qp2 14 Hình 1.6. Sơ đồ đẳng bề dày TCN qp1 15 Hình 1.7. Sơ đồ ĐCTV TCN qp1 15 Hình 1.8. Sơ đồ phân chia các đoạn biên trong mô hình NDĐ khu vực quận Pali, bang Rajasthan, Ấn Độ 22 Hình 1.9. Giá trị lưu lượng qua từng đoạn biên khu vực quận Pali, Ấn Độ 22 Hình 2.1. Sơ đồ phân bố vùng ven sông Hồng và vùng ven rìa đá gốc 27 Hình 2.2. Sơ đồ tính toán đối với trường hợp lỗ khoan trong TCN bán giới hạn: Biên có mực nước không đổi 30
10. vii Hình 2.3. Sơ đồ xác định sức cản tổng hợp của lòng sông 36 Hình 2.4. Sơ đồ vị trí tuyến mặt cắt ĐCTV vuông góc sông Hồng khu vực nghiên cứu 38 Hình 2.5. Mặt cắt ĐCTV dọc sông Hồng đoạn từ Ba Vì đến Phú Xuyên 39 Hình 2.6. Mặt cắt ĐCTV tuyến 54 42 Hình 2.7. Mặt cắt ĐCTV tuyến 45 42 Hình 2.8. Mặt cắt ĐCTV tuyến 65 (Hồng Hà - Đan Phượng) 42 Hình 2.9. Mặt cắt ĐCTV tuyến 118 43 Hình 2.10. Mặt cắt ĐCTV tuyến 103 43 Hình 2.11. Mặt cắt ĐCTV tuyến 75 (Liên Mạc - Bắc Từ Liêm) 43 Hình 2.12. Sơ đồ phân vùng cấu trúc sông Hồng khu vực nghiên cứu 45 Hình 2.13. Sơ đồ vị trí chùm lỗ khoan ven sông Hồng và ven rìa đá gốc [23] 49 Hình 2.14. Mặt cắt ĐCTV tại chùm lỗ khoan CHN1 51 Hình 2.15. Đồ thị biến thiên MN sông Hồng tại trạm Sơn Tây và lỗ khoan CHN1 52 Hình 2.16. Đồ thị dâng cao MN sông Hồng và mực NDĐ trong quá trình hút nước thí nghiệm chùm CHN1 52 Hình 2.17. Đồ thị biến thiên MN hạ thấp thực đo và tính toán tại giếng CHN1-2B 52 Hình 2.18. Đồ thị tương quan MN thực đo và tính toán tại giếng CHN1-2B 52 Hình 2.19. Mặt cắt ĐCTV tại chùm lỗ khoan CHN2 53 Hình 2.20. Đồ thị biến thiên mực nước hạ thấp tính toán và thực đo giếng CHN2-2B 54 Hình 2.21. Đồ thị tương quan gia tăng mực nước hạ thấp thực đo và tính toán giếng CHN2-2B 54 Hình 2.22. Đồ thị biến thiên MN hạ thấp tính toán và thực đo giếng CHN2-4B 54 Hình 2.23. Đồ thị tương quan gia tăng MN hạ thấp thực đo và tính toán giếng CHN2-4B 54 Hình 2.24. Đồ thị MN hạ thấp thực đo và tính toán giếng CHN2-2B 55 Hình 2.25. Đồ thị tương quan MN hạ thấp thực đo và tính toán giếng CHN2-2B 55
11. viii Hình 2.26. Sơ đồ giá trị sức cản trầm tích lòng sông trên biên sông Hồng đối với các tầng chứa nước khu vực nghiên cứu 62 Hình 2.27. Đồ thị biểu diễn mức độ tương quan giữa MN sông Hồng với NDĐ tại công trình quan trắc Q.173 68 Hình 2.28. Đồ thị biểu diễn mức độ tương quan giữa MN sông Hồng với NDĐ tại công trình quan trắc P.58a 68 Hình 2.29. Đồ thị biểu diễn mức độ tương quan giữa MN sông Hồng với NDĐ tại công trình quan trắc Q.11a 69 Hình 2.30. Đồ thị biểu diễn mức độ tương quan giữa MN sông Hồng với NDĐ tại công trình quan trắc Q.217 69 Hình 2.31. Đồ thị biểu diễn mức độ tương quan giữa MN sông Hồng với NDĐ tại công trình quan trắc P.46a 73 Hình 2.32. Đồ thị biểu diễn mức độ tương quan giữa MN sông Hồng với NDĐ tại công trình quan trắc P.83a 73 Hình 2.33. Đồ thị biểu diễn mức độ tương quan giữa MN sông Hồng với NDĐ tại công trình quan trắc P.1a 73 Hình 2.34. Đồ thị biểu diễn mức độ tương quan giữa MN sông Hồng với NDĐ tại công trình quan trắc Q.175a 73 Hình 2.35. Đồ thị dao động mực NDĐ giếng P.83a, P.67a và MN sông Hồng 74 Hình 2.36. Đồ thị dao động mực NDĐ giếng CHN5 và nước sông Hồng 74 Hình 2.37. Đồ thị dao động mực NDĐ và MN sông Hồng vùng động thái khí tượng 74 Hình 2.38. Đồ thị dao động mực NDĐ và MN sông Hồng vùng động thái phá hủy75 Hình 2.39. Mặt cắt mực nước dưới đất khu vực Đan Phượng 76 Hình 2.40. Đồ thị dao động mực nước dưới đất và nước sông khu vực Đan Phượng 76 Hình 2.41. Mặt cắt mực NDĐ khu vực Ba Đình 76 Hình 2.42. Đồ thị dao động mực NDĐ và nước sông khu vực Ba Đình 76
12. ix Hình 3.1. Sơ đồ minh họa mặt cắt ĐCTV trong vùng có TCN không đồng nhất bán vô hạn 81 Hình 3.2. Sơ đồ tính toán lỗ khoan trong TCN không đồng nhất bán vô hạn 81 Hình 3.3. Sơ đồ vị trí tuyến mặt cắt ĐCTV khu vực ven rìa Tây Nam TP Hà Nội . 87 Hình 3.4. Mặt cắt ĐCTV dọc biên đá gốc ven rìa Tây Nam thành phố Hà Nội 88 Hình 3.5. Đồ thị dao động mực nước TCN qp2 (Q.176) và TCN qp1 (Q.176a) khu vực Hòa Phú huyện Ứng Hòa 90 Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn mức độ tương quan giữa mực nước TCN qp2 (Q.176) và TCN qp1 (Q.176a) 90 Hình 3.7. Mặt cắt ĐCTV điển hình thuộc kiểu I 91 Hình 3.8. Mặt cắt ĐCTV điển hình thuộc kiểu II 91 Hình 3.9. Mặt cắt địa chất thủy văn điển hình thuộc kiểu III 92 Hình 3.10. Kết quả phân chia kiểu cấu trúc vùng ven rìa phía Tây Nam TP Hà Nội 94 Hình 3.11. Mặt cắt ĐCTV tại chùm lỗ khoan C1 95 Hình 3.12. Đồ thị MN hạ thấp tại các giếng quan sát trong cả hai TCN khi hút nước giếng C1-B TCN Pleistocen 96 Hình 3.13. Đồ thị MN hạ thấp tại các giếng quan sát trong cả hai TCN khi hút nước giếng C1-A TCN khe nứt – karst 96 Hình 3.14. Sơ đồ vị trí các tuyến mặt cắt tính toán lưu lượng cung cấp qua biên các tầng chứa nước vùng ven rìa Tây Nam thành phố Hà Nội 98 Hình 3.15. Đồ thị dao động mực nước dưới đất TCN qh trên tuyến T1A 99 Hình 3.16. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên TCN qh trung bình tháng khu vực từ Phúc Thọ đến Cao Viên huyện Chương Mỹ 99 Hình 3.17. Đồ thị dao động mực nước dưới đất TCN qp trên tuyến T1B 100 Hình 3.18. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên TCN qp trong năm 2016 trên tuyến T1B 100 Hình 3.19. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên TCN qp trung bình tháng giai đoạn 1995-2018 trên tuyến T1B 100
13. x Hình 3.20. Đồ thị dao động mực nước dưới đất TCN qp trên tuyến T2B 100 Hình 3.21. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên TCN qp trong năm 2016 trên tuyến T1B 101 Hình 3.22. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên TCN qp trung bình tháng giai đoạn 1995-2018 trên tuyến T2B 101 Hình 3.23. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên TCN qp trung bình tháng khu vực từ Phúc Thọ đến Cao Viên huyện Chương Mỹ 102 Hình 3.24. Đồ thị dao động MN dưới đất TCN đá gốc p2nv trên tuyến T1C 102 Hình 3.25. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên TCN đá gốc p2nv trong năm 2016 trên đoạn biên từ Phúc Thọ đến Cao Viên huyện Chương Mỹ 103 Hình 3.26. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên TCN đá gốc p2nv trung bình tháng khu vực từ Phúc Thọ đến Cao Viên huyện Chương Mỹ 103 Hình 3.27. Đồ thị dao động mực nước dưới đất tầng chứa nước qh trên tuyến T2A 103 Hình 3.28. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên tầng chứa nước qh trong năm 2016 trên tuyến T2A 103 Hình 3.29. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên TCN qh trung bình tháng khu vực từ Trường Thịnh đến Đội Bình huyện Ứng Hòa 105 Hình 3.30. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên TCN qp trung bình tháng khu vực từ Trường Thịnh đến Đội Bình huyện Ứng Hòa 105 Hình 3.31. Đồ thị dao động MN dưới đất TCN đá gốc t2đg trên tuyến T2C 105 Hình 3.32. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên TCN đá gốc t2đg trong năm 2016 trên tuyến T2C 105 Hình 3.33. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên TCN đá gốc t2đg trung bình tháng khu vực từ Trường Thịnh đến Đội Bình huyện Ứng Hòa 106 Hình 3.34. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên TCN qh trung bình tháng khu vực từ Cao Viên huyện Chương Mỹ đến Trường Thịnh huyện Ứng Hòa 107 Hình 3.35. Biến thiên lưu lượng cung cấp, thoát qua biên TCN qp trung bình tháng khu vực từ Cao Viên huyện Chương Mỹ đến Trường Thịnh huyện Ứng Hòa 107
14. xi Hình 4.1. Sơ đồ phạm vi xây dựng mô hình 113 Hình 4.2. Sơ đồ khối cấu trúc các lớp trong mô hình 114 Hình 4.3. Sơ đồ phân vùng bổ cập và biểu đồ lượng bổ cập cho NDĐ vùng nghiên cứu 115 Hình 4.4. Sơ đồ phân vùng hệ số thấm lớp 2 (TCN qh) 116 Hình 4.5. Sơ đồ phân vùng hệ số thấm lớp 4 (TCN qp) 116 Hình 4.6. Sơ đồ vị trí các giếng khai thác nước dưới đất khu vực nghiên cứu 117 Hình 4.7. Sơ đồ hóa điều kiện biên sông đối với các TCN khu vực nghiên cứu 118 Hình 4.8. Sơ đồ hóa điều kiện biên đối với TCN qp khu vực phía Tây Nam thành phố Hà Nội 119 Hình 4.9. Sơ đồ đẳng mực nước TCN qh thời điểm tháng 4/2017 120 Hình 4.10. Sơ đồ đẳng mực nước TCN qp thời điểm tháng 4/2017 120 Hình 4.11. Sơ đồ phân vùng cân bằng (Zone budget) 121 Hình 4.12. Đồ thị biểu diễn lưu lượng cung cấp, thoát ra sông Hồng của TCN qh và qp trên vùng 1 124 Hình 4.13. Đồ thị biểu diễn lưu lượng cung cấp, thoát ra sông Hồng của TCN qh và qp trên vùng 2 124 Hình 4.14. Đồ thị biểu diễn lưu lượng cung cấp, thoát ra sông Hồng của TCN qh và qp trên vùng 3 127 Hình 4.15. Đồ thị biểu diễn lưu lượng cung cấp, thoát ra sông Hồng của TCN qh và qp trên vùng 5 127 Hình 4.16. Đồ thị biểu diễn lưu lượng cung cấp, thoát ra sông Hồng của TCN qh và qp trên vùng 6 129 Hình 4.17. Đồ thị biểu diễn lưu lượng cung cấp, thoát ra sông Hồng của TCN qh và qp trên vùng 8 129 Hình 4.18. Đồ thị biểu diễn lưu lượng cung cấp, thoát ra sông Hồng của TCN qh và qp trên vùng 4 132 Hình 4.19. Đồ thị biểu diễn lưu lượng cung cấp, thoát ra sông Hồng của TCN qh và TCN qp trên vùng 7 132
15. xii Hình 4.20. Đồ thị biểu diễn lưu lượng cung cấp, thoát ra sông Hồng của TCN qh và qp trên vùng 9 133 Hình 4.21. Đồ thị biểu diễn lượng bổ cập từ sông Hồng cho NDĐ trong trầm tích Đệ tứ khu vực nghiên cứu 133 Hình 4.22. Đồ thị biểu diễn lưu lượng cung cấp, thoát ra biên phía Tây Nam vùng nghiên cứu của TCN qh và qp 136 Hình 5.1. Sơ đồ vị trí các giếng khai thác NDĐ theo phương án 1 141 Hình 5.2. Sơ đồ vị trí các giếng khai thác NDĐ theo phương án 2 144 Hình 5.3. Sơ đồ vị trí các giếng khai thác nước dưới đất theo phương án 3 147
16. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Nước dưới đất khu vực Hà Nội là nguồn cung cấp quan trọng cho ăn uống sinh hoạt, sản xuất của thủ đô và đã được khai thác từ cuối thế kỷ 19. Tuy nhiên, trữ lượng và chất lượng nguồn nước dưới đất khu vực Hà Nội hiện đang bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi quá trình và tốc độ đô thị hóa như: sự sụt giảm mực nước dưới đất gây, nhiễm bẩn, nhiễm mặn , sụt lún bề mặt đất do việc khai thác quá mức để đáp ứng được các nhu cầu phát triển của đô thị. Để giảm thiểu các tác động tiêu cực do khai thác nước dưới đất gây ra ở thành phố Hà Nội thì cần phải phát triển các nhà máy nước ven sông, bố trí sơ đồ khai thác nước dưới đất hợp lý để đảm bảo trữ lượng nước dưới đất trong quá trình khai thác do có sự bổ sung từ các biên sông Hồng và biên đá gốc phía Tây Nam. Một trong những vấn đề cốt lõi trong việc khai thác bền vững tài nguyên nước dưới đất là phải xác định được các nguồn bổ cập cho nước dưới đất. Do đó nghiên cứu làm rõ vai trò của biên sông Hồng và biên đá gốc phía Tây Nam để khai thác nước dưới đất ở thành phố Hà Nội ổn định là rất cần thiết. Công tác điều tra cơ bản và nghiên cứu khoa học về tài nguyên nước dưới đất khu vực thành phố Hà Nội đã được thực hiện từ những năm 70 của thế kỷ trước và đã nghiên cứu đánh giá về điều kiện hình thành trữ lượng nước dưới đất [4], [5], [6], [7], Vai trò của sông Hồng và biên đá gốc phía Tây Nam thành phố Hà Nội cũng đã được đề cập đến trong một số nghiên cứu [10], [13], [22], [23], [24], nhưng chưa có đầy đủ số liệu chứng minh một cách chi tiết và tin cậy. Biên đá gốc phía Tây Nam thường được lập luận và xác định với điều kiện biên lưu lượng không đổi, hầu hết coi là biên cách nước. Đối với biên sông Hồng, hầu hết các nghiên cứu cho rằng sông Hồng là biên có mực nước xác định nhưng không phân chia chi tiết các đoạn biên theo cấu trúc địa chất thủy văn. Bên cạnh đó, gần đây cũng có một số nghiên cứu tiếp cận hệ thống và tổng hợp nhằm quản lý bền vững hệ thống nước dưới đất khu vực Hà Nội, sử dụng mô hình toán để mô phỏng mối quan hệ mưa - dòng chảy - nước dưới đất, để đánh giá khả năng khai thác nước dưới đất ở khu vực Hà Nội [29]. Tuy nhiên việc luận giải và xác định vai trò của sông Hồng và biên đá gốc phía Tây Nam
17. 2 thành phố Hà Nội chưa được đề cập đến hoặc chưa đủ độ tin cậy. Vì vậy trong nghiên cứu này, tác giả sẽ phân chia chi tiết biên sông Hồng và biên đá gốc phía Tây Nam thành các đoạn biên, đồng thời xác định rõ vai trò của hai biên này đối lượng bổ cập cho nước dưới đất trong trầm tích Đệ tứ thành phố Hà Nội. 2. Mục đích của luận án - Xác định và phân loại được các kiểu điều kiện biên sông Hồng và biên đá gốc phần Tây Nam thành phố Hà Nội. - Xác định được vai trò của từng đoạn biên sông Hồng và biên đá gốc đối với lượng bổ cập cho NDĐ trong trầm tích Đệ tứ phần Tây Nam thành phố Hà Nội. - Đề xuất phương án khai thác, sử dụng hợp lý nguồn nước dưới đất đảm bảo phát triển bền vững tài nguyên nước dưới đất. 3. Nhiệm vụ của luận án - Nghiên cứu làm rõ được cấu trúc địa chất thủy văn, đặc điểm động thái nước dưới đất, mối quan hệ thủy lực khu vực sông Hồng và khu vực đá gốc phần Tây Nam làm cơ sở phân chia từng đoạn biên và kiểu điều kiện biên. - Nghiên cứu xác định giá trị trên từng đoạn biên sông Hồng đối với NDĐ trong trầm tích Đệ tứ và vai trò đối với lượng bổ cập cho NDĐ vùng nghiên cứu. - Nghiên cứu xác định giá trị trên từng đoạn biên giữa trầm tích trước Đệ tứ phần Tây Nam thành phố Hà Nội với các tầng chứa nước Đệ tứ và vai trò đối với lượng bổ cập cho nước dưới đất vùng nghiên cứu. - Đề xuất phương án khai thác, sử dụng hợp lý nguồn nước dưới đất cho thành phố Hà Nội. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án - Đối tượng nghiên cứu: Các tầng chứa nước trong trầm tích Đệ tứ bao gồm: Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Holocen (qh) và tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Pleistocen (qp). - Phạm vi nghiên cứu: Khu vực phía Nam thành phố Hà Nội. Trong đó: Biên sông Hồng giới hạn là vùng ven sông từ huyện Ba Vì đến huyện Phú Xuyên thành phố Hà Nội; Biên đá gốc phần Tây Nam thành phố Hà Nội giới hạn là ranh giới tiếp xúc giữa tầng chứa nước qh và tầng chứa nước qp với các tầng chứa nước khe nứt
18. 3 từ thị xã Sơn Tây đến huyện Mỹ Đức. 5. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu cấu trúc ĐCTV vùng ven sông Hồng để phân chia các kiểu điều kiện biên sông Hồng; xác lập quy luật biến thiên mực NDĐ vùng ven sông Hồng và mực nước sông Hồng phục vụ xác định giá trị các thông số trên từng đoạn biên có các kiểu quan hệ thủy lực giữa sông Hồng với các TCN trong trầm tích Đệ tứ. - Nghiên cứu cấu trúc địa chất thủy văn phía Tây Nam thành phố Hà Nội, thành phần thạch học, tính chứa nước, dẫn nước của đá gốc và các kiểu điều kiện tiếp xúc giữa đá gốc với các trầm tích Đệ tứ; xác định hệ số thấm của đá gốc và các trầm tích Đệ tứ; xác định các kiểu điều kiện biên. - Nghiên cứu quan hệ giữa nước dưới đất trong trầm tích Đệ tứ và đá gốc xác định giá trị các thông số trên biên đá gốc phía Tây Nam thành phố Hà Nội. - Xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất nghiên cứu xác định vai trò của từng đoạn biên sông Hồng và đá gốc đối với lượng bổ cập cho nước dưới đất trong trầm tích Đệ tứ phần Tây Nam thành phố Hà Nội. - Trên cơ sở phân loại và xác định vai trò của từng đoạn biên, đề xuất phương án khai thác, sử dụng hợp lý nước dưới đất cho thành phố Hà Nội. 6. Phương pháp nghiên cứu Để giải quyết các nội dung nghiên cứu ở trên, NCS đã sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu như sau: - Phương pháp thu thập, kế thừa và tổng hợp tài liệu: Thu thập các tài liệu, kết quả nghiên cứu trên thế giới và trong nước về phân loại điều kiện biên địa chất thủy văn, xác định giá trị các thông số trên biên và vai trò của biên địa chất thủy văn đối với lượng bổ cập cho nước dưới đất. Từ đó lựa chọn được phương pháp cũng như điều kiện áp dụng đối với vùng nghiên cứu của luận án. Từ các tài liệu đã thu thập, tác giả đã phân loại và tổng hợp các lỗ khoan nghiên cứu địa chất thủy văn trong vùng, các thông số địa chất thủy văn cơ bản và chuyên môn của các tầng chứa nước, các dữ liệu về quan trắc động thái mực nước, - Phương pháp khảo sát địa vật lý: Áp dụng phương pháp đo sâu điện trở đối xứng; Phương pháp đo sâu phân cực kích thích tại 5 tuyến theo phương Đông Bắc –
19. 4 Tây Nam ở khu vực đá gốc phía Tây Nam thành phố Hà Nội để xác định ranh giới phân bố các TCN trong trầm tích Đệ tứ, đồng thời xác định vị trí bố trí các chùm lỗ khoan. Ngoài ra cũng áp dụng phương pháp đo sâu điện trở đối xứng với hệ và phương pháp đo sâu phân cực kích thích tại các tuyến vuông góc với sông Hồng để làm rõ cấu trúc địa chất thủy văn và xác định vị trí bố trí các chùm lỗ khoan ven sông Hồng [23]. - Phương pháp khoan nghiên cứu địa chất thủy văn: Sử dụng phương pháp khoan thăm dò lấy mẫu xác định địa tầng địa chất thủy văn và khoan doa mở rộng để chống ống kết cấu lỗ khoan phục vụ hút nước thí nghiệm xác định các thông số địa chất thủy văn. Quá trình thực hiện đề tài luận án, tác giả đã kết hợp với Đề án Bảo vệ nước dưới đất đô thị Hà Nội [23] tiến hành khoan 5 chùm lỗ khoan ven sông Hồng và 3 chùm lỗ khoan phía Tây Nam thành phố Hà Nội với tổng cộng 41 lỗ khoan nghiên cứu địa chất thủy văn. - Phương pháp hút nước thí nghiệm lỗ khoan: Tiến hành hút nước thí nghiệm tại 5 chùm lỗ khoan ven sông Hồng và và 3 chùm lỗ khoan phía Tây Nam thành phố Hà Nội [23]. Từ kết quả hút nước thí nghiệm, tiến hành phân tích, xử lý, tính toán xác định các thông số ĐCTV cơ bản và chuyên môn. - Phương pháp quan trắc động thái nước dưới đất: Sử dụng tài liệu quan trắc động thái nước dưới đất các lỗ khoan quan trắc thuộc mạng Quan trắc quốc gia tài nguyên nước và mạng quan trắc địa phương trong vùng nghiên cứu. Kết hợp với việc quan trắc động thái nước dưới đất tại 41 lỗ khoan trong 5 chùm ven sông Hồng và 3 chùm ven rìa đá gốc [23]. Từ các số liệu quan trắc động thái nước dưới đất, kết hợp với số liệu quan trắc mực nước sông Hồng khu vực nghiên cứu, tiến hành lập các đồ thị tương quan mực nước giữa nước dưới đất với nước sông Hồng nhằm đánh giá quan hệ thủy lực giữa nước dưới đất với nước sông. - Phương pháp mô hình số: Sử dụng mô hình GMS để xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất để nghiên cứu xác định lượng bổ cập cho nước dưới đất trong trầm tích Đệ tứ từ biên sông Hồng và biên đá gốc phía Tây Nam thành phố Hà Nội. - Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến của các chuyên gia, các nhà khoa học trong lĩnh vực ĐCTV thông qua các cuộc hội thảo, sinh hoạt chuyên đề để xin ý
20. 5 kiến góp ý hoàn thiện phương pháp luận, kết quả tính toán và hoàn thiện luận án. Để xác định vai trò của sông Hồng đối với lượng bổ cập cho nước dưới đất trong trầm tích Đệ tứ thành phố Hà Nội, luận án sẽ sử dụng sơ đồ tiếp cận và các bước tiến hành như sau: Hình 1. Sơ đồ đánh giá xác định vai trò của sông Hồng đối với lượng bổ cập cho nước dưới đất trong trầm tích Đệ tứ thành phố Hà Nội Để xác định vai trò của đá gốc đối với lượng bổ cập cho nước dưới đất trong trầm tích Đệ tứ phần Tây Nam thành phố Hà Nội, luận án sẽ sử dụng sơ đồ tiếp cận và các bước tiến hành như sau:
21. 6 Hình 2. Sơ đồ đánh giá xác định vai trò của đá gốc đối với lượng bổ cập cho nước dưới đất trong trầm tích Đệ tứ phần Tây Nam thành phố Hà Nội 7. Luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Cấu trúc địa chất thủy văn dọc theo sông Hồng từ Ba Vì đến Phú Xuyên phân chia thành 9 vùng với 3 kiểu và 4 phụ kiểu đặc trưng bởi giá trị sức cản thấm tổng hợp thay đổi từ 50m đến 836m. Lượng bổ cập từ sông Hồng cho nước dưới đất trong trầm tích Đệ tứ vùng ven sông hiện nay từ 424.086 m3/ngày đến 620.411 m3/ngày. Luận điểm 2: Dọc theo rìa tiếp giáp với đá gốc ở Tây Nam thành phố Hà Nội chia thành 4 vùng với 3 kiểu cấu trúc khác nhau, được xác định là biên loại II (biên có lưu lượng xác định và thay đổi theo thời gian). Lượng bổ cập cho nước dưới đất trong trầm tích Đệ tứ ở vùng ven rìa đá gốc phía Tây Nam từ 19.815 m3/ngày đến 20.349 m3/ngày. 8. Những điểm mới của luận án - Vận dụng lý thuyết các phương pháp khoa học trong tính toán địa chất thủy văn, kết hợp với kết quả hút nước thí nghiệm các chùm lỗ khoan, luận án đã tính toán được giá trị các thông số trên từng đoạn biên sông Hồng và biên phía Tây Nam thành phố Hà Nội. Qua đó chứng minh được biên phía Tây Nam là biên có lưu lượng xác định và thay đổi theo thời gian. - Từ những dữ liệu có được, lần đầu tiên đã xác định được một cách định
22. 7 lượng các giá trị cung cấp, thoát của nước dưới đất qua các đoạn biên đã được phân chia dọc theo sông Hồng và biên đá gốc theo cấu trúc địa chất thủy văn, từ đó làm cơ sở khoa học cho việc điều chỉnh các phương án khai thác nước dưới đất một cách hợp lý cho thành phố Hà Nội. - Nội dung luận án làm mới thêm các phương án khai thác nước dưới đất ở khu vực Hà Nội cho hợp lý hơn qua việc khẳng định vai trò của sông Hồng và biên đá gốc phía Tây Nam thành phố Hà Nội. 9. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Ý nghĩa khoa học: Bằng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu, kế thừa, luận án đã góp phần làm rõ thêm hệ phương pháp khoa học trong việc xác định điều kiện biên và xác định nguồn bổ cập cho nước dưới đất từ biên sông Hồng và biên đá gốc phía Tây Nam, là một trong những nguồn chính hình thành trữ lượng khai thác nước dưới đất trong các trầm tích Đệ tứ vùng Hà Nội. Các kết quả nghiên cứu này là cơ sở cho các giải pháp khoa học khai thác sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên nước dưới đất thành phố Hà Nội. - Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án đã định lượng được giá trị cung cấp nước dưới đất qua từng đoạn biên được phân chia và là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà quản lý, quy hoạch khai thác, bảo vệ và phát triển nguồn tài nguyên nước dưới đất khu vực Hà Nội. 10. Cơ sở tài liệu của luận án Luận án được hoàn thành trên cơ sở các tài liệu, số liệu của tác giả thu thập và nghiên cứu về Hà Nội trong thời gian từ 2004 đến nay, qua quá trình làm luận văn Thạc sỹ và tham gia Đề án Bảo vệ nước dưới đất ở các đô thị lớn - đô thị Hà Nội [23], do NCS chủ trì, hoàn thành năm 2018. Các số liệu, tài liệu chính bao gồm: * Các tài liệu thu thập, kế thừa chính: - Tài liệu thu thập, tổng hợp địa tầng địa chất thủy văn của 514 lỗ khoan. - Tài liệu thu thập, tổng hợp thông số địa chất thủy văn của 514 lỗ khoan. - Tài liệu quan trắc động thái nước dưới đất, nước mặt sông Hồng giai đoạn 1995-2017 tại 242 công trình quan trắc. - Tài liệu đo đạc mặt cắt sông Hồng tại 95 mặt cắt.
23. 8 * Các kết quả khảo sát, thí nghiệm hiện trường và trong phòng bổ sung [23]: - Kết quả điều tra, khảo sát thực địa tài nguyên nước dưới đất tại 18.166 điểm; - Kết quả đo sâu đối xứng điện trở 556 điểm; đo phân cực kích thích 160 điểm. - Kết quả khoan, thí nghiệm ĐCTV tại 41 lỗ khoan, phân chia thành 4 chùm thí nghiệm ven sông Hồng; 1 chùm thí nghiệm ở bãi bồi giữa sông Hồng và 3 chùm thí nghiệm ven rìa đá gốc phía Tây Nam thành phố Hà Nội. - Kết quả tổng hợp, phân tích địa tầng tại 259 lỗ khong trong vùng nghiên cứu và hàng ngàn lỗ khoan khai thác nước dưới đất, lỗ khoan quan trắc động thái nước dưới đất của mạng quan trắc quốc gia và mạng quan trắc Hà Nội. Trong đó 9 lỗ khoan lấy mẫu địa tầng được tác giả trực tiếp tổ chức thực hiện. - Kết quả quan trắc mực nước dưới đất của mạng quan trắc quốc gia và mạng quan trắc Hà Nội và đặc biệt là kết quả quan trắc tại 40 lỗ khoan trong năm 2016 do NCS trực tiếp tổ chức và thực hiện. - Kết quả phân tích mẫu đồng vị nước dưới đất (2H, 18O) tại 11 lỗ khoan ven sông Hồng và ven rìa đá gốc năm 2016 do NCS trực tiếp thực hiện. 11. Cấu trúc của luận án Cấu trúc của luận án, ngoài phần Mở đầu, Kết luận, gồm 5 chương như sau: Chương 1. Tổng quan khu vực nghiên cứu và nghiên cứu xác định lượng bổ cập cho nước dưới đất từ biên. Chương 2. Xác định và phân loại điều kiện biên sông Hồng khu vực thành phố Hà Nội. Chương 3. Xác định và phân loại điều kiện biên đá gốc phía Tây Nam thành phố Hà Nội. Chương 4: Vai trò của sông Hồng và đá gốc đối với lượng bổ cập cho nước dưới đất trong trầm tích Đệ tứ vùng phía Nam thành phố Hà Nội. Chương 5: Đề xuất phương án khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên nước dưới đất. 12. Lời cảm ơn Luận án được thực hiện và hoàn thành tại Bộ môn Địa chất thủy văn, Khoa Khoa học và Kỹ thuật Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn