Mô hình dòng chảy nước dưới đất tại đảo Côn Sơn - Côn Đảo

Chia sẻ: Nguyễn Thảo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:488

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài báo này, phần mềm GMS 10. được lựa chọn sử dụng để mô phỏng dòng chảy nước dưới đất tại đảo Côn Sơn - huyện Côn Đảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Mô hình dòng chảy nước dưới đất tại đảo Côn Sơn - Côn Đảo

VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI VIEÄT NAM VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC VAØ COÂNG NGHEÄ 2016 Soá 19 ISSN 0866 – 7292 Ban biên tập: GS.TS. TĂNG ĐỨC THẮNG GS.TSKH. NGUYỄN ÂN NIÊN GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ GS.TS. LÊ SÂM GS.TS. LÊ MẠNH HÙNG GS.TS. TRẦN THỊ THANH PGS.TS. ĐỖ TIẾN LANH PGS.TS. TÔ VĂN THANH PGS.TS. LƯƠNG VĂN THANH PGS.TS. HOÀNG VĂN HUÂN PGS.TS. ĐINH CÔNG SẢN TS. TRẦN BÁ HOẰNG TS. TÔ QUANG TOẢN TS. NGUYỄN NGHĨA HÙNG Tp. Hoà Chí Minh naêm 2017 i
ii
MỤC LỤC Lời nói đầu ...................................................................................................................... vii PHẦN I. THỦY NÔNG - MÔI TRƯỜNG.................................................................... 1 1. Mô hình dòng chảy nước dưới đất đảo Côn Sơn – Côn Đảo ........................................ 3 ThS. Nguyễn Thị Minh Trang, TS. Lê Đình Hồng, PGS. TS. Võ Khắc Trí 2. Dự báo dòng chảy nước dưới đất ở đảo Côn Sơn theo kịch bản biến đổi khí hậu ..... 15 ThS. Nguyễn Thị Minh Trang, TS. Lê Đình Hồng, PGS. TS. Võ Khắc Trí 3. Mô phỏng thí nghiệm lan truyền Amoni NH4 trong các cột đất Côn Sơn .................. 26 ThS. Nguyễn Thị Minh Trang, TS. Lê Đình Hồng, PGS. TS. Võ Khắc Trí 4. Nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước vùng cửa sông ven biển từ Vũng Tàu tới Trà Vinh phục vụ yêu cầu phát triển thủy sản ...................................................... 39 TS. Lương Văn Thanh, ThS. Lương Văn Khanh 5. Một số kết quả nghiên cứu về thủy sinh vật vùng cửa sông ven biển từ Vũng Tàu đến Trà Vinh phục vụ yêu cầu phát triển thủy sản ............................................................ 49 TS. Lương Văn Thanh, ThS. Lương Văn Khanh 6. Nghiên cứu chế độ tưới thích hợp cho cây nho lấy lá bằng kỹ thuật tưới nhỏ giọt tại vùng khan hiếm nước .............................................................................. 58 ThS. Trần Thái Hùng, PGS. TS. Võ Khắc Trí, GS. TS. Lê Sâm 7. Một số vấn đề về sản xuất lúa vụ Thu Đông ở Đồng bằng sông Cửu Long ............... 73 ThS. Nguyễn Văn Hoạt, TS. Hoàng Quốc Tuấn, GS. TS. Tăng Đức Thắng 8. Một số vấn đề về dòng chảy lũ ở Đồng bằng sông Cửu Long nhìn từ trận lũ lớn năm 2011 .................................................................................................................... 81 GS. TS. Tăng Đức Thắng, PGS. TS. Nguyễn Thanh Hải, KS. Vũ Quang 9. Áp dụng chỉ số mờ cho đánh giá chất lượng nước mặt .............................................. 92 Bùi Việt Hưng 10. Tính toán nhu cầu nước và đánh giá khả năng nguồn nước phục vụ nối mạng chuyển nước lưu vực tỉnh Ninh Thuận .................................................................. 102 ThS. NCS. Nguyễn Đình Vượng, KS. Nguyễn Xuân Hòa 11. Đặc điểm lâm sinh học của rừng tràm tái sinh ở vườn quốc gia U Minh Thượng từ sau khi xảy ra cháy rừng ................................................................................... 116 ThS. Phạm Văn Tùng 12. Quản lý nước ở vườn quốc gia U Minh Thượng từ sau khi xảy ra cháy rừng tháng 3/2002 đến nay và những tác động đến hệ sinh thái rừng ............................ 128 ThS. Phạm Văn Tùng, PGS. TS. Lương Văn Thanh iii
13. Ứng dụng mô hình “ngân hàng đất” trong công tác nạo vét kênh rạch phục vụ sản xuất kết hợp xây dựng nông thôn mới trên địa bàn tỉnh Bến Tre .................... 141 PGS. TS. Trịnh Công Vấn, ThS. Trần Minh Tuán, ThS. Nguyễn Lê Huấn 14. Tính toán cân bằng nước phục vụ giải pháp nối mạng chuyển nước liên thông hệ thống công trình thủy lợi tỉnh Ninh Thuận ............................................................ 149 ThS. Nguyễn Đình Vượng, ThS. Huỳnh Ngọc Tuyên 15. Ứng dụng lý thuyết thành phần nguồn nước để tính toán lan truyền ô nhiễm trong kênh dẫn vùng triều xét với các trường hợp khoảng cách kênh nhánh so với biển .............................................................................................................. 159 ThS. NCS. Nguyễn Đình Vượng 16. Nghiên cứu vận động khối nước ô nhiễm trong kênh vùng triều ứng với trường hợp thay đổi lưu lượng nguồn và vị trí đặt kênh ........................................................... 171 ThS. NCS. Nguyễn Đình Vượng 17. Đánh giá thực trạng tài nguyên nước mặt tỉnh Cà Mau và đề xuất các giải pháp bảo vệ nguồn nước ................................................................................................. 182 Trần Ký, Hoàng Trung Thống 18. Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng đường đặc trưng ẩm của đất (PF) phục vụ xác định chế độ tưới hợp lý cho cây trồng cạn tại vùng khô hạn Nam Trung bộ ........ 192 ThS. Trần Thái Hùng, PGS. TS. Võ Khắc Trí, GS. TS. Lê Sâm 19. Diễn biến ngập lũ Đồng bằng sông Cửu Long theo một số kịch bản bao đê .......... 205 GS. TS. Tăng Đức Thắng, Vũ Quang Trung, Phạm Văn Giáp 20. Research on infiltration spread in soil of drip irrgation technique for grape leaves at the water scarce region of Vietnam ............................................... 217 Tran Thai Hung, Vo Khac Tri, Le Sam PHẦN II. CHỈNH TRỊ SÔNG - BẢO VỆ BỜ SÔNG, BỜ BIỂN – PHÒNG CHỐNG THIÊN TAI – XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH ............................................................. 231 1. Tổng quan về mô hình thủy động lực và vận chuyển bùn cát, khả năng ứng dụng và đào tạo ................................................................................................................. 233 TS. Hồ Trọng Tiến, NCS. Lê Ngọc Anh 2. Tác động của bãi triều đến chế độ dòng chảy hạ lưu sông Đồng Nai ....................... 244 ThS. NCS. Phạm Thế Vinh, GS. TS. Tăng Đức Thắng, GS. TSKH. Nguyễn Ân Niên 3. Nghiên cứu ứng dụng giải pháp bảo vệ bờ sông bằng công nghệ mềm – một giải pháp phục vụ xây dựng nông thôn mới trên địa bàn tỉnh Bến Tre. ................................... 255 PGS. TS. Trịnh Công Vấn, ThS. Trần Minh Tuấn, ThS. Nguyễn Lê Huấn 4. Nghiên cứu cơ sở khoa học hỗ trợ điều hành xả lũ hợp lý đảm bảo an toàn tuyệt đối hồ Dầu Tiếng, phòng và giảm lũ cho hạ du sông Sài Gòn ....................................... 266 ThS. NCS. Nguyễn Văn Lanh, PGS. TS. Lê Văn Dực 5. Nghiên cứu cơ sở khoa học hỗ trợ điều hành tích nước hợp lý và đảm bảo an toàn tuyệt đối công trình thủy lợi Dầu Tiếng ................................................................... 275 ThS. NCS. Nguyễn Văn Lanh, PGS. TS. Lê Văn Dực iv
PHẦN III. ĐỊA CHẤT NỀN MÓNG - VẬT LIỆU XÂY DỰNG - CÔNG NGHỆ MỚI, VẬT LIỆU MỚI TRONG XÂY DỰNG THỦY LỢI .................................... 285 1. Nghiên cứu giải pháp tường cọc xi măng đất chống sạt lở bờ sông ở tỉnh Long An .................................................................................................................... 287 TS. Đỗ Thanh Hải, KS. Đoàn Nhật Phi 2. Nghiên cứu phương pháp định mái dốc bằng đất trộn xi măng kết hợp sợi xơ dừa ....... 298 TS. Đỗ Thanh Hải, KS. Phạm Thành Long 3. Sự thay đổi đặc trưng cơ lý đất xung quanh cọc sau khi ép ............................................... 310 PGS. TS. Bùi Trường Sơn, ThS. NCS. Phạm Cao Huyên, KS. Phạm Lê Anh Tuấn 4. Đánh giá quy luật phân bố ma sát của cọc theo độ sâu ............................................. 319 PGS. TS. Bùi Trường Sơn 5. Phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh....... 328 PGS. TS. Bùi Trường Sơn 6. Đặc trưng cơ lý của sét mềm và đất rời từ thí nghiệm nén ngang ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh ............................................................................................ 339 PGS. TS. Bùi Trường Sơn 7. Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng cột đất – xi măng ở duyên hải – Trà Vinh.. 347 TS. Nguyễn Thành Đạt, KS. Huỳnh Nguyễn Ngọc Tiến 8. Đánh giá sức chịu tải của nền cát hóa lỏng dưới móng bè........................................ 358 PGS. TS. Võ Phán, KS. Nguyễn Đức Huy 9. Nghiên cứu giải pháp cải tạo đất địa phương bằng vôi kết hợp vải địa kỹ thuật làm đất đắp nền đường khu vực tỉnh Hậu Giang.................................................... 367 PGS. TS. Võ Phán, KS. Nguyễn Hữu Trung Tín 10. Nghiên cứu giải pháp gia cố đất bằng xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật để đắp đường ........................................................................................................... 374 PGS. TS. Võ Phán, KS. Nguyễn Tấn Thành 11. Thiết lập bảng tính lún nền đất yếu dưới nền đường ở khu vực thành phố Vị Thanh – tỉnh Hậu Giang ..................................................................................... 380 PGS. TS. Võ Phán, KS. Nguyễn Thanh Dũng 12. Nghiên cứu, ứng dụng giải pháp tường kè trên hệ cọc bê tông cốt thép để ổn định bờ kè sông Cổ Chiên của thành phố Vĩnh Long ..................................................... 387 PGS. TS. Võ Phán, KS. Nguyễn Văn Tuấn Anh 13. Ứng dụng bệ phản áp vào ổn định nền đường với kích thước tối ưu nhất .............. 392 PGS. TS. Võ Phán, KS. Trần Đức Thưởng 14. Ứng dụng Plaxis 2D trong phan tích ứng xử cố kết của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất - xi măng dưới tải trọng đất đắp .................................................................. 398 PGS. TS. Lê Bá Vinh, KS. Trần Hữu Thiện 15. Ứng dụng công nghệ phụt vữa thành trong việc gia tăng sức chịu tải cọc khoan nhồi .............................................................................................................. 406 PGS. TS. Võ Phán, KS. Hà Vĩnh Phúc v
16. Đánh giá ảnh hưởng ma sát âm do thay đổi tải trọng tác dụng dến vị trí mặt phẳng trung hòa của cọc trong đất yếu ........................................................... 414 PGS. TS. Võ Phán, KS. Tô Lê Hương 17. Ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu cho khu vực Ninh Kiều, TP. Cần Thơ ......................................................................................... 426 PGS. TS. Võ Phán, KS. Trần Ngọc Thái 18. Ứng dụng trụ đất xi măng – vôi xử lý nền đất yếu khu vực Trà Nóc TP. Cần Thơ ............................................................................................................ 434 PGS. TS. Võ Phán, KS. Huỳnh Văn Lê 19. Ứng dụng trụ đất xi măng để xử lý đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu nhằm giảm lún lệch với mố trụ cầu............................................................................................. 443 PGS. TS. Võ Phán, KS. Nguyễn Thị Tú Uyên 20. Phương pháp ước lượng độ lún ngắn hạn và lâu dài nền đất có xét đến trạng thái ban đầu .................................................................................................... 457 PGS. TS. Bùi Trường Sơn, ThS. Huỳnh Quốc Kha 21. Nghiên cứu ứng dụng giải pháp tường kè và cọc bê tông cốt thép chống sạt lở bờ kè quận Cái Răng – sông Cần Thơ..................................................................... 467 PGS. TS. Võ Phán, ThS. Trần Đức Trung vi
LỜI NÓI ĐẦU T hông qua việc thực hiện các nhiệm vụ khoa học công nghệ cấp Nhà nước, cấp Bộ và cấp địa phương; các nhiệm vụ phục vụ sản xuất, các nhiệm vụ đột xuất phát sinh trong quá trình phát triển kinh tế xã hội ở các tỉnh phía Nam, tập thể cán bộ khoa học, các cộng tác viên, các giảng viên đại học và sau đại học, các học viên sau đại học ở trong và ngoài Viện, các nghiên cứu sinh… thuộc Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam đã rút ra được những vấn đề khoa học công nghệ tiêu biểu để xây dựng thành các bài báo khoa học, được biên tập thành Tuyển tập Kết quả Khoa học và Công nghệ xuất bản đều đặn mỗi năm. Tuyển tập Kết quả Khoa học và Công nghệ năm 2016 (số 19) gồm các bài viết thuộc các lĩnh vực: + Thủy nông - môi trường + Chỉnh trị sông - bảo vệ bờ sông, bờ biển - phòng chống thiên tai - xây dựng công trình + Địa chất nền móng - vật liệu xây dựng - công nghệ mới, vật liệu mới trong xây dựng thủy lợi Tuyển tập Kết quả Khoa học và Công nghệ - Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam đã được Cục Thông tin Khoa học Công nghệ Quốc gia cấp mã số chuẩn quốc tế ISSN cho xuất bản phẩm nhiều kỳ. Chúng tôi hy vọng Tuyển tập sẽ là tài liệu tham khảo và trao đổi thông tin bổ ích cho các cán bộ khoa học, các nhà nghiên cứu, các nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên các trường Đại học kỹ thuật chuyên ngành, bạn đọc trong và ngoài ngành. Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam chân thành cảm ơn những ý kiến quý báu của bạn đọc đóng góp cho Tuyển tập; cảm ơn các tác giả đã gửi bài, các chuyên gia đã phản biện, thẩm định cho các bài viết để Viện hoàn thành Tuyển tập này. Trân trọng giới thiệu Tuyển tập năm 2016 cùng bạn đọc. VIỆN TRƯỞNG TS. TRẦN BÁ HOẰNG vii
viii
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 Phần I THUÛY NOÂNG – MOÂI TRÖÔØNG VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 1
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 2 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 MÔ HÌNH DÒNG CHẢY NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐẢO CÔN SƠN - CÔN ĐẢO GROUNDWATER MODELLING OF CON SON ISLAND - CON DAO ThS. Nguyễn Thị Minh Trang, TS. Lê Đình Hồng, Trường Đại học Bách Khoa – Tp.HCM PGS. TS. Võ Khắc Trí Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam TÓM TẮT Để mô phỏng hệ thống nước dưới đất thì phương pháp mô hình toán thường được sử dụng. Bên cạnh chức năng mô phỏng dòng chảy cho chuỗi thời gian hiện tại thì các mô hình mô phỏng nước dưới đất còn có khả năng dự đoán các thay đổi hay tác động đến các tầng chứa nước dưới đất trong tương lai. Trong bài báo này, phần mềm GMS 10. được lựa chọn sử dụng để mô phỏng dòng chảy nước dưới đất tại đảo Côn Sơn - huyện Côn Đảo. Dựa trên các số liệu quan trắc mực nước, khai thác, bổ cập và bốc hơi theo thời gian kết hợp cùng với lý thuyết về mô hình hóa dòng chảy theo Modflow thì mô hình dòng chảy nước dưới đất tại đảo Côn Sơn được thiết lập. Từ khóa: Mô hình nước dưới đất, GMS, Modflow. ABSTRACT To simulate groundwater system, the method using mathematical models is commonly used. Besides flow simulation functionality for existing time series, groundwater models also have the ability to predict the changes or impacts to groundwater aquifers in the future. In this paper, GMS 10. is used to simulate groundwater flow in Con Son Island - Con Dao district. Based on the groundwater level monitoring data, groundwater extraction data, recharge and evapotranspiration over time combined with theory of groundwater flow modelling MODFLOW, groundwater flow of Con Son island is established. Keywords: Groundwater model, GMS, Modflow. 1. GIỚI THIỆU Mô hình dòng chảy nước dưới đất được sử dụng để mô phỏng sự thay đổi mực nước và lưu lượng dòng chảy trong cân bằng với điều kiện địa chất thủy văn được xác định trong mô hình và có thể mô phỏng sự thay đổi này trong tương lai dựa vào sự thay đổi áp lực trong các tầng chứa nước. Trong bài báo này, phần mềm sử dụng để xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất là Hệ thống mô hình nước dưới đất (Groundwater Modeling System - GMS) phiên bản 10., đây là môi trường đồ họa tổng hợp để mô phỏng dòng chảy nước dưới đất. Có hai cách xây dựng mô hình dòng chảy nước dưới đất trong GMS: (1) cách tiếp cận lưới và (2) cách tiếp cận mô hình khái niệm. Bài báo này dùng cách tiếp cận mô VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 3
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 hình khái niệm. Các tiếp cận này liên quan đến việc sử dụng module bản đồ (Map module). Vị trí của các nguồn, điểm, thông số của các lớp như hệ số thấm, các biên mô hình, lượng bổ cập, bốc hơi và số liệu cần thiết khác cho mô hình được xác định dưới dạng các bản đồ trong module này. Mô hình khái niệm là cách thể hiện sơ đồ hóa hệ thống dòng chảy nước dưới đất dưới dạng các bản đồ, sơ đồ khối, mặt cắt làm cơ sở để xây dựng mô hình số. Thực chất của mô hình khái niệm là mô tả và tổ chức số liệu thực địa một cách thích hợp để mô phỏng chính xác nhất hệ thống nước dưới đất. Số liệu trong mô hình khái niệm được tổ chức thành các lớp có thuộc tính như sau: - Lớp nguồn/điểm (Sources/Sinks coverages) thể hiện: Biên của các tầng chứa nước, hình dạng và tương tác của sông, hồ, giếng khoan và lưu lượng khai thác, diện tích của vùng lập mô hình. - Lớp theo diện tích (Areal coverages) thể hiện: lượng bổ cập và lượng bốc hơi; hệ số thấm (nằm ngang và thẳng đứng), hệ số nhả nước trọng lực, hệ số nhả nước đàn hồi của các tầng chứa nước. - Lớp các lỗ khoan quan trắc (Observation coverages) thể hiện: các lỗ khoan quan trắc và cao trình tuyệt đối mực nước của chúng. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH DÒNG CHẢY NƯỚC DƯỚI ĐẤT (MODFLOW) Mô hình dòng chảy nước dưới đất được thiết lập từ những hiểu biết mang tính khái niệm của các vấn đề vật lý. Sau đó mô hình sẽ chuyển các vấn đề thuộc về vật lý sang dạng toán học. Theo C.W. Fetter (1992), sự thay đổi độ cao mực nước của nước dưới đất được biểu diễn bằng phương trình vi phân như sau: ∂ ∂h ∂ ∂h ∂ ∂h ∂h (1) ( K xx ) + ( K yy ) + ( K zz ) − W = S s ∂x ∂x ∂y ∂y ∂z ∂z ∂t Trong đó: • Kxx, Kyy, Kzz: hệ số thấm theo phương x, y, z (m/ngày); • h: cốt cao mực nước ở vị trí x, y, z (m) tại thời điểm t; • ∂ , ∂ , ∂ : gradient thủy lực theo 3 phương x, y, z; ∂x ∂y ∂z • W = W(x,y,z,t): modul dòng ngầm (lượng bổ cập hay thoát) của nước dưới đất tại vị trí (x,y,z) và thời điểm t; • Ss: hệ số nhả nước; • Ss = Ss(x,y,z), Kxx = Kxx(x,y,z), Kyy = Kyy(x,y,z), Kzz = Kzz(x,y,z) là các hàm phụ thuộc vào vị trí không gian x, y, z. Sự vận động của nước dưới đất trong tầng chứa nước rất đa dạng vì cấu tạo của tầng chứa nước có thể là đồng nhất hay không đồng nhất, đẳng hướng hay dị hướng, phân lớp hay không phân lớp, đáy cách nước nằm ngang hay nghiêng, chiều dày tầng chứa nước ổn định hay thay đổi, nước tầng chứa nước có áp hay không áp, có biên hay 4 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 không có biên, vận động ổn định hay không ổn định… Vì vậy, phương trình vi phân vận động của nước dưới đất trước đây mới chỉ giải quyết được một vài khía cạnh nêu trên. Tuy nhiên, phương trình (1) là mô tả động thái mực nước trong điều kiện môi trường không đồng nhất và dị hướng, có thể giải quyết được vấn đề sự vận động của nước dưới đất hợp lý nhất. Phương trình này 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. Để giải phương trình trên, người ta phải tìm hàm số h (x, y, z, t), thỏa mãn (1) và thỏa mãn các điều kiện biên. Sự biến động của giá trị h theo thời gian sẽ xác định bản chất của dòng chảy, từ đó có thể tính được trữ lượng động của tầng nước cũng như tính toán các hướng của dòng chảy. Việc tìm ra hàm giải tích h (x, y, z, t) cho phương trình (1) thường là rất khó. Trên thực tế, ngoại trừ một số rất ít trường hợp, phương trình (1) là phương trình không thể giải được bằng phương pháp giải tích. Do đó người ta buộc phải giải bằng phương pháp gần đúng. Một trong các phương pháp giải gần đúng ở đây được áp dụng cho bài toán này là phương pháp sai phân hữu hạn. 3. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY NƯỚC DƯỚI ĐẤT (MHDCNDĐ) ĐẢO CÔN SƠN 3.1. Sơ đồ hóa vùng nghiên cứu Căn cứ điều kiện tự nhiên và đặc điểm cấu trúc địa chất thủy văn (ĐCTV) của đảo Côn Sơn, hệ thống nước dưới đất (NDĐ) của đảo được sơ đồ hóa như sau: - Vùng lập MHDCNDĐ được giới hạn bởi bờ biển phía nam và đường phân thủy của các núi đá ở các phía còn lại (xem Hình 1). - Các lớp tính toán: MHDCNDĐ được xây dựng thành 2 lớp: Lớp trên mô Hình 1. Sơ đồ hóa vùng nghiên cứu phỏng các trầm tích bở rời Kainozoi và lớp dưới mô phỏng đá Mezozoi. - Đặc điểm thủy lực và điều kiện biên (xem Hình 2): + Lớp 1: Chiếm diện tích khoảng 6 km2 ở trung tâm vùng tính toán, được xem như là lớp không áp hoặc có áp yếu cục bộ không đồng nhất về tính thấm. Phần rìa phân bố tiếp xúc với các đá Mezozoi bề dày vát mỏng và được xem là biên không dòng chảy (biên loại II - Q = 0) (xem Hình 3). Phần phía Hình 2. Điều kiện biên vùng nghiên cứu nam tiếp xúc với biển, chủ yếu là thoát nước VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 5
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 và lượng nước thoát ra phụ thuộc chênh lệch áp lực của tầng chứa nước và mực nước biển do đó sẽ được xem là biên tổng hợp (biên loại III - lưu lượng phụ thuộc mực nước). + Lớp 2: Chiếm toàn bộ diện tích vùng tính toán, được xem như là lớp không hoặc bán áp không đồng nhất về tính thấm. Phần rìa của MHDCNDĐ dọc theo đường phân thủy được xem như là biên không dòng chảy (biên loại II - Q = 0) (xem Hình 4). Phần phía nam tiếp xúc với biển, chủ yếu là thoát nước và lượng nước thoát ra phụ thuộc chênh lệch áp lực của tầng chứa nước và mực nước biển do đó sẽ được xem là biên tổng hợp (biên loại III). Hình 3. Điều kiện biên loại II của lớp 1 Hình 4. Điều kiện biên loại II của lớp 2 Ghi chú: - Biên loại II là điều kiện biên dòng chảy được xác định trước (còn gọi là điều kiện biên Neumann). Đó là các ô mà lưu lượng dòng chảy qua biên được xác định trước trong suốt bước thời gian tính toán. Trường hợp không có dòng chảy như trong bài toán này thì lưu lượng được xác định bằng không. - Biên loại III là điều kiện biên lưu lượng trên biên phụ thuộc vào mực nước (còn gọi là điều kiện biên Cauchy hoặc biên hỗn hợp). Đối với bài toán này, điều kiện biên được xem là biên tổng hợp bởi do dòng chảy qua biên phụ thuộc vào sự chênh lệch áp lực của tầng chứa nước và mực nước biển. Biên tổng hợp cho phép dòng thấm từ tầng chứa ra biển và ngược lại (xem Hình 5). Lưu lượng dòng thấm qua biên được tính Hình 5. Điều kiện biên tổng hợp theo công thức: Qb = Cb(hb - h) của lớp 1 và lớp 2 Trong đó: • Cb: hệ số sức cản thấm của biên tổng hợp; • hb: mực nước hay mực áp lực của ô lưới (i, j, k), m; • h: mực nước biển tại ô lưới (i, j, k), m. 6 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 3.2. Quy trình thực hiện MHDCNDĐ Quy trình thực hiện một MHDCNDĐ được trình bày ở Hình 6. Sai số Bước Chu kỳ Hình 6. Quy trình các bước thực hiện MHDCNDĐ 3.3. Lưới của mô hình - Lưới tính toán hai chiều (2D Grid): vùng lập mô hình có diện tích 12,5 km2, được phân thành 80 hàng và 102 cột, với các ô lưới có kích thước tương ứng là 50 x 50 m (xem Hình 7). VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 7
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 - Lưới tính toán ba chiều (3D Grid): được phân thành 80 hàng và 102 cột và số lớp là 2, được sử dụng để mô phỏng cấu trúc không gian của các tầng chứa nước (xem Hình 8). Hình 7. Lưới tính toán 2 chiều - 2D Grid Hình 8. Lưới tính toán 3 chiều - 3D Grid 3.4. Dữ liệu đầu vào mô hình - Chiều sâu phân bố các lớp: Sử dụng bản đồ địa hình tỉ lệ 1/10.000 đã được số hóa. Các đường bình độ được chuyển thành điểm cao trình kết hợp cùng các điểm cao trình sẽ được nhập vào MHDCNDĐ. - Các thông số ĐCTV cần nhập vào MHDCNDĐ gồm: hệ số thấm (thẳng đứng Kh và nằm ngang Kv), hệ số nhả nước (đàn hồi SS* và trọng lực Ss). Giá trị các thông số được chọn từ kết quả bơm thí nghiệm từ các báo cáo trước kết hợp việc phân tích độ hạt tại các lỗ khoan nghiên cứu trong vùng. - Lượng bổ cập và bốc hơi: có giá trị ban đầu được chọn theo tài liệu lượng mưa trung bình tháng của trạm khí tượng thủy văn Côn Đảo kết hợp độ hạt đất đá tại từng khu vực, độ dốc của địa hình và thảm thực vật. - Hệ thống lỗ khoan quan sát và mực nước ban đầu: Hệ thống lỗ khoan quan trắc tại Thung lũng Côn Sơn bao gồm 12 vị trí quan trắc mực nước trong lớp 1 (xem Hình 9). Mạng quan trắc tài nguyên nước tại huyện Côn Đảo được thực hiện ở 4 giai đoạn: 2005-2006; 2008-2009, 2011-2012 và 2014-2015. Cao trình mực nước ban đầu dùng cho tính toán MHDCNDĐ sẽ được sử dụng là trường dòng chảy tạo thành từ dữ liệu cao trình mực nước đo được vào thời điểm tháng 10/2005. Hình 9. Bản đồ vị trí các lỗ khoan quan trắc 8 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 4. KẾT QUẢ 4.1. Kết quả mô hình MHDCNDĐ Đảo Côn Sơn MHDCNDĐ đã được hiệu chỉnh theo 79 bước tính toán (thời gian 1 tháng/ bước) từ thời điểm 10/2005 đến hết tháng 5/2015 với sai số từng bước được trình bày ở mục 4.2 dưới đây cho thấy mức độ tin cậy của công tác mô phỏng hệ thống NDĐ ở Đảo Côn Sơn – Huyện Côn Đảo. Kết quả đã xác lập trường dòng chảy cho từng bước tính toán thể hiện trường mực nước thay đổi giữa hai mùa điển hình là mùa mưa (tháng 9) và mùa khô (tháng 4) cho các năm tương ứng với 4 giai đoạn quan trắc lấy mẫu 2005– 2006; 2008–2010; 2011–2012; 2014–1015 (xem từ Hình 10 đến Hình 17). Hình 10. Cao trình mực nước tầng Hình 11. Cao trình mực nước tầng Pleistocen tháng 04/2006 Pleistocen tháng 09/2006 Hình 12. Cao trình mực nước tầng Hình 13. Cao trình mực nước tầng Pleistocen tháng 04/2008 Pleistocen tháng 09/2008 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 9
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 Hình 14. Cao trình mực nước tầng Hình 15. Cao trình mực nước tầng Pleistocen tháng 04/2011 Pleistocen tháng 09/2011 Hình 16. Cao trình mực nước tầng Hình 17. Cao trình mực nước tầng Pleistocen tháng 09/2014 Pleistocen tháng 04/2015 Nhận xét: Kết quả tính toán mô phỏng và quan trắc động thái nước tại 12 trạm quan trắc của đảo Côn Sơn cho thấy động thái của tầng chứa nước Pleistocen thay đổi theo mùa: vào mùa mưa tức là từ tháng 5 do có lượng bổ cập, mực nước bắt đầu dâng cho đến hết tháng 10, nhiều trạm quan trắc đạt mực nước cực đại vào tháng 10, còn một số khác đạt mực nước cực đại sớm hơn vào tháng 9 (tại các trạm quan trắc CS1, CS7) và muộn hơn vào tháng 11 (tại các trạm quan trắc CS2, CS4, CS5). Sau khi mực nước đạt cực đại thì mùa khô bắt đầu, lượng mưa giảm dần và không mưa, nên mực nước giảm dần đều và đạt cực tiểu vào cuối tháng 4 đến cuối tháng 5 và vượt qua vào đầu tháng 6. Như vậy mùa khô có khi kéo dài hơn thường kỳ là 1 tháng (mùa khô 7 tháng). Hiện tượng này là bất thường, có lẽ do ảnh hưởng của lượng khai thác nước dưới đất và sự biến đổi bất thường của khí hậu. 4.2. Kết quả hiệu chỉnh mô hình MHDCNDĐ Mô hình được hiệu chỉnh bằng phương pháp thử dần để giảm sự khác biệt giữa cao độ tuyệt đối mực nước dưới đất quan trắc và cao độ tuyệt đối mực nước dưới đất do 10 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 mô hình tính toán tại 12 lỗ khoan quan trắc. Trong quá trình hiệu chỉnh, hệ số thấm, hệ số nhả nước đàn hồi và cao độ tuyệt đối mực nước tại các biên mực nước xác định được điều chỉnh. Mức độ tin cậy của mô hình sau khi hiệu chỉnh, được kiểm chứng bằng 2 cách: Cách 1- So sánh giá trị chênh lệch giữa cao độ tuyệt đối mực nước dưới đất quan trắc và cao độ tuyệt đối mực nước dưới đất do mô hình tính toán tại 12 lỗ khoan quan trắc. Nếu giá trị chênh lệch nằm trong khoảng ± 1,0 m thì mô hình có thể chấp nhận được (xem Hình 18). Cách 2- Giảm đến mức nhỏ nhất có thể các loại sai số: sai số trung bình; sai số trung bình tuyệt đối; sai số trung bình quân phương (xem Bảng 1). a. Sai số trung bình: n ME = ∑ (hob. − hsim. ) i / n i =1 b. Sai số trung bình tuyệt đối: n MAE = (∑ (hob. − hsim ) i / n i =n c. Sai số trung bình quân phương: n RMSE = [∑ (hob − hsim ) i2 / n]0,5 i =1 Trong các công thức nêu trên hob. và hsim. lần lượt là mực nước quan trắc và mực nước tính toán; n là số điểm chỉnh lý. Hình 18. Đồ thị so sánh giữa giá trị cao trình mực nước quan trắc và cao trình mực nước tính toán tại trạm quan trắc CS2 điển hình trong mô hình Modflow VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 11
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 Bảng 1. Thống kê các loại sai số của mô hình tại từng thời điểm tính toán Các loại sai số Các loại sai số Thời điểm Sai số Sai số Sai số trung Thời điểm Sai số Sai số trung Sai số trung tính toán trung trung bình bình tính toán trung bình bình bình tuyệt đối quân phương bình tuyệt đối quân phương 11/2005 0,19 0,42 0,52 11/2008 -0,43 0,50 0,61 12/2005 -0,05 0,43 0,50 12/2008 -0,29 0,48 0,57 01/2006 0,07 0,37 0,45 01/2009 -0,27 0,46 0,54 02/2006 0,26 0,46 0,55 02/2009 -0,10 0,36 0,42 03/2006 0,33 0,45 0,54 03/2009 0,08 0,40 0,49 04/2006 0,32 0,39 0,50 04/2009 0,22 0,49 0,53 05/2006 0,28 0,41 0,53 05/2009 0,30 0,48 0,54 06/2006 0,30 0,37 0,48 06/2009 0,39 0,47 0,55 07/2006 0,08 0,31 0,42 07/2009 0,39 0,55 0,64 08/2006 0,02 0,46 0,56 08/2009 0,22 0,54 0,56 09/2006 -0,11 0,47 0,54 09/2009 0,00 0,53 0,60 10/2006 -0,02 0,45 0,51 10/2009 0,02 0,54 0,61 03/2008 -0,15 0,40 0,48 11/2009 -0,17 0,57 0,63 04/2008 0,10 0,40 0,50 12/2009 -0,08 0,48 0,57 05/2008 0,25 0,41 0,46 01/2010 -0,27 0,52 0,59 06/2008 0,26 0,40 0,52 02/2010 -0,13 0,48 0,54 07/2008 0,14 0,54 0,73 03/2010 0,10 0,45 0,55 08/2008 -0,15 0,49 0,59 04/2010 0,24 0,54 0,59 09/2008 -0,17 0,50 0,59 05/2010 0,34 0,52 0,58 10/2008 0,19 0,42 0,52 06/2010 0,34 0,45 0,52 07/2010 0,29 0,45 0,56 03/2012 0,05 0,31 0,41 08/2010 0,14 0,47 0,51 04/2012 0,08 0,28 0,33 09/2010 -0,08 0,53 0,59 05/2012 0,16 0,27 0,33 10/2010 -0,06 0,57 0,62 06/2012 0,23 0,35 0,42 11/2010 -0,21 0,55 0,61 07/2012 0,27 0,45 0,56 12/2010 -0,13 0,39 0,48 05/2014 0,15 0,44 0,53 01/2011 -0,19 0,45 0,51 06/2014 0,33 0,52 0,66 02/2011 -0,06 0,39 0,47 07/2014 0,22 0,43 0,52 03/2011 0,14 0,38 0,48 08/2014 0,10 0,37 0,47 04/2011 0,18 0,31 0,37 09/2014 0,04 0,42 0,50 05/2011 0,28 0,30 0,42 10/2014 -0,02 0,46 0,53 06/2011 0,30 0,36 0,45 11/2014 0,03 0,42 0,50 07/2011 0,40 0,48 0,54 12/2014 0,02 0,38 0,44 08/2011 0,36 0,45 0,53 01/2015 0,00 0,36 0,45 09/2011 0,29 0,44 0,56 02/2015 0,06 0,40 0,47 10/2011 0,25 0,52 0,57 03/2015 0,12 0,38 0,44 11/2011 0,14 0,44 0,50 04/2015 0,19 0,31 0,39 12/2011 0,01 0,47 0,52 05/2015 0,15 0,35 0,42 01/2012 -0,13 0,42 0,50 06/2015 0,23 0,37 0,44 02/2012 -0,09 0,39 0,45 12 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM