NGUYÔN V¡N §¶N

C«ng thøc tæng qu¸t ®Ó tÝnh tr÷ l­îng khai th¸c n­íc d­íi ®Êt cã d¹ng nh­ sau:

trong ®ã:

Q_kt: tr÷ l­îng khai th¸c, m³/ng;

Q_tn: tr÷ l­îng ®éng tù nhiªn, m³/ng;

V_dh: tr÷ l­îng tÜnh ®µn håi, m³_;

V_tl: tr÷ l­îng tÜnh träng lùc, m³_;

t: thêi gian khai th¸c, th­êng ®­îc h¹n ®Þnh lµ 27 n¨m (10⁴ ngµy);

Q_ct: tr÷ l­îng cuèn theo, m³/ng.

C¸c ®¹i l­îng Q_tn, V_dh, V_tl ®­îc h×nh thµnh trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn, cßn tr÷ l­îng cuèn theo (Q_ct) chØ h×nh thµnh trong qu¸ tr×nh khai th¸c, khi mµ do sù b¬m hót, mùc n­íc d­íi ®Êt bÞ h¹ thÊp sÏ l«i cuèn dßng ch¶y tõ c¸c phÝa vµo tÇng ch¾n n­íc khai th¸c (thÊm xuyªn tõ c¸c khèi n­íc mÆt xuèng, thÊm nghiªng tõ c¸c tÇng chøa n­íc kÒ cËn vµo...), trong ®ã l­îng thÊm xuyªn tõ c¸c khèi n­íc mÆt trong mét sè ®iÒu kiÖn chiÕm tØ träng rÊt lín. §ã lµ tiÒn ®Ò ®Ó x©y dùng c¸c giÕng thÊm kÝch thÝch (induced infiltration wells) ven bê.

Nguyªn lý lµm viÖc cña c«ng tr×nh khai th¸c n­íc thÊm läc ven bê vµ c¶ c«ng tr×nh bè trÝ trong lßng c¸c nguån n­íc mÆt (s«ng, hå...) lµ khi khai th¸c mùc n­íc d­íi ®Êt bÞ h¹ thÊp xuèng d­íi mùc n­íc s«ng hå th× n­íc mÆt sÏ thÊm xuyªn tõ trªn xuèng qua c¸c líp ®Êt ®¸, bæ sung cho n­íc d­íi ®Êt. Thùc chÊt ®ã lµ mét d¹ng bæ sung nh©n t¹o ®¬n gi¶n, tiÖn lîi v× tËn dông ®­îc c¸c nguån n­íc mÆt tù nhiªn s½n cã mµ kh«ng cÇn x©y dùng nh÷ng bån chøa nh©n t¹o ®Ó cho n­íc mÆt thÊm vµo lßng ®Êt.

Do tÝnh ®¬n gi¶n vµ tiÖn lîi nh­ vËy nªn viÖc x©y dùng c¸c c«ng tr×nh khai th¸c n­íc thÊm läc ven bê ®­îc c¸c nhµ khoa häc quan t©m nghiªn cøu vµ ¸p dông ë nhiÒu n­íc tõ l©u, sím nhÊt lµ ë §øc (n¨m 1877). §Õn nay hµng lo¹t n­íc ë ch©u ¢u, B¾c Mü, Trung CËn §«ng, Trung ¸... còng ¸p dông réng r·i ph­¬ng ph¸p nµy.

ë n­íc ta, m¹ng l­íi s«ng hå ph¸t triÓn m¹nh lµ tiÒn ®Ò tèt ®Ó x©y dùng c¸c c«ng tr×nh khai th¸c n­íc thÊm läc ven bê.

§Ó luËn chøng khoa häc cho c¸c c«ng tr×nh khai th¸c n­íc thÊm läc ven bê cÇn ph¶i nghiªn cøu mèi quan hÖ thuû lùc gi÷a n­íc mÆt vµ n­íc d­íi ®Êt. Cã 4 kiÓu quan hÖ.

KiÓu 1: Phæ biÕn trong ®íi d­ Èm, chñ yÕu däc theo c¸c s«ng lín. Trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn phÇn lín thêi gian trong n¨m s«ng, hå ®­îc n­íc d­íi ®Êt cung cÊp, dßng ch¶y ngÇm h­íng tõ bê ra phÝa s«ng hå. ChØ trong mïa lò hoÆc c¸c thêi k× lò n­íc d­íi ®Êt míi t¹m thêi ®­îc n­íc s«ng hå cung cÊp (H×nh 1.a1). Sù cung cÊp nµy chØ x¶y ra ë ®íi ven bê, lµm cho dßng ch¶y ngÇm cã ph­¬ng tõ phÝa s«ng hå vÒ ®íi ven bê. ChiÒu réng cña ®íi nµy phô thuéc tû lÖ thuËn víi ®é lín cña s«ng, biªn ®é dao ®éng mùc n­íc s«ng hå, tÝnh thÊm cña ®Êt ®¸ chøa n­íc.

Khi cã c«ng tr×nh khai th¸c ven bê víi mùc n­íc h¹ thÊp d­íi mùc n­íc s«ng hå (H×nh 1.b1) th× n­íc s«ng cung cÊp cho c«ng tr×nh khai th¸c.

KiÓu 2: Phæ biÕn ë c¸c vïng thiÕu Èm hoÆc c¸c vïng cã cÊu tróc ®Æc biÖt thuËn lîi ®Ó cho n­íc mÆt quanh n¨m cung cÊp cho n­íc d­íi ®Êt. Vµo thêi k× lò gi¸ trÞ cung cÊp t¨ng lªn (H×nh 1.a2). Khi cã c«ng tr×nh khai th¸c ven bê th× sù cung cÊp cµng t¨ng (H×nh 1.b2).

KiÓu 3: §Æc tr­ng cho tr­êng hîp sù dao ®éng mùc n­íc s«ng kh«ng lín. Do ®é nghiªng thuû lùc cña n­íc d­íi ®Êt ë ®íi ven s«ng lín nªn kh«ng cã sù cung cÊp cña s«ng (H×nh 1.a3). Trong thêi k× lò, qu¸ tr×nh tho¸t cña n­íc d­íi ®Êt kh«ng nh÷ng kh«ng bÞ dõng l¹i mµ cßn t¨ng lªn do sù gia t¨ng l­îng cung cÊp. C¸c c«ng tr×nh khai th¸c ven bê ®a sè tr­êng hîp kh«ng h¹ thÊp ®­îc mùc n­íc d­íi ®Êt xuèng d­íi mùc n­íc mÆt nªn kh«ng nhËn ®­îc sù cung cÊp tõ phÝa s«ng, cßn nÕu h¹ thÊp xuèng d­íi mùc n­íc mÆt th× l­îng cung cÊp còng kh«ng ®¸ng kÓ (H×nh 1.b3).

KiÓu 4: Lµ kiÓu quan hÖ thuû lùc gi÷a n­íc mÆt vµ n­íc cã ¸p n»m s©u ®­îc ng¨n c¸ch bëi líp thÊm n­íc yÕu. Trong ®a sè tr­êng hîp mùc ¸p lùc cña tÇng chøa n­íc cao h¬n mùc n­íc mÆt nªn n­íc d­íi ®Êt sÏ cung cÊp cho n­íc mÆt b»ng c¸ch thÊm xuyªn tõ d­íi lªn qua líp thÊm yÕu (H×nh 1.a4). NÕu mùc ¸p lùc thÊp h¬n mùc n­íc mÆt th× sÏ x¶y ra hiÖn t­îng ng­îc l¹i. Khi cã c«ng tr×nh khai th¸c ven bê, mùc n­íc d­íi ®Êt h¹ thÊp xuèng d­íi mùc n­íc mÆt th× n­íc mÆt sÏ cung cÊp cho c«ng tr×nh khai th¸c b»ng c¸ch thÊm xuyªn qua c¸c líp thÊm yÕu nªn l­îng bæ sung kh«ng lín (H×nh 1.b4).

Nh­ vËy viÖc x©y dùng c«ng tr×nh khai th¸c n­íc thÊm läc ven bê cã hiÖu qu¶ nhÊt lµ tõ c¸c nguån n­íc mÆt cã quan hÖ thuû lùc víi n­íc d­íi ®Êt kiÓu 1 vµ 2 m« t¶ trªn ®©y. §èi víi kiÓu quan hÖ 3 ph¶i ®¾p ®Ëp ®Ó n©ng cao mùc n­íc mÆt. Cßn ®èi víi kiÓu quan hÖ 4 th× khoan thªm c¸c lç khoan dÉn n­íc tõ trªn xuèng.

§¹i l­îng thÊm tõ c¸c nguån n­íc mÆt ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc thuû ®éng lùc nh­ sau:

Q = K.M.B.I (2)

trong ®ã:

Q: ®¹i l­îng thÊm tõ s«ng hå, m³/ng;

K: hÖ sè thÊm cña ®Êt ®¸ tÇng chøa n­íc vµ cña c¶ líp bïn sÐt l¾ng ®äng ë ®¸y s«ng hå, m/ng;

M: chiÒu dµy tÇng chøa n­íc, m;

B: chiÒu dµi ®­êng bê, m;

I: ®é nghiªng thuû lùc, ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc:

H₁: ®é cao mùc n­íc mÆt;

H₂: ®é cao mùc n­íc d­íi ®Êt t¹i c«ng tr×nh khai th¸c;

L: kho¶ng c¸ch tõ nguån n­íc mÆt ®Õn c«ng tr×nh khai th¸c.

H×nh 1. Nh÷ng kiÓu quan hÖ thuû lùc gi÷a n­íc d­íi ®Êt vµ n­íc mÆt
trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn (a) vµ cã c«ng tr×nh khai th¸c ven bê (b)

 H×nh 2. C¸c biÖn ph¸p lµm t¨ng ®é nghiªng thuû lùc cña dßng thÊm tõ s«ng hå

H×nh 3. §å thÞ mùc n­íc d­íi ®Êt tÇng qp tuyÕn cÇu Th¨ng Long - Néi Bµi n¨m 2002

Trong mét ®iÒu kiÖn tù nhiªn cô thÓ th× c¸c ®¹i l­îng K, M, B kh«ng thay ®æi, ®Ó t¨ng ®¹i l­îng thÊm (Q) ng­êi ta ph¶i lµm t¨ng ®é nghiªng thuû lùc (I) b»ng 2 c¸ch:

C¸ch 1: h¹ thÊp s©u mùc n­íc d­íi ®Êt t¹i c«ng tr×nh khai th¸c, tuy nhiªn còng chØ cã thÓ h¹ thÊp ®Õn giíi h¹n cho phÐp (h×nh 2b).

C¸ch 2: chuyÓn c«ng tr×nh khai th¸c cµng gÇn s«ng hå cµng tèt, thËm chÝ ®Æt ngay ë lßng s«ng hå (h×nh 2a).

Trong vïng thµnh phè Hµ Néi tån t¹i hai tÇng chøa n­íc lç hæng trong c¸c trÇm tÝch §Ö tø bë rêi:

- TÇng chøa n­íc Holocen (qh) ph©n bè trªn mÆt, cã thµnh phÇn ®Êt ®¸ chøa n­íc lµ c¸t, c¸t pha lÉn s¹n sái, chiÒu dµy trung b×nh 20 – 30 m. §©y lµ tÇng chøa n­íc kh«ng ¸p, cã ®é chøa n­íc tõ trung b×nh ®Õn giµu.

- TÇng chøa n­íc Pleistocen (qp) cã thµnh phÇn ®Êt ®¸ chøa n­íc lµ c¸t lÉn cuéi sái n»m bªn d­íi, ë ®é s©u tõ 20 ®Õn 40 m c¸ch mÆt ®Êt, chiÒu dµy trung b×nh 30-50 m. §©y lµ tÇng chøa n­íc cã ¸p rÊt giµu n­íc, lµ nguån cung cÊp chñ yÕu cho nhu cÇu n­íc cña thµnh phè. Gi÷a hai tÇng chøa n­íc kÓ trªn tån t¹i líp sÐt, sÐt pha Pleistocen th­îng - Holocen trung-h¹ (Q₁³ vp₂ vµ Q₂^1-2 hh) cã chiÒu dµy trung b×nh 5-25 m. Vïng ven s«ng Hång vµ s«ng §uèng líp sÐt nµy bÞ bµo mßn, t¹o thµnh "cöa sæ ®Þa chÊt thuû v¨n" tøc lµ tÇng chøa n­íc qh phñ trùc tiÕp lªn tÇng chøa n­íc qp (h×nh 6). C¸c lç khoan kh¶o s¸t ®Þa chÊt thuû v¨n nh­ lç khoan P55 ë Th­îng C¸t, P65 ë H¶i Bèi, Q33 ë Mai L©m, Q67 ë Tø Liªn, P17 ë Qu¶ng B¸, P75 ë Bå §Ò, P37 ë L­¬ng Yªn, P49 ë Long Biªn, P46 ë Nam D­... ®· x¸c minh ®iÒu ®ã.

Vïng Hµ Néi rÊt phong phó nguån n­íc mÆt víi c¸c s«ng lín nh­ s«ng Hång, s«ng §uèng, s«ng nhá nh­: s«ng CÇu, s«ng Cµ Lå….vµ hµng lo¹t hå tù nhiªn. KÕt qu¶ quan tr¾c ®éng th¸i n­íc d­íi ®Êt ®· x¸c ®Þnh ®­îc c¸c kiÓu quan hÖ thuû lùc gi÷a n­íc s«ng vµ n­íc d­íi ®Êt:

KÕt qu¶ quan tr¾c ®éng th¸i n­íc d­íi ®Êt còng x¸c ®Þnh ®­îc ®íi ®éng th¸i thuû v¨n, tøc lµ vïng ®éng th¸i n­íc d­íi ®Êt bÞ chi phèi bëi chÕ ®é thuû v¨n cña s«ng Hång, s«ng §uèng. §ã lµ d¶i réng kho¶ng 3-5 km vÒ hai phÝa (h×nh 5), ë ®ã n­íc d­íi ®Êt vµ n­íc s«ng cã quan hÖ thuû lùc chÆt chÏ, thÓ hiÖn ë sù dao ®éng ®ång pha gi÷a n­íc d­íi ®Êt vµ n­íc s«ng víi biªn ®é dao ®éng n¨m cña mùc n­íc s«ng Hång 7-9 m, cña mùc n­íc d­íi ®Êt tõ 6-7 ®Õn 2-3m theo h­íng xa bê. Còng theo h­íng ®ã hÖ sè t­¬ng quan gi÷a mùc n­íc d­íi ®Êt vµ n­íc s«ng còng gi¶m dÇn tõ 0,97 xuèng 0,51.

Trªn c¬ së nghiªn cøu c¸c luËn cø khoa häc vµ ®Æc ®iÓm ®Þa chÊt thuû v¨n vïng Hµ Néi t¸c gi¶ bµi b¸o nµy ®Ò xuÊt x©y dùng c«ng tr×nh khai th¸c n­íc thÊm läc lµ d¶i ven bê s«ng Hång vµ s«ng §uèng ®­îc giíi h¹n tõ ®ª ra phÝa s«ng (h×nh 5). B·i giÕng ®­a ra cµng gÇn s«ng th× ®é nghiªng thuû lùc cµng lín (h×nh 6) vµ nhËn ®­îc l­u l­îng thÊm tõ s«ng cµng nhiÒu. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cña t¸c gi¶ víi Th.s. Tèng Ngäc Thanh [1] cho thÊy víi diÖn tÝch nh­ nhau nÕu ®Æt b·i giÕng s¸t mÐp n­íc s«ng th× l­u l­îng khai th¸c sÏ t¨ng 2,5 lÇn so víi b·i giÕng c¸ch mÐp n­íc s«ng 200m vµ 3,3 lÇn so víi b·i giÕng c¸ch mÐp n­íc s«ng 400m (h×nh 6 vµ b¶ng sè liÖu kÌm theo).

C«ng tr×nh khai th¸c n­íc thÊm läc ven bê lµ mét d¹ng bæ sung nh©n t¹o n­íc d­íi ®Êt ngÉu nhiªn (bæ sung dùa vµo c¸c nguån n­íc mÆt tù nhiªn mµ kh«ng cÇn c«ng tr×nh dÉn tõ n­íc mÆt xuèng) cÇn ®­îc ¸p dông réng r·i ë c¸c ®íi ven s«ng, hå ë n­íc ta.

Thay cho lêi kÕt chóng t«i cã ®«i ®iÒu kiÕn nghÞ:

- CÇn chó ý nghiªn cøu cÊu tróc ®Þa chÊt vïng ven bê cña c¸c s«ng hå, quan hÖ thuû lùc gi÷a n­íc d­íi ®Êt vµ n­íc mÆt, kÜ thuËt khoan ®­êng kÝnh lín vµ thiÕt bÞ khai th¸c, còng nh­ nghiªn cøu ®¸nh gi¸ t¸c ®éng m«i tr­êng…®Ó x¸c lËp luËn cø khoa häc cho viÖc x©y dùng hÖ thèng c«ng tr×nh khai th¸c n­íc thÊm läc ven bê ë vïng Hµ Néi.

- Vïng ven c¸c s«ng lín (giíi h¹n tõ ®ª ra phÝa s«ng) kh«ng nªn ph¸t triÓn c¸c khu d©n c­ mµ cÇn tiÕn tíi di dêi toµn bé, ®Ó quy ho¹ch n¬i ®©y thµnh c«ng viªn, khu du lÞch, gi¶i trÝ… vµ x©y dùng c¸c c«ng tr×nh khai th¸c n­íc d­íi ®Êt.

H×nh 5. S¬ ®å vÞ trÝ vïng ®éng th¸i thuû v¨n n­íc d­íi ®Êt vµ triÓn väng x©y dùng
c¸c c«ng tr×nh khai th¸c n­íc thÊm läc ven s«ng ë khu vùc Hµ Néi

 H×nh 6. MÆt c¾t ®Þa chÊt thuû v¨n qua s«ng Hång víi c¸c c«ng tr×nh khai th¸c
n­íc thÊm läc theo c¸c ph­¬ng ¸n kh¸c nhau.

1. NguyÔn V¨n §¶n, Tèng Ngäc Thanh, 2000. VÒ kh¶ n¨ng x©y dùng c¸c c«ng tr×nh khai th¸c n­íc thÊm läc ven s«ng Hång - cung cÊp cho thµnh phè Hµ Néi. TC §Þa chÊt, A/260 : 43-49, Hµ Néi.