(LUẬN văn THẠC sĩ) ứng dụng phần mềm visual modflow xây dựng mô hình và đánh giá tiềm năng trữ lượng nước ngầm tỉnh an giang

HỌC VIỆN NƠNG NGHIỆP VIỆT NAM

VŨ HỒI THU

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM VISUAL MODFLOW XÂY DỰNG
MƠ HÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG TRỮ LƯỢNG
NƯỚC NGẦM TỈNH AN GIANG

Chuyên ngành:

Quản lý đất đai

Mã số:

60.85.01.03

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Duy Bình

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016

download by :


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn
và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Tác giả luận văn

Vũ Hoài Thu

i

download by :


LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn, tơi đã nhận được
sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cơ giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè,
đồng nghiệp và gia đình.
Nhân dịp hồn thành luận văn, cho phép tơi được bày tỏ lịng kính trọng và biết
ơn sâu sắc TS. Nguyễn Duy Bình đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian
và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ
môn Quản lý đất đai, Khoa Quản lý đất đai - Học viện Nơng nghiệp Việt Nam đã tận tình
giúp đỡ tơi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hồn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tơi hồn thành luận văn./.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Tác giả luận văn

Vũ Hoài Thu

ii

download by :


MỤC LỤC

Lời cam đoan .................................................................................................................i
Lời cảm ơn ................................................................................................................... ii
Mục lục ...................................................................................................................... iii
Danh mục chữ viết tắt................................................................................................... vi
Danh mục bảng ...........................................................................................................vii
Danh mục hình ...........................................................................................................viii
Trích yếu luận văn ........................................................................................................ ix
Thesis astract ................................................................................................................ xi
Phần 1. Mở đầu ........................................................................................................... 1
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 1

1.2.

Giả thiết khoa học ............................................................................................ 2

1.3.

Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................ 2

1.4.

Phạm vi nghiên cứu ......................................................................................... 2

1.5.

Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học thực tiễn ............................................ 2

Phần 2. Tổng quan tài liệu .......................................................................................... 4
2.1.

Cơ sở lý luận nghiên cứu nước ngầm ............................................................... 4

2.1.1.

Khái quát về nước ngầm .................................................................................. 4

2.1.2.

Lịch sử phát triển nghiên cứu địa chất thủy văn ............................................... 7

2.1.3.

Sử dụng nguồn nước ngầm ............................................................................ 10

2.2.

Tổng quan ứng dụng phần mềm visual modflow trong đánh giá chất
lượng nước ngầm ........................................................................................... 13

2.2.1.

Các phương pháp đánh giá trữ lượng nước ngầm ........................................... 14

2.2.2.

Giới thiệu phần mềm Visual MODFLOW...................................................... 16

2.2.3.

Phương pháp tính tốn ................................................................................... 18

2.2.4.

Điều kiện biên ............................................................................................... 20

2.2.5.

Ứng dụng phần mềm Visual MODFLOW đánh giá trữ lượng nước ngầm ...... 22

Phần 3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ........................................................ 25
3.1.

Địa điểm nghiên cứu ...................................................................................... 25

3.2.

Thời gian nghiên cứu ..................................................................................... 25

iii

download by :


3.3.

Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 25

3.4.

Nội dung nghiên cứu...................................................................................... 25

3.4.1.

Khu vực nghiên cứu ....................................................................................... 25

3.4.2.

Địa chất ......................................................................................................... 25

3.4.3.

Địa chất thủy văn ........................................................................................... 26

3.4.4.

Xây dựng mơ hình ......................................................................................... 26

3.4.5.

Tính tốn cân bằng nước tỉnh An Giang ......................................................... 27

3.4.6.

Tính tốn cân bằng nước theo các kịch bản phát triển nguồn nước ................. 27

3.5.

Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 27

3.5.1.

Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu, số liệu ............................................. 27

3.5.2.

Phương pháp xử lý số liệu với GIS và Excel .................................................. 27

3.5.3.

Phương pháp xây dựng mơ hình cấu trúc 3D.................................................. 28

3.5.4.

Phương pháp xây dựng mơ hình bằng phần mềm Visual MODFLOW ........... 28

3.5.5.

Phương pháp đánh giá tiềm năng nước ngầm ................................................. 29

Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận ................................................................. 30
4.1.

Khu vực nghiên cứu ....................................................................................... 30

4.1.1.

Giới thiệu chung ............................................................................................ 30

4.1.2.

Khí hậu .......................................................................................................... 31

4.1.3.

Thổ nhưỡng và sử dụng đất............................................................................ 32

4.1.4.

Thủy văn ....................................................................................................... 36

4.1.5.

Dân số và sử dụng nước ................................................................................. 38

4.2.

Địa chất ......................................................................................................... 40

4.2.1.

Lịch sử thành tạo địa chất .............................................................................. 40

4.2.2.

Lỗ khoan thăm dò .......................................................................................... 41

4.2.3.

Mô tả địa chất ................................................................................................ 41

4.3.

Địa chất thủy văn ........................................................................................... 46

4.3.1.

Phân tầng địa chất thủy văn ........................................................................... 46

4.3.2.

Tình hình khai thác nước ngầm ...................................................................... 52

4.4.

Xây dựng mơ hình ......................................................................................... 54

4.4.1.

Dữ liệu đầu vào ............................................................................................. 54

4.4.2.

Thiết lập mơ hình cấu trúc 3D ........................................................................ 58

iv

download by :


4.4.3.

Thiết lập mơ hình nước ngầm MODFLOW.................................................... 61

4.4.4.

Hiệu chỉnh và kiểm chứng mơ hình................................................................ 66

4.4.5.

Kết quả hiệu chỉnh mơ hình ........................................................................... 69

4.4.6.

Tính tốn trữ lượng nước ngầm...................................................................... 73

4.5.

Tính tốn cân bằng nước tỉnh An Giang ......................................................... 76

4.5.1.

Phân vùng tính cân bằng nước ....................................................................... 77

4.5.2.

Căn cứ tính tốn nhu cầu sử dụng nước .......................................................... 78

4.5.3.

Tổng hợp dự báo nhu cầu sử dụng nước cho các ngành trong các kỳ quy
hoạch ............................................................................................................. 79

4.5.4.

Sử dụng nước ngầm trong nông nghiệp .......................................................... 80

4.5.5.

Sử dụng nước ngầm trong công nghiệp .......................................................... 82

4.5.6.

Sử dụng nước ngầm trong sinh hoạt ............................................................... 83

4.6.

Tính tốn cân bằng nước theo các kịch bản phát triển nguồn nước ................. 84

Phần 5. Kết luận và kiến nghị ................................................................................... 93
5.1.

Kết luận ......................................................................................................... 93

5.2.

Kiến nghị ....................................................................................................... 94

Tài liệu tham khảo ....................................................................................................... 95

v

download by :


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Nghĩa tiếng việt

QSDĐ

: Quyền sử dụng đất

SDĐ

: Sử dụng đất

UBND

: Ủy ban nhân dân

vi

download by :


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Mười năm quốc gia dẫn đầu thế giới về khai thác sử dụng nước ngầm....... 11
Bảng 2.2. Tỷ trọng khai thác tài nguyên nước ngầm tại Việt Nam ............................. 12
Bảng 4.1. Tổng lượng mưa tại An Giang qua một số năm ......................................... 31
Bảng 4.2. Đặc điểm khai thác nước ngầm các vùng ................................................... 53
Bảng 4.3. Tổng hợp thông tin về các thông số ........................................................... 55
Bảng 4.4. Khai thác nước ngầm tại 11 huyện, thành phố thuộc tỉnh An Giang
năm 2015 .................................................................................................. 65
Bảng 4.5. Giá trị hệ số độ rỗng của các tầng địa chất thủy văn................................... 74
Bảng 4.6. Kết quả tính tốn trữ lượng khai thác tiềm năng của từng tầng................... 75
Bảng 4.7. Bảng tính chiều sâu mực nước hạ thấp cho phép của từng huyện thị ......... 75
Bảng 4.8. Trữ lượng nước ngầm (nước nhạt) có thể khai thác.................................... 76
Bảng 4.9. Dự báo nhu cầu sử dụng nước cho các ngành năm 2020 ............................ 79
Bảng 4.10. Dự báo nhu cầu sử dụng nước cho các ngành năm 2025 ............................ 80
Bảng 4.11. Tỷ lệ sử dụng nước ngầm trong nuôi trồng thủy sản tỉnh An Giang
năm 2015 .................................................................................................. 81
Bảng 4.12. Tỷ lệ sử dụng nước ngầm trong công nghiệp tỉnh An Giang năm 2015 ...... 82
Bảng 4.13. Tỷ lệ sử dụng nước ngầm trong sinh hoạt tỉnh An Giang năm 2015 .......... 83
Bảng 4.14. Tỷ lệ sử dụng nước ngầm so với tổng nhu cầu nước cho các ngành đến

năm 2020 theo kịch bản giảm 15% mỗi năm ............................................. 86
Bảng 4.15. Tỷ lệ sử dụng nước ngầm so với tổng nhu cầu nước cho các ngành
đến năm 2020 theo kịch bản tăng 5% mỗi năm .......................................... 87
Bảng 4.16. Tỷ lệ sử dụng nước ngầm so với tổng nhu cầu nước cho các ngành đến
năm 2020 theo kịch bản tăng 10% mỗi năm .............................................. 87
Bảng 4.17. Tỷ lệ sử dụng nước ngầm so với tổng nhu cầu nước cho các ngành đến
năm 2025 theo kịch bản giảm 15% mỗi năm ............................................. 88
Bảng 4.18. Tỷ lệ sử dụng nước ngầm so với tổng nhu cầu nước cho các ngành đến
năm 2025 theo kịch bản tăng 5% mỗi năm ................................................ 88
Bảng 4.19. Tỷ lệ sử dụng nước ngầm so với tổng nhu cầu nước cho các ngành đến
năm 2025 theo kịch bản tăng 10% mỗi năm .............................................. 89
Bảng 4.20. Khả năng đáp ứng nước ngầm cho các ngành đến năm 2020 ..................... 90
Bảng 4.21. Khả năng đáp ứng nước ngầm cho các ngành đến năm 2025 ..................... 90

vii

download by :


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1.

Phân bố nước trên Trái Đất.................................................................................4

Hình 2.2.

Các đơn vị địa chất thủy văn................................................................................6

Hình 2.3.

Các yếu tố ảnh hưởng đến trữ lượng nước ngầm ................................................7

Hình 2.4.

Mơ hình lan truyền chất độc hại dạng 3D được xây dựng bằng phần mềm
Visual MODFLOW Flex ...................................................................................17

Hình 2.5.

Ơ lưới và các loại ô trong mô hình ....................................................................20

Hình 2.6.

Minh họa biên sông trong mơ hình MODFLOW ..............................................21

Hình 4.1.

Bản đồ địa giới hành chính tỉnh An Giang ........................................................30

Hình 4.2.

Sơ đồ phân bố vùng nguồn gốc nước ngầm tầng Holocen. ...............................57

Hình 4.3.

Mơ hình cấu trúc 3D các tầng nước ngầm .........................................................58

Hình 4.4.

Mặt cắt ngang từ mơ hình ArcHydro Groundwater ..........................................60

Hình 4.5.

Các lỗ khoan và mạng lưới các mặt cắt thể hiện trong mơ hình ........................61

Hình 4.6.

Mặt cắt thể hiện ranh giới các tầng địa chất thủy văn trong mơ hình
Visual MODFLOW ...........................................................................................62

Hình 4.7.

Kết quả sai số giữa chỉ số mực nước trên mơ hình với chỉ số mực nước
thực tế sau 10 năm khai thác của hai lỗ khoan quan trắc a) 203-II và b)
Q204010 trước (ảnh bên trái) và sau (ảnh bên phải) khi hiệu chỉnh ...............67

Hình 4.8.

Mực nước ngầm tỉnh An Giang đến năm 2024 tại ba tầng nước ngầm a)
Tầng nước ngầm Pleistocen thượng; b) Tầng nước ngầm Pleistocen
trung-thượng; c) Tầng nước ngầm Pliocen trung ..............................................68

Hình 4.9.

Giá trị hệ số dẫn nước thủy lực (k) của ba tầng nước ngầm: a) Pleistocen
thượng, b) Pleistocen trung-thượng, c) Pliocen trung. Màu sắc thể hiện
các giá trị của hệ số dẫn nước thủy lực theo như trong hình 4.10 .....................71

Hình 4.10. Giá trị hệ số dẫn nước thủy lực sau hiệu chỉnh mơ hình ...................................71
Hình 4.11. Giá trị hệ số nhả nước trọng lực của ba tầng nước ngầm: a) Pleistocen

thượng, b) Pleistocen trung-thượng, c) Pliocen trung.Màu sắc thể hiện
các giá trị của hệ sốnhả nước trọng lực theo như trong hình 4.10 .....................73
Hình 4.12. Giá trị hệ số dẫn nước thủy lực sau hiệu chỉnh mơ hình ...................................73
Hình 4.13. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi mực nước tại điểm879-III (tọa độ
532308.6m, 1148918.96m) nằm trong vùng 1 ..................................................85
Hình 4.14. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi mực nước tại điểm CD014 (tọa
độ532308.6m,1166435.15m) nằm trong vùng 2 ...............................................85
Hình 4.15. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi mực nước tại LK 08 (tọa độ 514927m,
1196463m) nằm trong vùng 3 ...........................................................................86

viii

download by :


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Tên tác giả: Vũ Hồi Thu
Tên Luận văn: “Ứng dụng phần mềm Visual MODFLOW xây dựng mô hình và
đánh giá tiềm năng trữ lượng nước ngầm tỉnh An Giang”
Ngành: Quản lý đất đai

Mã số: 60:85.01.03

Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nơng nghiệp Việt Nam
Mục đích nghiên cứu:
- Áp dụng phần mềm visual MODFLOW xây dựng mô hình nước ngầm trên địa
bàn tỉnh An Giang.
- Đánh giá tiềm năng trữ lượng nước ngầm trên địa bàn tỉnh An Giang, qua đó
tính tốn cân bằng nước làm cơ sở phục vụ cho công tác quy hoạch, khai thác và quản
lý nguồn nước ngầm trên địa bàn tỉnh, đảm bảo cho sự phát triển bền vững.

Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu, số liệu;
- Phương pháp xử lý số liệu với GIS và Excel;
- Phương pháp xây dựng mơ hình cấu trúc 3D;
- Phương pháp xây dựng mơ hình bằng phần mềm Visual MODFLOW;
- Phương pháp đánh giá tiềm năng nước ngầm.
Kết quả chính và kết luận
Dữ liệu thông tin về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tỉnh An Giang liên quan
đến tài nguyên nước ngầm, đặc biệt dữ liệu thông tin về lịch sử địa chất, đặc điểm khí
tượng, thủy văn, địa hình, địa chất thủy văn của tỉnh.
Trên cơ sở dữ liệu địa chất thủy văn và các giếng khai thác nước ngầm luận văn
đã sử dụng module ArcHydro Groundwater của ArcGIS để xây dựng mơ hình cấu trúc
địa chất thủy văn 3D địa bàn tỉnh An Giang, qua đó đã thực hiện kiểm tra trực quan các
dữ liệu thu thập được từ các nguồn khác nhau.
Luận văn đã xây dựng thành cơng mơ hình MODFLOW, để mơ tả các điều kiện
địa chất thủy văn, kể cả dòng chảy nước ngầm tỉnh An Giang. Thơng qua q trình hiệu
chỉnh bộ thơng số và kiểm định mơ hình, bước đầu đã khẳng định được mơ hình có khả
năng mơ phỏng điều kiện thực tế, tạo cơ sở cho việc tính tốn trữ lượng khai thác tiềm
năng nguồn nước ngầm của tỉnh.
Xây dựng các kịch bản khai thác nước ngầm phục vụ cho phát triển tại địa

ix

download by :


phương. Nguồn nước ngầm trước hết được ưu tiên phục vụ cho sinh hoạt của người dân,
tùy theo đặc điểm từng địa phương mà tiếp tục khai thác phục vụ cho cơng nghiệp và
thậm chí là các hoạt động sản xuất khác như tưới tiêu, chăn ni... Trong q trình khai
thác cần chú ý đến sự giảm mực nước của các tầng địa chất, đảm bảo sự bền vững của

nguồn tài nguyên cũng như phát triển kinh tế, xã hội.

x

download by :


THESIS ABSTRACT
Master candidate: Vu Hoai Thu
Thesis title: “Visual MODFLOW software application for modeling and assessment
of potential groundwater resource, An Giang province”
Major:Land Management

Code: 60:85.01.03

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)
Objectives
- Applying the Visual MODFLOW software for modeling groundwater model,
An Giang province.
- Assassing the potential groundwater resource of An Giang province,
calculating water balance as a basic factor for planing, management and exploiting the
groundwater resource of the province, ensuring for stable development.
Methods
- Methods of collecting, sumarizing documents, data;
- Methods of processing data by GIS and Execl;
- Methods of modeling 3D structure model;
- Methods of modeling by Visual MODFLOW software;
- Methods of assessing potential groundwater resource.
Main results and conclusions
The data base about natural socio-economic conditions of An Giang related to

groundwater resources, particularly the data about geological history, characteristics of
meteorology, hydrology, topography, hydro-geology was built.
Basing on data about hydrogeology and supplying wells, the thesis used module
of ArcGIS ArcHydro Groundwater to build hydrogeological structure 3D model of An
Giang province, making a visual survey to test data collected from various sources.
Thesis has built successfully MODFLOW model, to describe the
hydrogeological conditions, including groundwater flows in An Giang area. Through
the process of adjusting the parameters and test models, initially confirmed the model is
capable of simulating real conditions, provide the basis for calculating the potential
reserve of underground water resources of the province.
Construction of groundwater extraction scenarios to serve the local development
was built. First priority of the groundwater sources is used for activities of people,
xi

download by :


depending on the characteristics of each locals, continuing to serve the industry and
even other productive activities such as irrigation, livestock ... In the extraction process,
paying attention to the water level decreasing of geological layers, ensuring the
sustainability of natural resources as well as economic development and social
development.

xii

download by :


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Nước là nguồn tài quyết định đối với sự tồn tại và phát triển của sự sống
trên Trái Đất. Đặc điểm của tài nguyên nước là được tái tạo theo quy luật thời
gian và khơng gian. Nhưng ngồi quy luật tự nhiên, hoạt động của con người đã
tác động không nhỏ đến vịng tuần hồn của nước.
Các nguồn cung cấp nước trên Trái đất rất đa dạng. Tuy chỉ chiếm 3%
trong tổng số nước trên Trái đất, nước ngọt đóng vai trò rất lớn đối với sự sống và
phát triển của các sinh vật trên Trái đất. Trong đó có 68,7% là từ các núi băng và
sông băng, 30,1% là nước ngầm, 0,3% nước mặt ngọt và 0,9% từ các nguồn khác.
Từ xưa, con người đã sử dụng nguồn nước ngầm (hay nước ngầm) để đáp
ứng những nhu cầu sinh hoạt hàng ngày, và đến bây giờ thì nước ngầm vẫn là
nguồn nước quan trọng cung cấp cho sinh hoạt và sản xuất của con người. Tuy
nhiên, tỉ lệ thuận với sự phát triển của đất nước và xã hội là việc đẩy mạnh khai
thác nước ngầm, khiến nguồn nước quý giá này ngày càng trở lên kiệt quệ, cả về
số lượng lẫn chất lượng. Vấn đề đặt ra cấp bách hiện nay là cần phải đánh giá
chính xác trữ lượng nước ngầm ở hiện tại, để làm cơ sở cho cơng tác quản lý các
nguồn nước ngầm, kiểm sốt được các hoạt động khai thác để cân bằng được trữ
lượng nước ngầm, đảm bảo cung cấp cho thế hệ tiếp sau sử dụng và cho sự phát
triển bền vững của môi trường.
An Giang là tỉnh ở miền Tây Nam Bộ, thuộc đồng bằng sông Cửu Long,
một phần nằm trong vùng Tứ giác Long Xuyên, có biên giới Việt Nam –
Campuchia, là một địa phương có sự đa dạng về dân tộc và tôn giáo.
Với tốc độ phát triển của tỉnh trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng
nước cho các hoạt động trong phát triển kinh tế và sinh hoạt của người dân là rất
lớn. Tỉnh có hai con sông lớn là sông Tiền và sông Hậu chảy qua, nhưng, trên
thực tế, tình trạng suy kiệt nguồn nước trong hệ thống sông, hạ lưu các hồ chứa
và nước ngầm ở tỉnh đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng. Trữ lượng nước
ngầm của tỉnh An Giang không nhiều và phân bố không đồng đều. Nguồn nước
ngầm tập trung chủ yếu tại các huyện ven sông Hậu, sông Tiền và tương đối thấp
ở các huyện khác. Theo kết quả điều tra, khảo sát, lượng nước ngầm khai thác và
sử dụng chiếm khoảng hơn 10% tổng trữ lượng nước ngầm của toàn tỉnh.

Trước thực tế đó, nhu cầu xác định hiện trạng nguồn tài nguyên quý giá
này cả về số lượng và chất lượng để có các biện pháp đúng đắn trong việc quản
1

download by :


lý và bảo vệ, tránh các nguy cơ suy thoái và cạn kiệt cho nguồn nước ngầm,
hướng tới mục tiêu phát triển bền vững là hết sức cấp thiết và chính đáng.
Với sự phát triển của cơng nghệ thơng tin cùng với các phương pháp giải
sai phân và các tiến bộ về thủy động lực, một xu hướng mới trong việc đánh giá
trữ lượng nước ngầm là sử dụng các mơ hình tốn để mơ phỏng lại động thái của
các thành phần nước ngầm. Visual MODFLOW là một phần mềm ứng dụng
cung cấp mơi trường xây dựng mơ hình hồn thiện nhất đối với dòng chảy nước
ngầm theo ba chiều và chuyển vận của chất ô nhiễm.
Với những lý do trên, tôi thực hiện đề tài: “Ứng dụng phần mềm Visual
MODFLOW xây dựng mơ hình và đánh giá tiềm năng trữ lượng nước ngầm
tỉnh An Giang”.
1.2. GIẢ THIẾT KHOA HỌC
Đánh giá trữ lượng là bài toán thường gặp trong quản lý và quy hoạch
khai thác nước ngầm. Phương pháp truyền thống chỉ đánh giá truyền thống chỉ
đánh giá trữ lượng nước ngầm tĩnh (dịng chảy khơng thay đổi theo thời gian),
trong khi phương pháp mơ hình hóa cho phép tính toán động thái với nhiều kịch
bản khai thác nước ngầm khác nhau. Phương pháp mơ hình đã được thực hiện
trong nhiều nghiên cứu trên thế giới và thu được những kết quả tích cực. Mơ hình
dịng chảy nước ngầm tại tỉnh An Giang để đánh giá tiềm năng trữ lượng nước
ngầm trong đề tài này là nghiên cứu đầu tiên áp dụng cho tỉnh An Giang.
1.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Áp dụng phần mềm visual MODFLOWxây dựng mơ hình nước ngầm
trên địa bàn tỉnh An Giang.

- Đánh giá tiềm năng trữ lượng nước ngầm trên địa bàn tỉnh An Giang,
qua đó tính tốn cân bằng nước làm cơ sở phục vụ cho công tác quy hoạch, khai
thác và quản lý nguồn nước ngầm trên địa bàn tỉnh, đảm bảo cho sự phát triển
bền vững.
1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Tập trung nghiên cứu tài nguyên nước ngầm trên toàn bộ tỉnh An Giang
và các vấn đề cân bằng nước liên quan.
1.5. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỄN
Trước các thách thức của quá trình phát triển và hội nhập, nhu cầu sử
dụng nguồn tài nguyên nước ngầm ngày càng tăng. Tuy nhiên, đây cũng là một
2

download by :


nguồn tài nguyên dễ bị tổn hại, kéo theo hiện tượng sụt lún đất và nhiễm mặn nếu
không được quản lý và khai thác hợp lý, thậm chí là cạn kiệt. Nghiên cứu này nỗ
lực ứng dụng mơ hình MODFLOW, nhằm mục đích tính tốn tiềm năng trữ
lượng nước ngầm phục vụ công tác quy hoạch, quản lý và khai thác nước ngầm
tỉnh An Giang, đáp ứng mục tiêu bảo vệ tài nguyên và phát triển bền vững.

3

download by :


PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU NƯỚC NGẦM
2.1.1. Khái quát về nước ngầm

Khoảng 30,1% tổng lượng nước ngọt trên Trái đất nằm bên dưới bề mặt
đất. Hầu hết lượng nước ngọt dạng này được tìm thấy dưới các lớp đá và đất bão
hịa nước, hay nói cách khác, đây chính là lượng nước trong các khe rỗng, khe
hở, vết nứt trong các tầng địa chất. Ta gọi lượng nước trong khu vực bão hòa
dưới bề mặt đất là nước ngầm.

Hình 2.1. Phân bố nước trên Trái Đất
Nguồn: water.usgs.gov/edu/watercyclevietnamese

Các tầng địa chất nằm bên dưới bề mặt đất có cấu trúc sắp xếp phức tạp,
bao gồm các vật liệu khác nhau cùng với các đặc điểm địa chất thủy văn riêng
biệt. Cấu trúc vật liệu có ảnh hưởng lớn đến các tính chất lý, hóa học của nước
ngầm. Các nhà thủy văn học nghiên cứu dòng chảy ngầm thường quan tâm đến
ảnh hưởng của sự phân bố các vật chất khác nhau trong tầng nước ngầm đối với
hình dạng, tốc độ di chuyển của nước ngầm và cách thức mà nước tương tác hóa
học với vật chất tự nhiên (Vũ Ngọc Kỷ, 2008).
Trong đất đá bão hịa nước, có tất cả các dạng nước tham gia vào cấu trúc
của vật chất khoáng, lấp đầy các lỗ hổng mao dẫn và tạo thành những mặt lồi ở
những nơi tiếp giáp các hạt rắn. Phần không gian còn lại của lỗ hổng và khe nứt
4

download by :


chứa đầy nước trọng lực có thể chuyển động tự do dưới ảnh hưởng của lực trọng
trường và chảy từ nơi này đến nơi khác dưới tác dụng của sự chênh lệch áp lực
thủy tĩnh. Sự chuyển động như vậy của nước trong mơi trường lỗ hổng là hình
thức chuyển động chủ yếu của nước ngầm. Môi trường lỗ hổng nước thấm qua
gọi là môi trường thấm.
Trong môi trường lỗ hổng, nước ngầm chỉ chuyển động dọc theo hệ thống

khe hở có kích thước, hình dáng và sự phân bố rất khác nhau, nhưng lối liền với
nhau tạo thành kênh dẫn. Do tính chất khúc khuỷu phức tạp của kênh dẫn và sự
biến đổi tương ứng của tốc độ chuyển động của nước dọc theo các kênh dẫn đó,
nên khơng thể nghiên cứu chính xác sự chuyển động của nước theo từng điểm
trong không gian của kênh hoặc dọc theo từng kênh dẫn riêng biệt, mà phải
nghiên cứu trên toàn bộ mặt cắt ngang mơi trường thấm nói chung.
Chuyển động của nước ngầm trong lỗ hổng của đất đá có thể dưới dạng
chảy tầng hoặc chảy rối. Chảy tầng là sự chuyển động mà các tia dòng dịch
chuyển đồng đều, song song với nhau không cắt nhau và không bị rối loạn, mật
độ dòng chảy liên tục. Chảy rối là sự chuyển động của nước với tốc độ lớn, các
tia dòng rối loạn, đứt đoạn và cắt lẫn nhau. Trong điều kiện tự nhiên, chuyển
động của nước ngầm trong môi trường thấm thường là chảy tầng. Chỉ trong hang
hốc và các khe nứt có kích thước lớn hoặc trong những đới cục bộ do tác dụng
của các cơng trình lấy nước với cường độ lớn, thì vận động của nước ngầm mới
chuyển sang trạng thái chảy rối.
Không phải tất cả các lớp địa chất đều là tầng nước ngầm. Tầng địa chất ít
thấm (aquiclude) là một dạng địa chất mà có thể chứa nước nhưng khơng dẫn
nước với khối lượng đáng kể. Đất sét và đá phiến sét là những ví dụ của tầng địa
chất ít thấm. Tầng địa chất không chứa/ dẫn nước (aquifuse) là một dạng địa chất
không chứa cũng không dẫn nhiều nước. Đá tinh thể không gắn kết thuộc dạng
địa chất này. Thuật ngữ phổ biến hơn, tầng địa chất cách nước (aquitard), thường
được sử dụng để biểu thị dạng địa chất có độ thấm rất thấp, và có thể bao gồm cả
tầng địa chất ít thấm và tầng địa chất không chứa/ dẫn nước.
Tầng nước ngầm được phân loại dựa trên điều kiện thủy lực cũng như loại
vật liệu. Nước ngầm theo định nghĩa liên quan đến nước trong vùng bão hòa dưới
bề mặt đất; một loại tầng nước ngầm là một tầng nước ngầm tự do hoặc tầng
nước ngầm không áp (unconfined aquifer). Nếu ta đào sâu vào đất, lớp đất gần bề

5

download by :


mặt thường khơng bão hịa (vùng khơng bão hịa). Xuống sâu hơn phẫu diện đất,
điều kiện bão hòa chiếm ưu thế (khu vực bão hòa). Mực nước ngầm được định
nghĩa là một bề mặt có áp suất bằng khơng dưới mặt đất và là ranh giới giữa khu
vực bão hòa và khơng bão hịa. Nước sẽ chảy vào hố đào hay giếng nước lên đến
mức này; mực nước ngầm tươg đương với một bề mặt tự do. Một tầng nước
ngầm có mực nước ngầm như là bề mặt giới hạn trên của tầng nước ngầm có tên
gọi là tầng nước ngầm tự do, khơng bị giới hạn.

Hình 2.2. Các đơn vị địa chất thủy văn
Nguồn: desertfm.com

Loại tầng nước ngầm thứ hai là tầng nước ngầm có áp (confined aquifer).
Đây là loại tầng nước ngầm được bao bọc phía trên bởi một lớp địa chất có độ
thấm nước nước rất nhỏ, gần bằng khơng (tầng địa chất ít thấm). Nước trong tầng
nước ngầm có áp thường chịu áp lực và, trong một giếng khoan xâm nhập vào
sâu trong tầng nước ngầm này, nước trong giếng sẽ dâng lên vượt qua phần đỉnh
của tầng. Bề mặt áp hay mặt áp thủy lực ứng với mực nước trong một giếng
khoan có đáy thơng với tầng nước ngầm có áp (Nguyễn Duy Bình, 2012).

6

download by :


Hình 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến trữ lượng nước ngầm
Nguồn: Emily S.Siegel (2014)

Các yếu tố ảnh hưởng đến trữ lượng nước ngầm:
- Yếu tố tự nhiên: khả năng chứa nước của các tầng địa chất, lượng mưa,
lượng bốc hơi, địa hình, khả năng cấp từ các dịng mặt (sông, suối, ao, hồ…).
- Yếu tố nhân tạo: các hoạt động khai thác nước ngầm của con người phục
vụ cho nhu cầu sinh hoạt và phát triển của đất nước.
2.1.2. Lịch sử phát triển nghiên cứu địa chất thủy văn
Ngoài nước:
Tại hầu hết các nước phương Tây, quản lý tổng hợp tài nguyên nước nói
chung và quản lý nước ngầm nói riêng đã được thực hiện từ những năm 1980.
Một cách tóm tắt quản lý thống nhất tài nguyên nước là việc quản lý một cách hài
hòa 3 yếu tố: 1) Tài nguyên nước sẵn có, 2) Hệ thống kinh tế - xã hội - con
người, 3) Cơ sở hạ tầng. Cụ thể hóa 3 yếu tố này trong quản lý, qui hoạch, sử
dụng, phát triển và bảo vệ bền vững tài nguyên nước ngầm là: 1) Các hệ thống
nước ngầm, 2) Nhu cầu sử dụng nước ngầm bao gồm cả các ảnh hưởng của con
người tới nguồn nước ngầm như: nhiễm bẩn nước ngầm, hạ thấp quá mức mực

7

download by :


nước ngầm, 3) Toàn bộ các lỗ khoan khai thác nước ngầm hiện có và dự kiến sẽ
thực hiện trong tương lai.
Hội quốc tế các nhà địa chất thủy văn (International Association for
Hydrologeologists - IAH) đã tổ chức nhiều cuộc hội thảo và ban hành nhiều phương
pháp lập bản đồ địa chất thủy văn và phương pháp nghiên cứu đánh giá nước ngầm,
đặc biệt là chú giải lập bản đồ địa chất thủy văn được xuất bản năm 1995.
Ở Mỹ và Canada, việc nghiên cứu tin học trong địa chất đang rất phát
triển. Các công ty và viện nghiên cứu như Boss International và Waterloo
Hydrologic sản xuất các phần mềm đang được ứng dụng rộng rãi trong việc lập

mơ hình nước ngầm như là GMS và MODFLOW (Liên đoàn Quy hoạch và Điều
tra Tài nguyên nước miền Nam, 2007).
Trong nước:
Nước ngầm là nguồn tài nguyên rất quan trọng trong sự nghiệp phát triển
kinh tế của mỗi địa phương.
Nghiên cứu điều tra nguồn tài nguyên này, Nhà nước đã đầu tư các đề án,
đề tài nghiên cứu về điều kiện địa chất thủy văn, lập bản đồ địa chất thủy văn,
đánh giá chất lượng và trữ lượng nước ngầm, ứng dụng tin học trong phân tích
quản lý từ đó đề ra các giải pháp quản lý, qui hoạch, phát triển và bảo vệ bền
vững tài nguyên nước ngầm. Trong những công trình nghiên cứu từ sau năm
1975 đến nay, đáng chú ý là các cơng trình (Theo Liên đồn Quy hoạch và Điều
tra tài nguyên nước miền Nam, 2007):
- Năm 1983, Liên đồn Địa chất thủy văn- Địa chất cơng trình miền
Nam thực hiện Báo cáo thành lập Bản đồ Địa chất thủy văn Việt Nam tỷ lệ
1:500.000 do tiến sĩ Trần Hồng Phú làm chủ biên. Kết quả nghiên cứu đã chia
đất đá chứa nước trong vùng An Giang ra làm 3 phức hệ chứa nước lỗ hổng là
Holocen (QIV), Pleistocen (QI-III), Pliocen (N2) và phức hệ chứa nước khe nứt
Mesozoi (Mz).
- Năm 1992, Liên đoàn Địa chất thủy văn- Địa chất cơng trình miền
Nam thành lập mạng quan trắc quốc gia động thái nước ngầm đồng bằng Nam
Bộ do kỹ sư Trần Văn Lã làm chủ biên. Trong tỉnh An Giang có 03 cụm quan
trắc đặt tại xã Vĩnh Thạnh Trung-huyện Châu Phú (cụm Q407), thành phố
Long Xuyên (cụm Q408) và thị xã Châu Đốc (Q004) nghiên cứu các động thái
các tầng nước ngầm.

8

download by :

- Năm 1993, Liên đoàn Địa chất thủy văn- Địa chất cơng trình miền Nam
lập Bản đồ Địa chất thủy văn Nam Bộ tỷ lệ 1:200.000 do kỹ sư Bùi Thế Định
làm chủ biên. Tác giả đã chia đất đá chứa nước có trong vùng An Giang ra làm 5
đơn vị chứa nước: QIV, QII-III, QI,N2, MZ. Trong đó, các tầng nước ngầm QII-III,
QI, N2 có khả năng chứa nước từ trung bình đến giàu.
- Năm 1992-1995 Liên đồn Địa chất thuỷ văn 8 (nay là Liên đoàn Quy
hoạch và điều tra tài nguyên nước miền Nam) đã lập báo cáo tìm kiếm-đánh giá
trữ lượng khai thác nước ngầm vùng Long Xuyên tỉ lệ 1:50.000 do kỹ sư Phạm
Văn Giắng làm chủ biên. Kết quả nghiên cứu đã tìm thấy tầng nước ngầm có
triển vọng khai thác nước là tầng Pliocen giữa (n22).
- Năm 2004, Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Nam lập Báo cáo phân chia
địa tầng N-Q vùng đồng bằng Nam Bộ do Thạc sĩ Nguyễn Huy Dũng và Trần
Văn Khoáng làm chủ biên. Kết quả của báo cáo là cơ sở để các cơng trình nghiên
cứu tiếp theo trong vùng An Giang phân chia lại các phân vị địa tầng địa chất
thủy văn.
Nhìn chung, các cơng trình nghiên cứu trước đây đã cung cấp có hệ thống
về phân chia địa tầng địa chất thủy văn, đặc điểm phân bố, mức độ chứa nước,
chất lượng và trữ lượng tiềm năng của các tầng nước ngầm. Tuy nhiên, do các
báo cáo này được thực hiện ở các thời điểm khác nhau, qui mô và phục vụ cho
các mục đích khác nhau nên cách thành lập các loạt bản đồ địa chất thủy văn
cũng khác nhau, không theo một chú giải thống nhất, cụ thể:
- Các báo cáo thăm dò khai thác nước ngầm, bản đồ địa chất thủy văn có
tỷ lệ 1:25.000 hay 1:50.000 được thành lập theo phương pháp lập bản đồ của
Liên Xô, phương pháp này lấy thang màu địa chất làm cơ sở, làm cho bản đồ địa
chất thủy văn dễ lẫn lộn với bản đồ địa chất, những thông tin cơ bản của tầng
nước ngầm được thể hiện một cách mờ nhạt.
- Cách phân chia địa tầng địa chất thủy văn qua từng thời kỳ còn khác
nhau nhiều cần phải thống nhất lại mới có thể sử dụng được. Mặt khác, cơng tác
lập bản đồ địa chất thủy văn ở An Giang cần phải được thành lập theo Quy chế
lập bản đồ địa chất thủy văn tỷ lệ 1:50.000 đến 1:25.000 do Bộ Công nghiệp ban

hành (năm 2001) để thống nhất và dễ sử dụng.
Từ những năm 1990 đến nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công
nghệ thông tin, việc ứng dụng tin học trong nghiên cứu nước ngầm được đẩy

9

download by :


mạnh, tin học đã hỗ trợ rất hiệu quả trong lưu trữ, xử lý số liệu, tính tốn, mơ
hình hố về địa chất thủy văn. Nhiều cơng trình đã được nghiên cứu và áp dụng
rộng rãi, đáng chú ý là các cơng trình sau:
- Năm 1998 - 2000, được tài trợ của Quỹ Miliev, Công ty Haskoning - Hà
Lan và Liên đồn Địa chất thủy văn- Địa chất cơng trình miền Nam hợp tác
nghiên cứu nước ngầm đồng bằng sông Cửu Long. Đề tài đã thành lập cơ sở dữ
liệu, xây dựng mơ hình dịng chảy nước ngầm trên tồn đồng bằng. Kết quả đề
tài đã đưa ra những kinh nghiệm q báu, đạt hiệu quả cao trong cơng tác nghiên
cứu quản lý địa chất thủy văn đồng bằng Nam Bộ.
- Năm 2000 - 2001: Liên đoàn Địa chất thủy văn- Địa chất cơng trình
miền Nam đã thực hiện Đề án quy hoạch và sử dụng nước ngầm TP. Hồ Chí
Minh; đề án đã điều tra hiện trạng khai thác nước, lập Bản đồ Địa chất thủy văn
TP. Hồ Chí Minh tỷ lệ 1:50.000, xây dựng cơ sở dữ liệu và mơ hình nước ngầm
bằng phần mềm GMS.
Tóm lại, điều tra hiện trạng, quy hoạch khai thác và xây dựng cơ sở dữ
liệu thực ra là biên hội loạt bản đồ địa chất thủy văn, ứng dụng tin học trong quản
lý nước ngầm và mơ hình hố trong địa chất thủy văn đang được tiến hành rộng
rãi ở các địa phương trong cả nước, thực tế đã hỗ trợ cho quản lý và quy hoạch
tài nguyên nước ngầm.
2.1.3. Sử dụng nguồn nước ngầm
Từ lâu, con người đã biết sử dụng nguồn nước ngầm cho các hoạt động

sinh hoạt, sản xuất hàng ngày. Đặc biệt ở những vùng khí hậu khơ hạn, vào mùa
cạn khi nguồn nước mặt khan hiếm thì nước ngầm trở nên vô cùng quý giá.
Hoạt động khai thác nước ngầm bắt nguồn từ sự phát triển các giếng và
kỹ thuật bơm từ những năm 1950. Trước đây, hoạt động này chỉ được sử dụng
ở các vùng khô cằn nhưng sau đó nhanh chóng lan ra các vùng có khí hậu ẩm
ướt hơn ở châu Á. Mức độ khai thác nước ngầm đã lên đến đỉnh điểm ở
Mexico, Tây Ban Nha, Bắc Phi và Mỹ. Ở khu vực Nam Á, dưới áp lực gia tăng
dân số, nhu cầu sử dụng nước tăng nhanh chóng, gây nguy cơ suy thoái nguồn
tài nguyên nước ngầm.

10

download by :


download by :

Bảng 2.1. Mười năm quốc gia dẫn đầu thế giới về khai thác sử dụng nước ngầm

STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

11
12
13
14
15

Quốc gia
Ấn Độ
Trung Quốc
Hoa Kỳ
Pakistan
Iran
Bangladesh
Mexico
Saudi Arabia
Indonesia
Turkey
Nga
Syria
Nhật Bản
Thái Lan
Italy

Dân số 2010
(nghìn người)

Lượng nước ngầm khai thác
Lượng khai thác ước tính
năm 2010 (km3/năm)

1.224.614
1.341.335
310.384
173.593
73.974
148.692
113.423
27.448
239.871
72.752
142.985
20.411
126.536
69.122
60.551

251,00
111,95
111,70
64,82
63,40
30,21
29,45
24,24
14,93
13,22
11,62
11,29
10,94
10,74

10,40

Sử dụng trong lĩnh vực (%)
Nông nghiệp
89
54
71
94
87
86
72
92
2
60
3
90
23
14
67

Sinh hoạt
9
20
23
6
11
13
22
5
93

32
79
5
29
60
23

Công nghiệp
2
26
6
0
3
2
6
3
5
8
18
5
48
26
10

Nguồn: National Groundwater Association (2016)
11


Bình quân trên thế giới, tỷ lệ khai thác nước ngầm chiếm 20% so với
lượng nước mặt được khai thác.

- Khu vực Trung Đông nơi nguồn nước mặt khan hiếm, người ta đã khai
thác tối đa nguồn nước ngầm để phục vụ cho các nhu cầu nên ở khu vực này tỷ lệ
sử dụng nước ngầm cao như: Kuwai tỷ lệ nước ngầm được khai thác chiếm tới
88% lượng nước mặt được khai thác, Ả-rập Xê-út chiếm 85,3%, Tiểu vương
quốc Ả Rập chiếm 79%, Israel chiếm 70%.
- Nhiều nước Nam Á cũng chiếm tỷ lê cao về khai thác nước ngầm so với
nước mặt như: Bangladesh chiếm trên 70%, Ấn Độ chiếm 85,3%, ngay cả lĩnh
vực tưới cho nông nghiệp là khu vực sử dụng nhiều nước như Bangladesh, Ấn
Độ, Pakistan thì tỷ lệ diện tích tưới bằng nước ngầm cũng chiếm trên 40% so với
diện tích được tưới bằng nước mặt.
Việt Nam là quốc gia có tài nguyên nước ngầm khá lớn, đứng thứ 34 so
với 155 quốc gia và vùng lãnh thổ theo liệt kê của 3 tổ chức quốc tế WR1,
VNDP, UNEP, WB đăng trên World Resources xuất bản năm 2001, nhưng việc
khai thác sử dụng nước ngầm ở Việt Nam còn ở mức thấp so với nước mặt.
Ở Việt Nam, tài nguyên dự báo nước ngầm trong các thành tạo chứa nước
chính (thành tạo bở rời, đá vơi, lục ngun, bazan…) ước tính khoảng 172,6 triệu
m3/ngày, trong khi đó tỷ trọng sử dụng nước ngầm chưa nhiều (Theo tài liệu điều
tra thống kê của Cục Quản lý Tài nguyên nước, Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra
Tài nguyên nước miền Bắc, miền Nam, 2013).
Bảng 2.2. Tỷ trọng khai thác tài nguyên nước ngầm tại Việt Nam
STT

Thành phố/ Vùng

1
Đồng bằng Bắc Bộ
Trong đó: Hà Nội
2
Đồng bằng Nam Bộ
Trong đó: TP. Hồ Chí Minh

3
Tây Ngun
4
Tây Bắc Bộ
5
Đơng Bắc Bộ
Bắc Trung Bộ (Từ Thanh
6
Hóa đến Thừa Thiên Huế)
Nam Trung Bộ (Từ Đà
7
Nẵng đến Bình Thuận)
Tồn lãnh thổ Việt Nam

Lượng nước
đang khai thác
(m3/ngày)
2.264.898,00
1.779.398,00
3.602.447,00
850.000,00
985.000,00
5.000,00
20.000,00

17.191.102,00
8.362.000,00
23.843.731,00
2.501.059,00
18.489.000,00

15.521.338,00
27.995.378,00

% khai thác
so với tài
nguyên
13,17
21,27
15,11
33,98
5,33
0,30
0,07

1.000.000,00

8.941.093,00

5,84

24.5000,00

8.941.093,00

0,27

10.531.243,00

172.599.897,00

6,10

Tài nguyên dự
báo (m3/ngày)

Nguồn: Cục Quản lý Tài nguyên nước, Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra Tài
nguyên nước miền Bắc, miền Nam (2013)

12

download by :