Nghiên cứu một số bài toán tương tác nước mặt - nước ngầm và thử nghiệm áp dụng vào thực tế ở Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ



BÙI HUY HOÀNG




NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BÀI TOÁN TƢƠNG TÁC
NƢỚC MẶT – NƢỚC NGẦM VÀ THỬ NGHIỆM
ÁP DỤNG VÀO THỰC TẾ Ở VIỆT NAM




LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ HỌC KỸ THUẬT








Hà Nội - 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

BÙI HUY HOÀNG




NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BÀI TOÁN TƢƠNG TÁC
NƢỚC MẶT – NƢỚC NGẦM VÀ THỬ NGHIỆM
ÁP DỤNG VÀO THỰC TẾ Ở VIỆT NAM

Ngành: Cơ học kỹ thuật
Chuyện ngành: Cơ học kỹ thuật
Mã số: 60 52 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ HỌC KỸ THUẬT

HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. HÀ NGỌC HIẾN






Hà Nội - 2012


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả đạt được trong luận văn này là do tôi nghiên
cứu, sưu tầm, tổng hợp và sắp xếp lại phù hợp với yêu cầu của luận văn. Toàn bộ

những điều được trình bày trong khóa luận hoặc là của cá nhân, hoặc được tham khảo
và tổng hợp từ các nguồn tài liệu khác nhau. Tất cả tài liệu tham khảo, tổng hợp đều
được trích dẫn với nguồn gốc rõ ràng.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan của mình. Nếu có điều gì
sai trái, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo qui định.

Hà Nội, ngày tháng năm 2012
Học viên



Bùi Huy Hoàng

1
MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH 3
DANH MỤC BẢNG 5
MỞ ĐẦU 6
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC QUÁ TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN
TƢƠNG TÁC NƢỚC MẶT NƢỚC NGẦM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
TIẾP CẬN MÔ HÌNH HÓA 8
1.1. Quá trình gây ra bởi dòng ngầm 8
1.2. Quá trình gây ra bởi dòng mặt 9
1.3. Quá trình gây ra do dòng mặt và dòng ngầm 11
1.3.1. Tương tác nước mặt nước ngầm trong đất ngập nước 11
1.3.2. Bốc hơi 12
1.4. Các mô hình mô phỏng tƣơng tác nƣớc mặt nƣớc ngầm 12
1.4.1. Mô hình nước ngầm tổng quát 12
1.4.2. Mô hình nước mặt có tính đến nước ngầm 17

1.4.3. Mô hình ghép nối nước mặt – nước ngầm 18
CHƢƠNG 2. MÔ HÌNH MODFLOW 21
2.1. Mô hình toán học 21
2.2. Phƣơng pháp giải 22
2.3. Phƣơng trình vi phân 24
2.4. Điều kiện biên trong mô hình 26
2.4.1. Biên Bốc hơi 26
2.4.2. Biên sông 27
2.4.3. Biên tổng hợp 29
2.4.4. Biên kênh thoát (Drain) 30
2.4.5. Lỗ khoan hút và ép nước 30
CHƢƠNG 3. MỘT SỐ BÀI TOÁN MẪU VỀ TƢƠNG TÁC NƢỚC MẶT -
NƢỚC NGẦM 32
2
3.1. Tổng quan vể các nghiệm giải tích 32
3.2. Kiểm định mô hình MODFLOW với một số bài toán
tƣơng tác nƣớc mặt-nƣớc ngầm 36
3.3 Sử dụng mô hình MODFLOW đánh giá các đặc trƣng
tƣơng tác nƣớc mặt- nƣớc ngầm 38
3.3.1. Sự phụ thuộc vào các đặc trưng thấm của đáy sông 39
3.3.2. Sự phụ thuộc vào độ rộng của sông 41
3.3.3. Sự phụ thuộc vào kích thước của vỉa nước ngầm 41
3.4. Kết luận 42
CHƢƠNG 4. ÁP DỤNG MÔ HÌNH MODFLOW TÍNH TOÁN TƢƠNG
TÁC NƢỚC MẶT NƢỚC NGẦM THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 44
4.1. Thiết lập mô hình 44
4.1.1. Lưới sai phân của mô hình 44
4.1.2. Phân chia các lớp trên mô hình 45
4.1.3. Dữ liệu các yếu tố về địa hình địa chất và địa chất thủy văn: 46
4.1.4. Dữ liệu về khí tượng thủy văn 48

4.1.5. Biên và điều kiện biên của mô hình 51
4.1.6. Hệ thống lỗ khoan quan trắc 53
4.2. Tính toán hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 54
4.3. Nghiên cứu tƣơng tác nƣớc mặt nƣớc ngầm vùng Đà Nẵng 56
4.3.1. Phương án 1: Phương án khai thác với lưu lượng khai thác
tại các giếng không đổi 58
4.3.2. Phương án 2: Phương án khai thác theo quy hoạch
đến năm 2020 của thành phố Đà Nẵng 65
4.3.3. Đánh giá trao đổi nước mặt nước ngầm theo hai phương án 70
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
PHỤ LỤC 82


3
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Nhc ngm - c mt 8
i và loi ô trong mô hình 23
i 24
i (i,j,k) và 6 ô bên cnh. 24
u kin biên bcho mô hình. 27
ng b 27
Hình 2.6. a) mt ct biu diu kin biên sông.
b) Mô phng trên mô hình. 28
Hình 2.7. Biu din m 28
Hình 2.8. Biên tng hp 29
u kin biên kênh thoát 30
i sai phân hai chiu xung quanh ô có l khoan 31
 h thng trong mô hình 34

t bài toán trong Theis (1941) 35
t bài toán theo Hantush (1965) 35
t bài toán ca Hunt (1999) 36
 th so sánh kt qu mô hình vi li gii gii tích 38
Hình 3.6. T suy gim dòng chy vi tng hp B v 39
Hình 3.7. T suy gim dòng chy ng vi tng h 40

 41
 
 42
Hình 4.1. B khu vi sai phân trong mô hình MODFLOW 44
Hình 4.2. Mt ct thng Bc Nam mô phng trên mô hình 45
Hình 4.3. Mt ct thng trên mô hình 45
Hình 4.4. B ng b ma hình khu vc lp mô hình 46
Hình 4.5. B phân vùng h s thm lp 1 47
Hình 4.6. B phân vùng h s nh c lp 1 47
Hình 4.7. Bi phân b i mt s trm 48
Hình 4.8. Bi phân b ng bng 49
 phân b ng b cp 50
 phân b ng b 50
 phân b u kin biên mc các tng chc
(qh,qp
1
), qp
1
, (-O
1
) 52
Hình 4.12. V trí các l khoan quan trc trong vùng tính 53
4

Hình 4.13. So sánh ct cao mc nc thi các ging 54
Hình 4.14. B mc tng (qh,qp
2
) bài toán chnh lý nh 55
Hình 4.15. B mc tng (qp
1
) bài toán chnh lý nh 55
Hình 4.16. B mc t-o
1
) bài toán chnh lý nh 56
Hình 4.17. V trí các ging khai thác trong khu vc mô phng
trên mô hình. 57
 58
 59

 60
 61

 62
 63

 65

 67

 68
 
 2016 69

 72


 73

 73
5
DANH MỤC BẢNG
Bng 1.1. Lit kê các mô hình theo t cp  trên 13
Bng 3.1. Các tham s không th nguyên 38
B 48
Bng 4.2. Phân b ng bng 49
Bng 4.3. V trí các l khoan quan trc trong mô hình 53
B 57
 

3
/ngày) 59

g 3 (m
3
/ngày) 61
 

3
/ngày) 64
 

3
/ngày) 66
 


3
/ngày) 67


3
/ngày) 68
Bi gia sông và tng ch

3
/ngày) 70
Bi gia sông và tng ch

3
/ngày) 71
6
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
t là ngun cung cc ngt quan trng phc v i sng
sinh hot và các hong sn xut ca xã hit là mt
b phn trong chu trình thc hình thành do c mt xâm nhp vào h
th b mt hoc t ao h sông sui trên mt. Các ngun cung
ct gm có: c y mt, h ao, sông sui và
 sung c nhân to.
ng thì vic qung coi c mt và
c ngm là hai thành phn tách bit. Mu pht
c trên b mt không th tách ri và cô lp trong chu trình thy quyn,
chúng là mt chu trình kín. C hai lou n s
ng và chng ln nhau. S i gic mt xy
ra  m, h, ao, m l. S ng qua li gic mt
t là v quan trng cng, vì ô nhim tc mt

có th gây nhim bn tc ngm. Trong nhing hc mt thu
c và các cht hòa tan t h thc ngng hp khác
 c mt là ngun ca cung cp cho c ng   i cht
c ngm. Kt qu là, mc trong sông sui cn có th gây ra s
cn kit nguc ngm hoc li, và vic ngm có th
gây cn kit nguc trong ao h sông sui hoc vùng ngc. Ô nhim
c mt có th gây ra s suy thoái chc li ô
nhic ngm có th làm suy thoái chc mt. Vì vy, vic qun
lý tài nguyên c mt cách hiu qu yêu cu s hiu bit rõ ràng v mi liên
h gic mt.
Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu tổng quát
Nghiên cu  c mc ngm, ng dng mô hình
MODFLOW vào tính toán mô phng cho các ng hp thc t,  cho
vic quy hoch s dng nguc ngm mt cách bn vng.
- Mục tiêu cụ thể
+ Tìm hiu v c mc ngm và các
mô hình toán liên quan.
+ Kim chng mô hình MODFLOW vc
mc ngm.
+ Áp dng         c mt
c ngm khu vng.
7
+  kt qu c
nhn xét v c mc ngm, nhng qua li
gi c m c ngm khu v  ng    cho quy
hoch s dc.
Nội dung nghiên cứu và cấu trúc luận văn
Luu trúc gm 3 phn (M u, ni dung nghiên cu, kt lun
- kin ngh). Phn ni dung nghiên cu g:


  các
c


 
hình MODFLOW  

 


 
.

8
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC QUÁ TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN
TƢƠNG TÁC NƢỚC MẶT NƢỚC NGẦM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
TIẾP CẬN MÔ HÌNH HÓA
 nhng quá trình quan tr
tác gia c ngm và c mt và nhng công c mô hình hóa chúng. Các quá
trình này có th phân loi dòng ngm; (2) Quá
trình gây ra bi dòng mt; (3) Quá trình gây ra bi dòng ngm và dòng mt. Mt
vài trong s nhng quá trình c ngc mt c ch ra
trên hình 1, gm có c ngm và mt s h thc mt:
sông, sui, h, . Các công c  mô phng các c phân
loi và phân tích  các mc sau.


Hình 1.1. Nhc ngm - c mt
1.1. Quá trình gây ra bởi dòng ngầm

S suy gim dòng ch c ngm c xác nh
do s thm ca c sông vào các tng chc. V -tng
ngm là rt quan trng trong vic qun lý nguc và phát trin vùng ven
sông. Khái ni gii hng hp sông tip xúc vi
tng ngm qua lt hoàn toàn bão hòa (Hantush 2005) [23].
9
Vi c ngm gn sông sui y ng 
n vic cung cc, chnh v qun lý ngun
c. S suy gim dòng chy này thc s ng ln vi nhng dòng sông
sui nh (Hunt 2003) [26]. Trong c ngm và
trong khi phu h thp tin gn sông s dc ngm cung cp
cho sông s gic mt bu thm vào tng chc làm suy gim
dòng chy trong sông. Sau mt khong thu h thp t ti
trng thái nh, quá trình  c cân bng bi s suy gim hoc dn
n vic o dòng chy t tng chc vào sông (thm t tng chc
vào sông). S m dòng chy ph thuc vào
nhiu yu t khác nhau, ng cách t ging khoan khai thác n sông
ng. Nhng yu t rt quan trng khác có th ng
 n suy gim dòng chy  s tích t 
sâu ca dòng chy mt, a cht thng cha.
Nu c  ô nhim, thì ch ng c tr thành mt v  quan
trng.  ng hp này cn phi xác nh cu trúc hình hc ca khu
vc  ng      cung cp thông tin bo v ging
khoan. Ví d, khi  theo mùa (cho m  i tiêu), cn xem xét dòng
nhim bn có n v trí  không hay nó vn còn trong tng chc mà sau
 s chy v sông sui trong thi gian phc hi 
1.2. Quá trình gây ra bởi dòng mặt
a. Dòng chy tràn và dòng ngm b mt
Dòng chy trong sông, ph thuc vào các dòng chy c, bao
g  c tip trên sông, dòng chy tràn và dòng chy xuyên (through-

flow)  tng nông bên i lp mt, và dòng chy ngm. Dòng chy trên b
mc mô t c chy trên mt hoc là dòng chy trong các con lch,
con sui, y ngm b mt,  cn nhng dòng chy
i lp mt mà chy t nhin sông thông qua lt không bão
hòa.
Dòng chy tràn b ng bi s bii a hình, thm thc vc
tính ca cht (Jenkins et al 1994) [28]. Dòng chy tràn xut hin khi
 t quá kh m ct (Horton 1933) [24] t
tr nên bão hòa, và khi vùng chc y. Dòng chy ngm
b mt v n là mt phn ca dòng chy ti lp i lp mt chy vào
sông mà không phi t h thc ngm trong khu vc. Dòng chy ngm b
mt ng bi tng thm yu ct hoc bi tính d ng trong
10
tính thm ct, c bit quan trng ri
(Ward and Robinson 2000) [50].
a dòng chy tràn và dòng ngm b mt ng quan
trc ngc mt.
b. Suy gi
n nhng hp dòng chy trong sông, ving
tr  s suy gim dòng chy trong sông, tc là gim mc
c ng thi gian ginh.
S suy gim ca mc trong sông liên quan cht ch 
c m  m. T      c ngm ph thuc vào
gradient thy lc qua mt phân cách gic mc ngm. 
gradient thy lc mt- c ngm ph thuc vào mc mt, là mt
hàm ca dòng chy mt và do dó ph thuc s suy gim dòng chy 
sông.
ng tr trong sông và vn hành h cha
ng tr trong sông ng trc tin m
c mc ngm.

Trong m  ng h ng tr   c thit k  
ng thm b sung cho các tng ngm k cn, dòng b sung này còn
c g cc ngm nhân t-Taleb 2003 [5]; Bouwer 2000
[11])
Vn hành h chc
ngc mt. Mt cuc tho lun chung v u hành h ch
bi Shaw (1988) [41]. Vic x h cha có th có kh m soát vic trao
i dòng chy gia h  thc ngm lin k bên cnh. Trong
nhi ng hp, vi   u hành h cha nht thit phi kt hp
 cha-c ngm, và ng c x t h cha có th 
k thc ngc sông-c ngm.
Tt c p có th thm, qua móng hoc ch tip xúc, hoc qua b kè
i vng ht vài nghiên cn ra tác
ng ca thm t h chn c hai quá trình thc ng
c mc ngm (Ruiz và Rodriguex 2002) [40]. H chc mt có th
c s d  c ngm thông qua b cp nhân to.
Trong mng hp, h cha có th là mt dt ngt
ngc có nhiu vai trò th    s   c mt- c
ngm liên kt vt ngng là rt phc tp.
d. ng tr ca bãi ven sông
11
Khi mc có th ngp các bãi sông và
cung cc cho các vc ngm  c tr tm thi trong
các vc ngy dng tr ca bãi sông ph
thuc vào (1) mm) ca bãi sông
c ca va chc.
ng tr bãi sông có ng quan trng lc dòng ch
s trong sông. Theo Chen et. al. 2006 [13], v
to ra dòng chy 46 m
3

        sông.  sông Carmel,
California, bãi sông cung cc sau 2 tháng k t trn nht trong mùa
i gian quan tri vi s phát trin ca cá hi. Tuy nhiên
trong nhc, ng c so vi
dòng cp t ng ngun (Kondolf et al. 1987) [29].
1.3. Quá trình gây ra do dòng mặt và dòng ngầm
1.3.1. Tương tác nước mặt nước ngầm trong đất ngập nước
Winter et al. (1998) [52] ch ra rng các yu t ng chính ca thu
  t ng c là b    c mt  c ngm.
u vào chính cht ngc bao g
thm t sông vào, , và dòng ngm vào- ra bao gm: bthm t
sông, dòng chy b mt (Andersen 2004) [6]. Tht ngc phn
ln b chi phi bi v trí ca chúng trong h thng dòng chy ngm (Todd et al
2006) [47], s t ngc v c ngm và c
 ng ba cht ca các tng cha, và c tính
khí hu (Winter 1999) [51].
Nhit ngp c có liên quan n lp trm tích mà t
vào cc ng mt vai trò quan trng trong vic duy trì tính n
nh ca b mt bão hòa (Waddington et al. 1993) [49]. Mt s khác thì c
t bên trên h thng dòng chc ngm khu vc  nha hình lõm
vi a cht có  thm yu.
Nhit ngc tn ti bi vì chúng nt không
thc homà có rc ngm. Tuy nhiên, Raisin
et al. (1999) [37] nhn mnh tm quan trng ca c ngm trong cân bng
c và ngân qu ng cho mt ngc  Úc; u tra ca h
cho thy vùng t ngc   c Victoria là
mt khu vc ng thc ngm chim 97% c
c mt c ngm cung cp) và 50% ca tng s ma h
thng.
12

1.3.2. Bốc hơi
Bc t bc thoát ra
t mt thm thc vc, thu kic cung cp
t không hn ch. Ving bc
tính thông qua vic s dng mô hình ph AET c tham s hóa trong mô hình
th c mô hình hóa  mt vài m phc tp khác nhau,
ph thu phc tp ca h thng thc mô phng và nhng d
liu có th có.
S quan trng ca AET có tính quyn vic qun lý nguc
bi vì nó chim mt phn ln trong qu c. AET s tr li khong
t v không khí. Có mt nghiên cu vi sông Shashe  Botswana
[9] ch ra rc b li bu so v
t các ngun cung ccTi tng nông, s c t thc vt gn b
có th chc ngm ngm ra sông.
Bc t ph thuc tính cu king.
Ngay c t b bao ph bi thc vt, bn có th ít nhng
bt thành phn quan trng trong qu c bit
trong nông nghip  nht sa mc. Bi
c thc t i vi lc mô phng bng cách s dng nhng
quan h kinh nghim (empirical relationship).
1.4. Các mô hình mô phỏng tƣơng tác nƣớc mặt nƣớc ngầm
1.4.1. Mô hình nước ngầm tổng quát
S bi cao mc mô t b
o hàm riêng tng quát 3 chiu (1.1)[32]
xx yy zz s
h h h h
K K K W S
x x y y x z t

      

   
   

   
      
   

(1.1)

 K
xx
,K
yy
,K
zz
, là các h s th
-1
).
 h(x,y,z,t): Ct cao mc ti v trí (x,y,z) ti thm t (L).
 W: Giá tr b cp (recharge), giá tr c ngm ti v trí
(x,y,z)  thm t (t
-1
).
W = W(x,y,z,t) là hàm s ph thuc thi gian và không gian (x,y,z).
 S: H s nh c (L-1).
S
s
= S
s
(x,y,z), K

xx
= K
xx
(x,y,z), K
yy
= K
yy
(x,y,z), K
zz
= K
zz
(x,y,z) là
các hàm ph thuc thi gian và không gian (x,y,z).
13
 ng thái mu king d
ng tng quát.
 s lit kê mt s mô hình dòng chy c ngm
1.4.1.1. 
 Xp x Dupuit-Forchheimer
i vi dòng chy trong h thng không áp b bao quanh bi mt thoáng,
thì mt tip c    i Dupuit (1863) [16] và phát trin bi
Forchheimer (1930) [18]  c s dng. Nó da trên 2 gi thit: (1)
  c gi thit là n   ng th theo chi ng; (2)
gradien thy lc gi thit là b dc m
sâu. Lý thuyt b qua thành phn dòng chy thn h 2
chiu v 1 chiu cho mc tiêu gii tích. K thut này cho ta mt nghim xp x
tt trong nh ng h  dc mt thoáng là nh   sâu ca
ng dòng chy không áp là nông.
 Nhng mô hình gii tích vi suy gim dòng chy trong sông
i tích cho suy gim dòng chy trong sông có th gii

quyt mt ng hoc kt hp ca các ng c k ra :
- M thâm nhp ca dòng mt; toàn b hay mt phn
- H s dnh
- nh ng c rng sông
- nh ng ca tng cha bao quanh (biên không thm)
- Ging khoan
- X lý nhng chiu cao mu kin biên sông
 công su
 K ho
 Dng hình sin
 Dng ngu nhiên
Bng 1.1. Lit kê các mô hình theo tng ng  cp  trên
Phát triển mô hình
Độ sâu
lòng
sông
Độ thấm
đáy sông
K
Độ
rộng
sông
Biên
không
thấm
Tác động khác
Theis (1941); Glover
and Balmer (1954)
Hoàn
toàn

x
x
x

Cooper and
Rorabaugh (1963)
Hoàn
toàn
x
x
v

14
Hantush (1965)
Hoàn
toàn
v
x
v

Hantush (1967)
Hoàn
toàn
x
x
x
n sông un
cong vuông góc
Jenkins (1968) and
Wallace et al. (1990)

Hoàn
toàn
x
x
x

Hall and
Moench(1972)
Hoàn
toàn
x
x
x

Zlotnik and Huang
(1999)
Mt
phn
v
v
x

Hunt (1999)
Mt
phn
v
x
x

Moench and

Barlow(2000)
Hoàn
toàn
v
x
v
tng cha có áp
không áp
Butler et al. (2001)
Mt
phn
x
v
x

Rassam et al.(2005a)
Hoàn
toàn
x
x
x
khúc sông un
hình ch U
Singh(2005);
Singh(2006)
Hoàn
toàn
x
x
x

1.4.1.2. d
 Mô hình giải tích
CAPZONE [7] là mt mô hình gii tích  c s d  xây
dng các mô hình dòng chy c ngi vi dòng 2 chivi các
u kin v ng nhng, có áp, không áp. CAPZONE tính
toán mc h thp ti các nút giao nhau ci ch nht bng cách s
dng mc Hantush-Jacob.
Bakker và Andeson (2003) [8]   li gii gii tích hi i vi
dòng chy nh, dòng chy ngm 2 chiu n ging gn sông( sâu ca
sông nh u dày tng cha). c s d kim tra
c ngm, nhng ng ca vilên
c sông, và ng ca thm lòng sông vào vùng gi c bao
quanh ging.
ng cu ki t n un vuông góc ca
sông và sông un khúc hình ch  c ch ra bi Hantush (1967) [22] và
Rasam (2005)[38;39].
15
 Những Mô hình phân tích phần tử (Analytic Element Model)
phân tích phn t (AEM) là m c s
dng d gio hàm riêng c  bi Strack (1989) [44].
c s ri rc ca phm vi dòng chc ngm do
i hay phn t i. Thay ch nhc mt trong khu vc
c ri rc hóa, c chia thành các mt ct, và 
liu vào. GFLOW là mg pháp này. GFLOW
mô phng dòng chy  trng thái nh trong tng chng nhng
cách s dng gi thit Dupuit-Forrchheimer. Trong khi GFLOW h tr mt s
mô hình dòng chy tc thi (transient flow) và dòng chy 3 chic bit
thích hp i vi mô phng min dòng ch thun tin cho vic chi

tit hóa mô phng dòng chy, GFLOW h tr mt option  t ng to file
MODFLOW vc tính tng chu kic cung cp bi mô
 tr mô phng kt nc mc ngm
bng cách s dng mi sông sui vi dòng chy  c tính toán.
Mô hình này hin ti có mt vài hn ch  c dòng chy tc thi
(transient flow) và dòng 3 chiu (three-dimensional flow) ch c thc hin 1
phn trong mô hình này. GFLOW không h tr mô phng dòng chng
cha.
TWODAN [17] có mt b i dùng
mô phng mi th t ging dòng chng nhn nhng h
thng b p vi nhiu ging chn, b mc, và tính không
ng nht. Tng chc mô phng bi TWODAN có th bao gm 1
hoc 2 lp liên kt thy lc. Tng chc có th là có áp hoc không áp, có
th ng nhng nht. Vic tính toán gii các thành phn
ng ch. TWODAN
 c x ca ging trng thái nh da trên mc
u kin x ca tng chc.
WinFlow là mi tích mô phng dòng chc
ngm  trng thái nh và tc thi 2 chiu (c có áp và không áp). Mô hình
này s dn bi Theis vi tng cha có áp và Hantush
cho tng thm-có áp.
 Mô hình số
 Mô hình dòng chảy bão hòa
c phát trin bi IGWMC, là ma trên
b PLASM lc công b bi Prickett and Lonnquist (1971) [36]. Nó
bao g     ng sai phân hu hn và mt b tin x lý.
16
Nhnày mô phng dòng chc ngm 2D không nh
trong tng chng nhng, vu kin không thm, thm có áp.
Bao gm c nhng la chn v thm t sông hoc tng nông, và

b thu sâu mn hu hc gii
bng cách s d    ng s i (alternating direction
method).
FLOWNET [53] c s dng cho vic mô ph a dòng
chy nh 2 chiu trong biu din mt ct ngang hay mt vuông góc ca mt
tng ch  ng nh  ng. Nó to ra mng dòng chy, gm có
ng thc thông qua xp x sai phân hu hn 5
  tính toán m c và ni suy tuy      ng.
c gii bng cách s d
hp. Dòng chnh t hàm dòng, nh
bng cách s dng hàm liên hp ca hàm th.
 Mô hình dòng chảy biến thiên bão hòa
HYDRUS-2D [42]  dn t hu hn
 mô phng dòng chy và lan truyên chng bin thiên bão hòa.
Dòng chy có th c mô phng theo 3 loi khác nhau: dòng chy thng,
dòng chi xng trc và dòng chy ngang. La chn sau mô phng dòng
chy  trng thái nh, bão hòa trong tng chc bt c mt hình
dng din tích nào. Kt qu u ra ca m c có th    t
 biu ding mc ngm 3 chiu trng thái nh.
1.4.1.3. 
MODFLOW [20] là mt mô hình, s d     u
hn. Cu trúc bao g
a h thng thn tích x, b
n sông, hc mc ngc
tính toán bng cách s dng c i. Phn này s trình
2.
c ngm,
t vic ti sai phân c tin x lý, tính toán, sau x lý, biu
di th, v b. H thng tng cha không áp, có áp, phân tng, thm có
th c mô phng v ln là 20 tng ch di

c s dng trong sai phân hu hn, có mi
u. Ph thuc vào loi mô hình mà có th c m rng v dày ca
lp, hay mt s tham s i dùng có th t 
17
DYNFLOW là code sai phân hu hn mô phng h p 3D hoàn chnh
và cho phép mt khong rng v   u ki     
thành phn 1D, và 2D. Nó có th chy  trng thái nh hay theo thi gian, và
cho phép cp nht d liu ti bt c c thi gian nào trong quá trình chy
không nhu kin biên mc chun c 
ng c u kin biên loi 3.
FEFLOW [33] là gói phn mm mô phng dòng chy cht lng và lan
truyn chc ngm. Code 3D có th gii vi c thi
hou kin biên i. FEFLOW có thêm nhi
 ng dòng chy m i, và
dòng chy khe nt.
1.4.2. Mô hình nước mặt có tính đến nước ngầm
AQUATOR [35] là mô hình th   c theo thành phn s
dng nhng quy tc vn hành  c và mô phng h
thng lc hc thi gian ngày. Code d
thành phn có th c chnh sa. AQUATOR có 24 thành phn chuc s
d biu din các yu t th th cha,
nhánh sông, hn v c ngm,
c s d  biu din nhng ngun c ng n, nó không mô
phng tr c ngc tip.
REALM [48] là mô hình thc phát tri mô phng hot
ng và t thng cung cc áp dng rng rãi
trong các d án v qun lý và quy hoc. REALM thông qua
mt nút liên kt gng thy  biu din h cha,
trm cung cc, ng và hu ht nhc tính ca vùng ven sông.
IQQM [12] là mt công c mô phng thc thit k  mô phng

ng thái h thng ng và nhng ca các chính sách qun lý ngun
c hay nhi trong chính sách ca nhà chc trách. Kh a
IQQM phn nào ph thuc vào phiên b
c mô phng gm:
- Dòng chy trong sông sui
- u hành h cha
- Nhng tn tht t h thng (bm,
- i tiêu
- Tr ng
- Tr ng tr vùng ngc
- c mt-c ngm
18
- Vùng ngc.
IQQM biu din h thng sông thông qua các liên kt và các nút, và GUI
(giao di ha) có s h tr d liu vào cho mô hình nhp tt c các
lp GIS.  c s d  mô ph  c m c ngm
bng cách biu din các tng chng h cha ti các nhánh
sông ph bng cách s d  kt hp ca
c mt ch không phc ngm.
SWAT       c phát trin bi USDA. Mô hình
c phát tri d báo nhng ca qui v
ng trm tích và cht hóa hc nông nghip. SWAT yêu cu nhng thông tin
d liu v thi tit, thm thc vt và các thói quen qut trong
i các d
liu v khí hu,  thc ngm và các con kênh
c con. Vic mô phng thc chia t
hành 2 phn chu k thc,
trm tích, chng, thuc tr n
c và kênh (vd: chuyng cc, trm tích,i
u ra cc.

1.4.3. Mô hình ghép nối nước mặt – nước ngầm
Nhc áp d gii quyt vic qun lý
c mt mà không chú ý nhic ngc mng gi
thit rng s thm t t là do m h thng và b  vy,
c ngc s d gii quyt các v n
qun lý tng chc mà không tính nhic mt. Trong c ng
hp, quá trình th cc ngc mt, hay
c mc ngc x lý ging vu
vào hoc các tham s nh t quá trình hiu chnh
Trong nhng vùng, khu vc vi h thc mc ngm liên kt
tt v ng lc và thy l c mc ngc mô phng
bng cách s dng nhnh ca c h thc kt ni ti b
mt chuyn tic mt  tng chc.
Vic tích hp vic qun lý c nguc mc ngm là rt cn
thit. Có nhnh trong vic tích hc mt
c ng có th ng dng vào gii quyt các v thc t. Nhng mô
hình liên k c mc ngm cn không ch u vào h thng
c ngng ca h thc ngi không bão
c bit là i r.
19
Hu hc ngu là mô hình phân b theo không gian
và da trên các quá trình vt lý. Chúng bao gm các li gii s c
n dòng chc ri rc hóa vào ti mà kích
c ca chúng ph thuc vào hình dng, tính sn có ca d liu, và yêu cu li
gii s phi hi t. u ht các mc sông thuc loi
mô hình tham s tp trung.
 Những mô hình Hybrid
Mt mô hình ghép n c phát trin bng vic kt hp 2 mô hình
MODFLOW và BRANCH, gi chung là MODBRANCH [45]. BRANCH là mô
hình s 1 chiu mô phng dòng chy không nh trong mng kênh m bng

cách gi     Mô hình BRANCH tính toán giá trí mc
c mi trong sông ti mi khong thi gian d   u kin biên
ng ngun, các thuc tính ca sông, và giá tr u ca mc tng
chó, mc tng chc tính toán trong MODFLOW da trên
mc tính t BRANCH. Quá trình lp tip tn khi hi t
v cùng mt mc.
Jagelke và Barthel (2005) [27] t nghiên cu gii quyt vic mô
c ngm trong khuôn kh ca mô hình tích hp vùng MOSDEW.
c ng    -dòng chy HBV và vi mô
 c-nhu c   c ngm nh c s b  c
ngm theo không gian và thi gian t c khai thác 
c  t mô hình WEAP. Vic s dng d liu kin biên,
c ngm mô ph 
hình HBV.
Lin và Medina Jr(2003) [31]  t hp 3 mô hình ca USGS li vi
nhau: (1) MODFLOW tính toán dòng chy ngm trong tng cha; (2)
DAFLOW tính toán dòng chy không nh trong sông b  
i gia sông-tng chc mô ph
thn chc ngm.
 Mô hình tích hợp hoàn toàn
Monninkhoff (2002) [33]  c ngm FEFLOW và
c mt MIKE11. Sau mc thng x c tính bng FEFLOW
tm trên biên ghép nc xut
u kin biên b sung. MIKE11 tính nh c thi gian c  t
c mc thi gian thc t trong FEFLOW. Mc thc trong MIKE11 sau
c xui các nút biên kt ni và tính toán vi
c thi gian tip.
20
GSFLOW [34] là mt mô hình mi ca USGS v c mt 
c ngm. GSFLOW ghép ni PRMS vào MODFLOW cùng vi mt tp các

modul cho các quá trình mô phng trong vùng không bão hòa. Nó bao gm các
ci ti c PRMS và MODFLOW d dàng ghép ni. GSFLOW s dng các
n  mô t các quá trình quan trt, gm
thm, to dòng chy, và dòng liên trong vùng bão hòa tm thi.
MIKE SHE [15] là mt h thng mô hình th   p. Nó mô
phng dòng chy trên mt da trên vòng tun hoàn th n
dòng chy trong sông, thông qua các quá trình dòng ch
chy trên b mt, tht, b thc vt, và dòng chy ngm.
c ghép ni mnh vi MIKE11.
21
CHƢƠNG 2. MÔ HÌNH MODFLOW
MODFLOW là mt mô hình s ình) mô phc
ngc s dng rng rãi trên th gii, do Michael G.McDonald và Arlen
W.Harbaugh [20] xây dng. MODFLOW gii các bài toán v c
ngm 3 chiu bng cách s du hn. Trong lu
này, mô hình MODFLOW c s dng  tính toán, mô pha
c mt vc ngng ca vic
n dòng chy trong sông và nhng qua li gia sông và tng cha
c.
2.1. Mô hình toán học
S bi cao mc mô t b
o hàm riêng tng quát 3 chiu [32]:

xx yy zz s
h h h h
K K K W S
x x y y z z t

      
   

   

   
      
   

(2.1)


- K
xx
,K
yy
,K
zz
: các h s th
-1
)
- h: ct cao mc ti v trí (x,y,z) ti thm t (L)
- W: giá tr b cp (recharge), giá tr c ngm ti v trí
(x,y,z)  thm t (t
-1
).
- S: h s nh c (L
-1
)
- W = W(x,y,z,t) là hàm s ph thuc thi gian t và không gian (x,y,z).
- S
s
= S

s
(x,y,z), K
xx
= K
xx
(x,y,z), K
yy
= K
yy
(x,y,z), K
zz
= K
zz
(x,y,z) là
các hàm ph thuc không gian (x,y,z) và thi gian.
.1) mô t ng thái mu king
d ng.
ng, phc h chc ngc chia thành các lp cha
c có các tính chng nhcách bi các lp thm
yi vi tng lp có áp và lp không áp bng cách
ly tích phân trên b dày ca tng lp.
i vi l  chuy ng cc ngm có
dng:

0
()
h h h
Km Km q h h
x x y y t



    

    


    


(2.2)


22
- h: ct cao mc
- Km: h s dn ca lp
- : h s i
- q: ngun hút hoc thoát
- h
0
: mc t các lp lân cn
- : h s thm xuyên t các lp lân cn
i vi l

     
0
h h h
k h zb k h zb q w h h
t x x y y
    


    


       




(2.3)

- zb: ct cao a lp không áp
- wng b cp b m, i
  .1) cùng v u ki u ki u ca
tng chc lp thành mt mô hình toán hc v dòng cht.
2.2. Phƣơng pháp giải
 gii ta phi tìm hàm s h(x,y,z,t), tha mãn
(2.1) và thu kin biên. S bin thiên ca giá tr h theo thi gian s
a dòng chy, t  c tr ng ca
tng chng dòng chy.
Vic tìm ra hàm h(x,y,z,t) cho .1) là rt phc tp. Trên
thc t, ngoi tr mt s rng hp, .1) 
không th gic bi ta buc phi gii
bn  
c áp du hn.
i gii cho hàm liên tc h(x,y,z,t),
i ta chia nh khong không gian và thi gian thành nhiu ô, mi ô không
ng nh t c các giá tr tham gia vào
i. Giá tr này là xp x ca các giá tr thc t.
c gi là quá trình ri rc
hóa.

Bng o hàm riêng (2.1) v mt h
  n tính. Ti m c thi gian, s    
bng vi s i chia theo các chiu không gian x, y, z.
Rõ ràng ni càng nh thì kt qu c t li gii sai phân
càng gn vi li gia .1). Th ng tính
toán s lp bi ta phi tìm cách ch ln thích hp cho