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
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

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

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

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


  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

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.

        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

   
   

   
      
   

(1.1)

 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

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

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
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

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

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.

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

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


    

    


    


(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
    


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

Trích đoạn Sự phụ thuộc vào các đặc trưng thấm của đáy sông Phân chia các lớp trên mô hình Biên và điều kiện biên của mô hình

---