Nghiên cứu động thái và cân bằng nước dưới đất

Đ ỊA CHẤT TH U Ỷ V Ă N 443

Foster s., Hirata R. 1988. Groundĩvater polỉution risk assessment: a

Guiđeline on the Treatment of Forests in Protectìon Areas for

methodology using avaiỉable data. VVHO-PAHO/HPE-CEPIS

Drinking YVater Reservoirs (Richtỉinie w 105 - Behanđlutĩg des

Technical manual, Lima, Peru. 81 pgs.

Waldes in Schutxgebieten fủ r Trinkiưassertalsperren, D V G W 1981).

Groundwater Protection in Europe, the new groundiuater directive - consolidating the EU reguỉatory Frattieivork, 2006.

Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the
Council of 23 October 2000 - a íramevvork for Community ac-

Hirata, R. & Rebouẹas, A. 1999. La protección de los recursos
hídricos

subterráneosiuna

visión

integrada,

basada

en

perímetros de protección de pozos y vulnerabilidad de
acuííeros. Boletin Geologico Mitĩero. Vol. 110(4):423-236.

tion in the field of water policy: a) Guidance Document No. 2

Johansson, P-O. & Hirata, R. 2001. Rating of groundvvater con-

Identiíication of Water Bodies (2003); b) Guidance Document

tamination sources. In: Zaporozec, A. (editor) Groundwater

No. 3 Analysis of Pressures and Impacts Impress (2003).

contamination inventory. A methodological guideline. U N ­

Guidelines on Drinking YVater Protection Areas, Part I:

ESCO. Paris. 87-105.

Groundvvater Protection Areas, Technical Rule, Code of

World Health Organization. (WHO). 1982. Rapid assessm ent of

Practice w 101, June 2006, D V G W German Technical and Scien-

sources of air, vvater, and land pollution. W H O Offset Publica-

tific Association fo r Gas and Water.

tion 62:113 pgs.

Guideline on Protection Areas for Drinking VVater Reservoirs
(Richtlinie w 102 - Schutzgebiete fủ r Trinkĩvassertalsperren,
D V G W 2002).

Nghiên cứu động thái và cân bằng nước dưới đất
Đoàn Văn Cánh.
Trường Đại học M ỏ - Địa chất.

G iớ i th iệ u

N g h iên cứu đ ộ n g thái và cân bằng nước d ư ới
đâ't là m ột trong n h ữ n g n hiệm vụ trọng tâm của địa
châ't th ủ y văn khu vực. N g h iên cứu đ ộn g thái nước
d ư ới đất là n gh iên cứu sự biến đ ộ n g tài n gu yên
nư ớc theo k hôn g gian và thời gian. N g h iên cứu cân
băng n ư ớc d ư ới đất cho ta biết các n gu ồn tham gia
h ình thành nước d ư ới đất - n gu ồn chính, n guồn
phụ. Kết quả n gh iên cứu đ ộ n g thái và cân bằng
nư ớc d ư ớ i đất cho ch ú n g ta cơ sở đ ể khai thác sử
d ụ n g h ợp lý tài n g u y ên nước d ư ới đất đ ổ n g thời
đưa ra đ ư ợc các giải p háp bảo vệ tài n gu yên nư ớc
dư ới đất khòi bị cạn kiệt và ô nhiêm .

Sự biến đ ộn g tài n guyên nước dư ới đất theo thời
gian gọi là đ ộ n g thái nước dư ới đâ't. Cụ th ể hơn Đ ộ n g thái nư ớc dư ới đất là sự thay đ ổi (dao động)
các đặc trung v ể s ố lượng và chất lượng của nước
dư ới đất (m ực nước, lu n lượng, nhiệt độ, thành phần
hóa học và khí, v.v...) theo thời gian.

Đ ộ n g th á i và cân b ằ n g n ư ớ c d ư ớ i đ ấ t

quy luật xuất hiện đ ế có th ể d ự báo đ ú n g đắn sự
thay đổi của d òn g thấm theo thời gian, xây d ự n g m ô
hình tối ưu sử d ụn g nước dư ới đất và đ iểu tiết d òn g
thấm theo yêu cẩu của con người.

Động thái nước dưới đắt

N ước dưới đất là tài n guyên đặc biệt quan trọng,
là thành phần thiết yếu của sự sốn g và m ôi trường.
Tài nguyên nước dưới đất góp phẩn vào sự phát triến
của xã hội và nhu cẩu khai thác sử dụng nước dưới
đât ngày càng gia tăng. Trong khi đ ó tài nguyên nước
dưới đất không phải là vô hạn, việc khai thác ổ ạt đà
gây ra nhiểu tác đ ộn g gây su y thoái, cạn kiệt và ô
nhiễm nguồn nước dưới đâ't. N hừ n g thông tin, số liệu
v ể sụ biến động tài nguyên nước dưới đât là đặc biệt
quan trọng đ ế ra quyết định đ úng đắn trong công tác
quản lý tài nguyên nước dưới đâ't.

N gh iên cứu và phân tích đ ộn g thái nước dưới đất
cho phép xác định m ối liên hệ giữa n hữ n g nhân tô
cơ bản hình thành đ ộng thái với các yếu tố đ ộng
thái, làm sáng tỏ n hữ ng quy luật thay đối của chúng
theo thời gian và không gian. Làm sáng tỏ nhữ ng
ngu yên nhân dẫn đến sự thay đổi, cơ c h ế tương tác,

N g h iên cứu đ ộn g thái nước dưới đất còn cho

p hép giải quyết các bài toán thực t ế trong Địa chất
thủy văn, như xác định các thông s ố thấm, đánh giá
đ iều kiện biên của tẩng chứa nước, xác định giá trị
cu n g cấp thấm cho nước dưới đâ't, xác định m ối
quan hệ thủy lực giừa nước trên mặt với nước dưới
đâ't, giữa các tầng chứa nước với nhau, đánh giá ảnh
h ư ởng tác đ ộ n g của con người tới điểu kiện địa chât
thủy văn và m ôi trường xung quanh.


444

BÁCH KHOA THƯ Đ ỊA CHÁT

Một trong nhũ ng nhiệm vụ cơ bàn khi nghiên
cứu đ ộn g thái nước dưới đâ't là xác định các nhân tố
ảnh hư ờng và điểu kiện hình thành đ ộ n g thái nước
dưới đất. N hừ n g nhân tố cơ bản hình thành đ ộng
thái nước dưới đâ't có thê phân ra 6 nhóm - địa chất,
vũ trụ, khí hậu, sinh vật - thổ nhưỡng, thủy văn,
nhân tạo. Trong phân tích đ ộn g thái nước dưới đất,
việc xác định các nhân tố cơ bản hình thành động
thái và khoảng thời gian tác đ ộn g của chúng có ý
nghĩa rât quan trọng. Đ ó chính là đ ộn g lực quyết
định đặc trưng hay m ột trong nhửng nét đặc trung
của đ ộng thái nước dưới đất.
Thông tin v ề đ ộng thái nước dưới đất được thu
thập từ m ạng lưới quan trắc tài n gu yên nước dưới
đất. M ạng lưới quan trắc là tập hợp các trạm, điểm
và công trình quan trắc được b ố trí theo m ột trật tự

nhất định và thực hiện việc đ o đạc, quan trắc theo
m ột quy trình thống nhất nhằm thu thập các thông
tin, SỐ liệu phục vụ các m ục tiêu, nhiệm vụ quản lý
nhà nước v ề tài n guyên nước và các m ục đích khác.
N ăm 1845, m ạng quan trắc m ực nước dư ới đất đã
được thiết lặp ở xứ YVales (nước Anh). Ớ Pháp m ạng
lưới quan trắc chất lượng nước dưới đâ't đư ợc thiết
lập năm 1902 và củng là lần đẩu tiên ở lục địa Châu
Âu. H ệ thống quan trắc đ ộn g thái nước dưới đ ấ t ở
các nước khác thuộc Châu Âu bắt đẩu trong giai
đoạn 1950 - 1980. N hiều dữ liệu m ực nước dưới đâ't
có chuỗi SỔliệu dài 20 - 30 năm.
Q uan trắc nước dưới đất tại Hoa Kỳ đư ợc bắt đầu
từ đầu của th ế kỷ 20 (ƯSGS, 1985). N hằm đáp ứng
nhu cầu mới và m ạnh m ẽ hơn cho cung cấp thông
tin và việc sử d ụn g hiệu quả n guổn nước dưới đất,
việc quan trắc m ực nước dưới đất trong các giếng
khoan bắt đẩu ở N ew Jersey vào năm 1923 và ở
P ennsylvania vào năm 1925. Bán đ ổ nước dưới đâ't
đẩu tiên, m ang tên 'T hân vù n g nước dưới đất ở Mỹ"
được M einzer thành lập năm 1923. M ạng lưới lỗ
khoan quan trắc m ực nước dưới đất đã được m ở
rộng trên toàn nước Mỹ vào cuối n h ũ n g năm 1960.
Ờ nhiều nước đang phát triển công tác quan trắc
động thái nước dưới đất chỉ được bắt đầu bằng các dự
án quốc t ế về câp nưóc đ ô thị tử nguồn nước dưới đâ't,
đánh dâu bước đầu trong việc quan trắc nước dưới
đất. Đ áng tiếc, các dự án này thường chi thực hiện
trong thời gian ngắn, chuỗi s ố liệu không dài và cũng
ngửng hoạt động không lâu sau khi kết thúc dự án.

H iện trạng và sự phát triển m ạng lưới quan trắc
nước dưới đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Một mặt,
m ạng lưới quan trắc được điểu chình đê phát triển
khai thác n guồn nước dưới đất và đánh giá các tác
đ ộng ngày càng tăng đối với m ôi trường. N hận thức
vai trò quan trọng của công tác quan trắc đ ộn g thái
nước dưới đât, từ năm 1985 N hà nước Việt N am đã
tiến hành đầu tư, xây dự ng và đưa vào vận hành 3
m ạng quốc gia quan trắc đ ộng thái nước dư ới đất tại
đ ổng bằng Bắc Bộ, đ ổn g bằng N am Bộ và Tây

N gu yên . N g à y nay m ạng quan trắc này đ ang được
đẩu tư m ờ rộng ra các v ù n g khác.
Phân dạng mạng quan trắc tài nguyên nước dưới đất

Tùy thuộc vào q uy m ô m ạng quan trắc, m ục đích,
ý nghĩa, nội d u n g quan trắc, tham khảo m ạng quan
trắc tại các nước khác; các m ạng quan trắc đ ộ n g thái
nước dưới đâ't khu vự c và m ạng quan trắc ch u yên đã
được đ ề xuât như dư ới đây.
M ạng quan trắc khu vực (m ạng quan trắc cơ sở) là
m ạng quan trắc được thiết lập đ ể quan trắc, nghiên
cửu đ ộng thái nước dưới đâ't trên m ột khu v ự c rộng
lớn của m ột nước, m ột địa phư ơng, m ột lưu vực,
nhằm cung câp n hữ ng thông tin nền v ề đ ộ n g thái
nước dưới đất.
Tùy thuộc vào m ục đích quan trắc và quv m ô mạng
quan trắc, mạng quan trắc khu vực có thế là m ạng quan
trắc quốc gia hoặc m ạng quan trắc địa phương.
M ạng quan trắc CỊUỐC gia là m ạng quan trắc được

thiết k ế bao trùm toàn bộ diện tích lãnh thô quốc gia,
hay diện tích m ột câu trúc địa chât, m ột bổn thu nước,
m ột lưu vực sông, v .v ... nhằm cung câp thông tin nền
cho nghiên cứu đ ộng thái tài nguyên nước dưới đâ't
nói riêng và m ối quan hệ giữa tài n guyên nư ớc dưới
đất với tài nguyên nước mưa, nước mặt nói chung.
Mạng này được thiết k ế có chú ý đến các m ạng quan
trắc tài n guyên nước mưa, nước mặt.
M ạny quan trắc địa phương là m ạng quan trắc tài
n guyên nước dưới đất tại m ột địa phương nhằm
nghiên cứu đánh giá đ ộng thái tài nguyên nư ớc dưới
đâ't ở địa phương đó. Vì cùng chung một m ục đích,
nên m ạng quan trắc này khi thiết k ế phai trên nền
m ạng quan trắc quốc gia đã có trong vùng, hoặc làm
nền cho xây dự ng m ạng quốc gia sau này đ ể giảm
thiếu chi phí xây d ự ng vận hành và quàn lý mạng.
M ạng quan trắc chuyên (m ạng quan trắc vận hành)
là m ạng quan trắc đư ợc thiết lập đê quan trắc,
nghiên cứu, giám sát sự biến đổi của một hoặc một
vài thông SỐ quan trắc mà sự biến đổi của các thông

SỐ này liên quan đến việc khai thác, sử dụng nước
dư ới đất hoặc các tác đ ộn g của hoạt đ ộng kinh tế - xã
hội của con người đ ến tài n gu yên nư ớc dưới đất. Ví
dụ, m ạng quan trắc đ ộn g thái phá h ủy do khai thác
nước dưới đất trong các đô thị; m ạng quan trắc động
thái nước dư ới đất trong v ù n g hoạt đ ộng của hổ
chứa; m ạng quan trắc trong v ù n g tưới, trong vùng
khai thác mỏ, v.v...; quan trắc nước khoáng - nước
nóng, m ạng quan trắc đư ợc thiết lập trong các đ ể án,

d ự án điểu tra nước dưới đất.
Mục tiêu của công tác quan trắc động thái nước
dưới đắt

C ông tác quan trắc đ ộn g thái nước d ư ới đâ't
nhằm các m ục tiêu dưới đây.
*
Xác định quy luật biến đổi của các yếu tố động
thái v ể s ố lượng, chât lượng nước theo thời gian, tử đ ó


Đ ỊA CHẤT THU Ỷ V Ă N

xác định mối quan hệ giừa các yếu tố đ ộng thái với
nhau, giữa các yếu tô động thái và các yếu tố hình
thành động thái (hình thành nước dưới đâ't) như quan
hệ với mưa, với nước mặt, quan hệ giừa các tẩng chứa
nước với nhau, v.v...
* C ung câp thông tin cho tính toán cân bằng nước
và từ đó giúp cho việc xác định các n guồn hình
thành trừ lượng đ ộn g tự nhiên của nước dưới đằt.
* Đánh giá tác động cua khai thác nước dưới đât và
các hoạt động kinh tế đến số lượng, châ't lượng nước
dưới đất.
* Đ ánh giá xu thế, diễn biến số lượng, chất lượng
nước dưới đât theo thời gian phục vụ quy hoạch
khai thác sử d ụng nước dưới đâ't m ột cách hợp lý, đ ể
xuất biện pháp p hòn g ch ốn g cạn kiệt, ô nhiễm
n guồn nước dưới đâ't.
* Phục vụ việc cấp phép thăm dò, khai thác và

điều chinh c h ế độ khai thác nước dưới đất.
Các thông số quan trắc

Các thông SỐ quan trắc gồm thông s ố v ề chất
lư ợn g nước và thông s ổ v ề s ố lượng nước.
T h ô n g số vè c h ấ t lư ợ n g n ư ớ c

T ùy thuộc vào đặc điểm chât lượng nước và đặc
đ iểm tự nhiên của diện tích quan trắc, các thông s ố
vật lý, hóa học thông thường v ề chất lượng nước
dư ới đất được quan trắc có th ế như sau - N hiệt độ,
độ dẫn điện, pH, tổng chất rắn hòa tan, NH-t*, Ca2+,
M g2+, Na*, Fe, Fl, C O 3 2 , Cl , HCCb', S O 4 2-, Arsen, N Ơ 2 ,
N O 3 , vi sinh (tổng coliíorm , E.coli.)
Tuy nhiên, tùy thuộc vào đặc điểm v ề châ't lượng
nước, hiện trạng ô nhiêm , tủy thuộc vào m ục đích
quan trắc có thê lựa chọn m ột s ố các thông s ố v ể châ't
lư ợng nước như đã liệt kê ở trên, n hưng phải đảm
bảo quan trắc các thông s ố tối thiểu v ề nhiệt độ, pH,
độ dẫn điện, tổng chất rắn hòa tan, Arsen, NH4+,
N O r, E.coli.
T h ô n g số về số lư ợ n g n ư ớ c

SỐ lư ợ n g nước d ư ới đ ấ t đ ư ợc đặc trưng bơi hai

thông SỐ quan trắc - mực nước trong các công trình
quan trắc và lưu lư ợ n g các m ạch lộ, d ò n g chảy
quan trắc.
- M ự c nước dưới đất cẩn đ ư ợ c quan trắc và tính
toán th eo đ ộ cao tư ơ n g đ ối và tuyệt đối. Trong

trư ờ n g hợp tầng chứa n ư ớc phân b ố n ông, cẩn
thiết p hải lắp đặt thiết bị đ o m ưa đ ể quan trắc
lư ợ n g m ưa trên d iện tích bô7 trí các trạm quan trắc
n ư ớ c d ư ớ i đât.
- Q uan trắc lưu lượng nguồn lộ bằng cách đặt ván
đo hoặc đo lưu lượng m ạch lộ bằng thùng định
lư ợng và đ ổng hổ bấm giây. H ướng dẫn chi tiết v ề
đo m ự c nước và quan trắc n guồn lộ được trình bày
trong các h ướng dân hoặc quy phạm hiện hành.

445

Tần suắt quan trắc

N hìn chung cẩn hài hòa tẩn suât lấy mâu chât
lượng nước với tần su ấ t quan trắc thủ công mực
nước đ ê thực hiện được cùng lúc cả hai nhiệm vụ
nhằm tiết kiệm thời gian và nguồn lực (nhừng trạm
quan trắc m ực nước tự đ ộng thì tẩn su ấ t quan trăc
được cài đặt trước).
Tẩn suât lấy mẫu và phân tích chât lượng nước
tôi thiếu: 2 lẩn m ột năm vào giừa m ùa khô và cuổi
m ùa m ưa trong đa s ố trường hợp.
Tần suât 2 lần/năm vào cuối m ùa m ưa và mùa
khô ở n hữ ng nơi sau đây.
+ Chât lư ợng nước ít thay đối v ể thành phẩn
hóa học;
+ Các tầng chứa nước phân b ố sâu (trên lOOm),
có m ức độ trao đối nước chậm.
Tẩn suất 4 lẩn/năm (cuối m ùa mưa, giừa mùa

khô, giừa m ùa m ưa và m ùa khô, giửa m ùa m ưa) ở
nhừng nơi dưới đây.
+ Có sự ô nhiễm ở thượng nguồn (công nghiệp,
nông nghiệp, chăn nuôi, làng nghề, nghĩa trang, v .v ...);
+ Thành phẩn hóa học của nước thay đối mạnh;
+ Các v ù n g đất ngập nước và v ù n g ảnh hưởng
triều;
+ Trên nhừ ng diện tích đang triến khai các d ự án
điểu tra;
+ Trong các g iến g khoan đ ổn g thời sử d ụn g phục
vụ cấp nước sinh hoạt.
Tại các điểm đặc biệt (tầng chứa d ễ bị tốn
thương), tần suât lấy mẫu nước có thê d ày hơn.
Lấy m ầu nước phải thực hiện theo đ ún g quy
trình đã được hư ớng dần trong các Q uy chuấn Việt
N am , Tiêu chuẩn Việt N am hiện hành.

Cân bằng nước dưới đất
Khái niệm về cân bằng nước

Sự thay đối khối lượng và năng lượng của nước
trong m ột thể tích nào đó của hệ thống địa châ't thủy
văn diễn ra dưới tác động của các mối quan hệ bên
trong và bên ngoài được gọi là trao đổi nước. Các mối
quan hệ này liên quan đến sự xuất hiện áp lực thủy
tình và áp lực địa tĩnh gây ra bời các yếu tố như: khí
tượng, thủy văn, địa chât, kiến tạo, v.v... Các mối quan
hệ này (quá trình ngấm, thấm) tạo ra 3 dạng trao đổi
nước cơ bản. Trong nghiên cửu cân bằng nước, những
dạng trao đổi nước là đối tượng nghiên cửu chính.

Cân bằng nước dưới đất là m ối tương quan định
lượng trong một khoảng thời gian nhất định giừa các
thành phẩn đến và đi của d òng chảy. Các thành phẩn
này được nghiên cứu trong m ột diện tích (khu) cân
bằng tương ứng. Từ đó, đ ế giải quyết bài toán cân
bằng có th ể sử dụng m ột phẩn hoặc toàn bộ tầng chứa
nước, phức hệ chứa nước hay thậm chí cả bổn địa chất
thủy văn. Khu cân bang được chia theo bản đổ thủy
đăng cao/đăng áp. Đ ê phân chia khu cân bằng cẩn
vạch ra nhừng đường dòng vuông góc với các đường


446

BÁCH KHO A TH Ư Đ ỊA CHÁT

thủy đ ẳn g cao/đẳn g áp làm ranh giới. M ặt cắt đ ứ n g
trùng với n h ữ n g đ ư ờ n g ranh giới này trên bình đ ổ và
là g ió i hạn của các th ể tích tính cân bằng. M ôi tương
quan giừ a các thành phẩn đ ến và đi trong cân bằng
n ước sê xem xét trên n h ừ n g ranh giới tư ơng đôi này
của th ế tích n ghiên cứu. v ề m ặt câu trúc, các đ iều kiện
địa chất thủy văn của khu cân bằng cần phải m ang
tính đ iển hình hoặc nói cách khác là có tính đại diện,
nghĩa là phải th ế hiện đ ầy đủ n hử n g đặc đ iểm và tính
chât của toàn bộ h ệ thông địa chất thủy văn.
Cân bằng nước dưới đâ't là sự thê h iện m ột cách
định lư ợn g các quá trình trao đối nước d iễn ra trong
hệ thống địa chât thủ y văn và m ối tư ơng quan của
ch ú ng với m ôi trường bên n goài và với các h ệ thông

địa chât thủ y văn khác. Cân bằng nước đ ư ợ c thiết lập
cho n h ừ n g chu kỳ/thời gian khác nhau n h ư m ùa,
năm , nhiều năm . Cân b ằng nhiều năm thư ờn g đ ư ợc
n gh iên cửu trong đ iểu kiện vận đ ộ n g ổn đ ịnh của
nước d ư ới đâ't, còn cân bằng năm , m ùa - áp d ụ n g
trong đ iểu kiện vận đ ộ n g k hôn g ổn định. Cân bằng
nước liên quan đ ến đ ộ n g thái và cũ n g thê hiện định
lư ợng các yếu tố hình thành đ ộ n g thái cũ n g n hư m ối
quan hệ cùa ch ú ng trong p hư ơn g trình. Các y ếu tố
hình thành đ ộn g thái tổn tại trong m ột hoàn cảnh địa
chất thủy văn nhât đ ịnh và th ể hiện bằng sự d ao đ ộ n g
m ự c nước.
C ác thành phần cân bằng là các yếu tố xác đ ịnh sự
thay đ ổi lư ợn g nước trong m ột thê tích n ào đó. C ó th ể
phân chia thành thành phần đ ến và thành phần đi
hoặc cu n g câp và phá hủy. C hú ng có thê là tự nhiên
hoặc nhân tạo, trong s ố ch ú n g có thê đ ặc trưng cho
trao đ ổ i nước n gan g hoặc có thê trao đ ổi thẳng đ ứ n g
trong m ột phạm vi thê tích cân bằng đã phân chia.
N h ừ n g thành phẩn cân b ằng có thê đặc trưng cho m ối
tương quan giữ a hệ thốn g địa châ't thủ y văn v ớ i khí
q uyến, với q uyển n ư ớc mặt, có th ể với hệ thống địa
chât thủy văn bên cạnh. N h ư vậy, các thành phẩn cân
bằng chính là n h ữ n g yếu tố hình thành đ ộ n g thái
n ước d ư ới đất. C hú ng đ ư ợc biểu diễn d ư ới d ạng thê
tích n ư ớc (m 3) h ay chiều cao lớp nước (m m , m) trên
m ột đ ơn v ị d iện tích ch o trước, hoặc là biểu d iễn bằng
m /ngày, m 3/ n ă m hoặc cư ờ ng đ ộ của các y ếu tố
(m /n gày, m m /n ăm , m m /n gày, m /năm ).
T rong đ iểu kiện vận đ ộ n g ôn định, lư ợ n g n ư ớc

cháy đ ến bằng lư ợ n g n ư ớ c thoát đi. T rong đ iểu kiện
vận đ ộ n g k h ôn g ôn định, hai đại lư ợ n g n ày k hôn g
b ằng nhau và có th ế đ ư ợ c th ể h iện qua s ự d â n g cao
m ự c n ư ớc và lư u lư ợ n g d ò n g ch ảy gia tăng
(qđến>qđi); hoặc giảm lưu lư ợ n g hoặc giảm m ự c n ư ớc
d iễn ra khi qdến < qđi. D o sự khác n hau giữ a tổng
lư ợ n g n ư ớ c đ ến và đi trong m ột k hoản g thời gian
cân b ằn g đặc trưng ch o lư ợ n g n ư ớc tăng lên hay
giảm đi trong th ể tích cân b ằng. Lượng n ư ớc trong
th ế tích cân b ằng n ày phụ thu ộc vào tính nhả n ư ớc
của đâ't đá trong h ệ th ốn g địa chât thủy văn và đ ư ợ c
xác đ ịn h qua h ệ s ố nhả n ư ớc trọng lự c (Sy) đ ôì với
n ư ớ c n gẩm và h ệ s ố nhả n ư ớ c đàn hổi |i \

Các thành phân cân bằng n ư ớc tham gia vào
p hư ơng trình cân bằng đ ư ợc xác đ ịn h m ột cách đ ộc
lập. Chính những thành phần này đ án h giá định
lư ợng các y ếu tố hình thành đ ộ n g thái. N ếu tâ't cả các
thành phần tham gia vào cân b ằng đ ư ợ c xem như
100% tương ứng với tổng lư ợ n g đ ến và đi, thì yếu tố
nào chiếm tý lệ > 50% đ ư ợc xem n h ư là y ếu tố chủ
yếu, và yếu tố nào chiếm tý lệ < 10% đ ư ợ c xem như
y ếu tô thứ yếu.
Thành lập và phản tích phương trình cản bằng
nước dưới đất
M ụ c đ ích

+ Làm sán g tỏ và đánh giá đ ịn h lư ợ n g các thành
phần cân bằng nước, tìm ra m ối quan hệ giữ a chúng,
xác định các thành phẩn cân b ằng chính, các yếu tố

chính hình thành đ ộng thái n ư ớ c d ư ới đâ't trong diện
tích nghiên cứu cân bằng;
+ Làm sáng tỏ kiểu đ ộ n g thái nư ớc d ư ới đât,
phân tích xu th ế đ ộng thái m ự c n ư ớ c và lư u lượng,
từ đ ó dự báo đ ộng thái m ực n ư ớ c và sự thay đổi các
thành phần tham gia vào cân b ằng n ư ớc d ư ớ i đất;
+ Xác định và tính toán đ ịn h lư ợ n g các kiểu trao
đối nước, xác định m ối quan hệ g iũ a cân b ằng nước
dưới đ ấ t với cân bằng nư ớc trong đới th ô n g khí và
với cân bằng nước chung của lụ c địa.
T rình tự lậ p p h ư ơ n g trình c â n b ằ n g n ư ớ c d ư ớ i đ ấ t

Đ ế n ghiên cửu cân bằng n ư ớ c trong m ối quan hệ
với nghiên cứu đ ộng thái n ư ớ c d ư ớ i đâ't, chúng ta
phải tiến hành theo trình tự các bư ớc n h ư sau.
Bước ĩ. Xác đ ịnh diện tích cân b ằn g và khoảng
thời gian nghiên cửu cân bang.
Bước 2. Thành lập p h ư ơ n g trình cân bằng dưới
dạng SỐ học các thành phần đ ến và đi trong khoảng
thời gian nghiên cứu.
Bước 3. Với giá trị các thông s ố có đư ợc theo kết quả
điểu tra nước dưới đất, xác định định lư ợng các thành
phẩn đến và đi tham gia vào phư ơng trình cân bằng.
Bước 4. Đánh giá kết quả cân bằng, tức là đánh
giá sự thay đổi trừ lượng trong khu cân b ằng do tác
đ ộn g cùa tâ't cả các yếu tố. T rong đ iểu kiện vận đ ộng
ổn định, m ực nước trong thời gian n g h iên cứu cân
bằng không thay đổi. Trong đ iểu kiện vận động
không ổn đ ịnh sẽ xảy ra quá trình d â n g cao hay su y
giảm m ự c nước (hoặc trữ lư ợn g n ư ớc d ư ớ i đâ't).

Bước 5. Làm sán g tỏ m ối quan h ệ g iữ a đ ộ n g thái
và cân bằng nước dưới đât; phân tích m ối quan hệ
giữa thành phẩn đến và thành phẩn đi đ ế rút ra yếu
tố chính, yếu tố phụ hình thành đ ộ n g thái nư ớc dưới
đât trong khu cân bang, từ đ ó d ễ d à n g xác đ ịnh kiêu
đ ộn g thái nước dư ới đất.
Bước 6. Phân tích hướng thay đ ổ i/d iễn biến động
thái m ực nước trong diện tích n g h iên cứ u (biến đối
trong quá trình khai thác sử d ụ n g n ư ớ c dư ới đâ't,
điều kiện cung câp và thoát nước), ảnh h ư ởng của


Đ ỊA CHẤT T H U Ỷ V Ă N

n hữ n g xu th ế n ày tới cân bằng nước và với môi
trường xung quanh.
Bước 7. Phân tích d iên biến trử lượng chung của
nước dưới đất.
Bước 8. Phân tích, phán đoán khả năng bô sung trừ
lượng nước d ư ới đất và n guồn hình thành trừ lượng
tự nhiên. Đ ánh giá đ ịnh lượng các quá trình trao đổi
nước, các dạng quan hệ và tương tác giữa chúng.
Sự bổ su ng trừ lư ợ n g nước dưới đất diễn ra trong
suốt thời kỳ cân b ằng nước. C húng được chia thành
các n gu ồn tự n h iên và n g u ồ n nhân tạo liên quan đến
hoạt đ ộ n g của con ngư ời.
wt*

r fn

447

rộng trung b ình của khu cân bằng ký h iệu là Ay, b ể
dài trung bình là Ax, thời gian n g h iên cứu trong
k hoản g A t = 1 năm .
Xảy dựng phương trình cân bằng nước ngầm

Đ ể giải bài toán cân b ằn g này, ch ú n g ta sẽ tiến
hành theo trình tự sau.
- P hân tích đ iểu k iện h ìn h thành cân b ằ n g n ư ớ c
n g ầ m trên d iện tích cân b ằ n g th ế h iện trên h ìn h 1
và xác đ ịn h các thành p hẩn tham gia v à o cân b ằng
n ư ớ c ngầm .
Các thành phần đến gôm:
- D ò n g n gầm đ ến (Qiw) là d ò n g n gẩm chảy qua
ranh giớ i bên phải của khu cân bằng;
- C ung cấp cho nư ớc ngẩm qua đới thông khi gồm:
ngấm từ nước m ưa (Qm) và ngấm từ nước tưới (Qf);
- C u n g cấp cho tầng chứa nư ớc n gẩm phía trên từ
tầng chứ a n ư ớ c có áp phía d ư ới d o thâm x u y ên (Qtx).
Các thành phẩn chuyển đi gôm:

c —]ị EE32

Y /A *

Er3« EE37

- D ò n g n gầm chảy đi tự nhiên (Qout) theo p h ư ơ n g
n g a n g v ề phía d ò n g chảy mặt;

- Mất đ i d o khai thác n ư ớ c (Qik);

Hình 1. Sơ đồ mặt bằng và mặt cắt diện tích nghiên cứu

cân bằng.

M ột trong n h ữ n g ưu đ iếm rất cơ bản của nghiên
cứu cân bằng n ư ớ c d ư ớ i đâ't là có th ể xác định được
n hữ n g đại lư ợ n g m à trong điểu tra địa chất thủy văn
ở ngoài trời k h ôn g th ể xác định dễ dàng và chính
xác. Đ ó là đại lư ợ n g thất thoát nước dưới đâ't do bốc
hơi từ mặt n ư ớc ngầm . Trong thực tế, đại lượng này
có th ế đ o đ ếm đ ư ợ c trực tiếp tại các bãi thí nghiệm ,
thư ờng gọi là "sân cân bằng". Tuy nhiên các sân cân
bằng không thê đại d iện cho cả m ột diện tích rộng
lớn n ghiên cứ u vớ i đ iểu kiện trên mặt đất rất khác
nhau và lớp p h ủ th ô n h ư ờ n g râ't khác nhau. Vì vậy,
đại lư ợn g thoát n ư ớ c d ư ớ i đâ't do bốc hơi xác định
bằng n ghiên cứ u cân b ằn g nước dưới đâ't là phương
pháp hiệu quả và ít tốn kém nhâ't.
Nghiên cứu lập phương trình cân bằng
Dữ kiện nghiên cứu cân bằng

Ví dụ v ể n gh iên cửu cân bằng nước ngầm trên diện
tích m ột thềm sôn g được thể hiện trên như hình 1.
Trên d iện tích n g h iên cứ u có canh tác hoa màu và sử
d ụ n g nước tư ới với lưu lư ợn g tưới được ký hiệu là
Qt, có lổ khoan khai thác nước ngầm với lưu lượng là
Qik. Đ ộ sâu phân b ố m ự c nước ngầm thay đổi theo
m ùa và trong m ột k h oản g thời gian quan sát trong

năm , có sự b ốc hơi từ b ề m ặt nước ngầm . Tầng chứa
nư ớc ngầm có quan h ệ th ủ y lực với tầng chứa nước
có áp phân b ố phía d ư ớ i và nhận được giá trị cung
câp bằng thấm x u y ên qua lớp thâm nước yếu với bể
dày m o, hệ sô' thấm ko. Trong hoàn cảnh có khai thác
nước, m ực n ư ớ c n gẩm giám đi m ột đại lượng trung
bình là AH sau m ột năm trên diện tích nghiên cứu.
Gia thiết d iện tích khu n gh iên cứu cân bằng là F, bể

- BỐC hơi tù’ m ặt n ư ớc n gầm (Qbh).
H ai thành phần đ ến và đi trong đ iểu kiện bình
thư ờng trong cân bằng nư ớc phải bằng nhau, n h u n g
theo đầu bài, kết quả quan trắc sau m ột năm m ực
nư ớc n gẩm giảm m ột đại lư ợn g ià AH, nghĩa là xảy ra
quá trình tháo khô m ột phẩn tầng chứa nước. Lượng
nư ớc này đ ư ợ c tính cho 1 năm và ký h iệu là Qtk.
- V iết p h ư ơ n g trinh cân b ằn g ch u n g của n ư ớ c
n g ầ m tron g m ộ t năm:
(Q in + Q m + Q t + Q tx) - (Qout + Qbh + Qỉk) = Qtk

(1 )

Các thành phần trong p h ư ơ n g trình cân b ằng
trê n

b iể u

d iê n

b ằ n g

m 3/ n g à y .

Giả d ụ Qirt = Qout và m ối quan h ệ th ủ y lự c giừ a
n ư ớc n gẩm và n ư ớ c có áp bên d ư ới k h ô n g tổn tại
(Qtx = 0), đ ổ n g thời trong 1 năm tổ n g lư ợ n g d ò n g
chảy đ ến b ằn g d ò n g chảy đi, m ự c n ư ớc n gầm gần
n h ư nằm n gan g, trong đ iều kiện đ ó p h ư ơ n g trình (1)
sẽ có dạng: Qm + Qt - Qbh - Q ik = 0
(2)
P h ư ơ n g trình (1) và (2) ch o thây thành phần tham
gia trong đ ó phụ thu ộc v à o các y ế u tố h ình thành
đ ộ n g thái n ư ớc ngẩm . N ếu n hiều n g u ồ n h ìn h thành,
đ ẩy đ ủ các thành phần tham gia p h ư ơ n g trình cân
bằng thì sừ d ụ n g p h ư ơ n g trình (1), n g ư ợ c lại, khi có
ít các n g u ồ n h ình thành hoặc hạn c h ế thành p hẩn
tham gia thì sử d ụ n g p h ư ơ n g trình (2), tức là
p h ư ơ n g trình cân b ằng p h ụ th u ộc v ào các n g u ổ n
h ình thành đ ộ n g thái nư ớc d ư ới đât.
- Xác đ ịn h các thàn h p hần cân b ằ n g n ư ớ c b ằn g
các p h ư ơ n g p h á p khác n hau
N h ừ n g đại lư ợ n g n h ư cu n g cấp d o n gâm từ nư ớc
m ưa, n gấm từ n ư ớc tưới, từ thấm x u yên , bốc hơi tử
b ề m ặt n ư ớc n gầm , v.v... là n h ử n g đại lư ợ n g râ't khó
xác định. Đ ê đánh giá ch ú n g, trong p h ư ơ n g trình cân


448

BÁCH KHOA THƯ Đ ỊA CHÁT

bằng cẩn phải biết tâ't cả các thành phẩn còn lại. Kết
quả tính toán sẽ m ang tính gần đ ún g v ì sai s ố xác
định các thành phần đến và đi đểu dựa trên n h ữ n g
giả thiết nhất định.
Phương trình cân bằng (1) có thể biếu d iễn thôn g
qua chiều cao lớp nước (m) n hư sau:
(3)
Qi»-Q„u, Aí +

_w

)A , + W A t + w Al _ QịịA L = /z A / /

F

F

trong 1 năm. ỊẤ là hệ số nhả nước của đâ't đá trong
diện tích diễn ra suy giảm m ực nước. D âu ± phụ
thuộc vào điểu kiện địa chât thủy văn cụ thể, tủy
thuộc vào n guồn hình thành nước dưới đât ở vùng
nghiên cứu. N ếu tổng các n guồn đến lớn hơn n guồn
đi thì m ang dâu (+); ngược lại tổng các n g u ồ n thoát
mà lớn hơn n guồn cung câp thì m ang dấu (-).

Tài liệu tham khảo

N ếu đặt AQ = Qin - Qout. đại lượng cu n g cấ p n gâm
từ nước mưa xác định theo m ực nước n g ẩ m trong

năm: Wpe = VVm - Wbh (trong đó: Wm, Wbh là cư ờ n g đ ộ
cung cấp và bốc hơi từ m ặt nước ngầm , m /n gày).
C ường độ khai thác trung bình của lỗ k hoan trén
diện tích F được ký hiệu q _ Qịl (m /ngày).
F

A/ ± fVpeAt + W Ạt + WtxM - qlkAt = ± //A H

United States. 2009. 74 pgs. USA.
Gerrit Jousma, 2008. Guideline: on Groundvvater monitoring
for general reíerence purposes, IGRAC, The N etherlands In­
ternational Working Group I Utrecht. 90 pgs. UNESCO. Paris.

Jousma G., Roeloísen F. ]., 2003. Ưtrecht. Inventory of existing
guidelines and protocols for groundvvater assessm ent and

Phương trình (3) đưa v ề dạng:
±—

A National Framework for Groundvvater M onitoring in the

monitoring. IGRAC, The Netherlands Internationaỉ Working

(4 )

F
Wt và Wtx là cường đ ộ ngấm tử n ư ớc tư ới và
cường đ ộ cung cấp d o thấm xu yên đ ư ợ c xác đ ịnh
theo công thức Darcy hoặc theo các p h ư ơ n g p háp đ o
đạc trực tiếp.

V ế trái của phương trinh (3) và (4) thê hiện n hừ n g
thành phần cân bằng nước hay các yếu tổ h ình thành
động thái nước, v ế phải là sự biến đối trữ lư ợ n g nư ớc
ngầm gây ra bởi sự su y giảm m ực nước n gầm AH

Group I Uừecht. 22 pgs. UNESCO. Paris.

Jousma G., Roelofsen F.JL, 2009. VVorld-vvide mventory on
groundwater monitoring by Utrecht. IGRAC. 31 pgs. UNESCO.
Paris.
UlecTaKOB

B. M .,

no BedeHMio

1989.

MOHMTopMHra

MeTOAMHecKơe
pecypcoB

pyKOBOACTBO
no43eMHbix B04

BopoõbeBbi ĩop b i, MocKBa. reoÁOỉUHecKUU (paK yAtm erĩĩ M /y .
2 7 CTp. MocKBa

Mạch nước

Vũ Thị Minh Nguyệt. V iện Địa chất,
Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam.
Đoàn Văn Cánh.
Trường Đại học Mỏ - Địa chất.

Giới thiệu
Mạch nước (nguổn lộ) là nơi nước n gầm xuất lộ
tự nhiên trên b ề mặt Trái Đât, tạo thành d ò n g chảy.
D òng xuất lộ nước ngầm tự nhiên này có th ể thoát ra
từ đá gốc hay từ lớp đất phủ trên m ặt đất h oặc trên
các khu vực có nước mặt. Mạch nước k hôn g g ồ m các
xuất lộ nước ngầm nhân tạo như giếng hoặc lỗ khoan.
M ạch nước xuât lộ theo quy m ô, đ iể u k iện và
n hiều tình h u ốn g khác nhau. C ó thê gặp m ạch n ư ớ c
xuất lộ theo m ạch rỉ rất nhỏ (chi đủ q u an sát thây
d ò n g chảy), tới các m ạch nước xuâ't lộ v ớ i lư u
lư ợng cực lớn. M ạch nước cũ n g có khi g ặ p trên
sườn núi, bên bờ sôn g, hay m ạch đ ù n lên thành
đầm lầy hay thậm chí gặp m ạch nước n g ọ t ở n g o à i
biến. Đ ộn g thái của các m ạch nước rât khác n hau ,

có loại m ạch n ư ớc chỉ chảy vào m ùa m ư a và biến
m ất vào m ùa khô, có loại chảy quanh n ăm v ớ i lưu
lư ợn g ổn định, lại có loại xuất lộ theo ch u kỳ, v .v ...
Mạch nước đ ó n g vai trò quan trọng trong phát
triển kinh t ế xã hội và bảo tổn hệ sinh thái của nhiều
khu vực. M ạch nước lớn và tiêu biếu có khả năng
cung cấp nước sinh hoạt cho các thành phố, khu
công nghiệp lớn, các dự án tưới tiêu và các khu vui
chơi giải trí.

N g h iên cứu v ể m ạch nước có ý nghĩa q u an trọng
trong Địa chất thủy văn (cung cấp các th ô n g tin v ề
điều kiện địa chất thủy văn) đ ồn g thời còn cu n g cấp
các thông tin nhằm quản lý bển v ữ n g n g u ồ n nước và
bảo vệ hệ sinh thái của vùng.