Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 235

SỬ DỤNG MÔ HÌNH GMS MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG
TÀI NGUYÊN NƯỚC NGẦM TRÊN ĐẢO PHÚ QUÝ
Nguyễn Xuân Hiển
(1)
, Khương Văn Hải
(1)
,
Nguyễn Thị Phương
(1)
, Nguyễn Anh Dũng
(2)

(1)
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường,
(2)
Vụ Khoa học và Công nghệ

Nước ngầm ở trên đảo Phú Quý là nguồn nước chính đáp ứng mọi nhu cầu sinh hoạt
và sản xuất của nhân dân trên đảo. Bài báo giới thiệu ứng dụng mô hình GMS để đánh giá
hiện trạng nước ngầm trên đảo và một số kết quả tính toán như: tổng trữ lượng nước ngọt
trên đảo khoảng 6,08 đến 7,28 triệu m
3
/tháng; tổng lượng khai thác khoảng 86,3 đến 95,5
nghìn m
3
/tháng.

, chiếm khoảng 50% diện
tích đảo. Thành phần thạch học gồm cát thạch anh màu xám trắng hạt trung đến thô
mài mòn, chọn lọc tốt; cát thạch anh màu vàng nhạt, hạt mịn đến trung. Theo số liệu
tổng hợp kết quả điều tra, thu thập tại các giếng khoan cho thấy chiều dày tầng chứa
nước này biến đổi từ 4 đến 13 m, thường gặp 5,8m. Nước dưới đất trong tầng này
thuộc loại không áp, có mực nước thay đổi từ 2,58m đến 5,3m, giá trị thường gặp 2,5m
 3,5m.

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI
236 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường

Tầng chứa nước khe nứt trong Bazan nứt nẻ tuổi Holocen (

Q
2
)
Tầng chứa nước khe nứt trong các thành tạo phun trào bazan Q2 lộ ra ở khu
vực núi Cao Cát, núi Cấm, với diện tích khoảng 2,25 km2, chiếm 14% diện tích toàn
đảo. Tầng chứa nước này phân bố ở khu vực địa hình cao (phần lớn ở khu vực núi, cao
độ trên 40m), đất đá kém nứt nẻ, mức độ chứa nước kém đến rất kém. Cho đến nay,
chưa có lỗ khoan nghiên cứu tầng chứa nước này. Bề dày của tầng phun trào khoảng
40 - 60m. Tầng chứa nước Q2 không có ý nghĩa về mặt cung cấp nước.
Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích biển tuổi Pleistocen thượng (qp
2
)
Trầm tích biển tuổi Pleistocen thượng phân bố chủ yếu ở phía Đông Nam và
phía Nam đảo Phú Quý, với diện lộ khoảng 2,0 km
2
. Thành phần thạch học gồm cát
thạch anh hạt trung, thô, lót đáy là san hô gắn kết cứng màu trắng xám. Những đồi cát

chung tầng chứa nước Pleistocen trung chưa được nghiên cứu nhiều, chưa đánh giá hết
khả năng chứa nước của tầng này.
3. Hiện trạng khai thác nước ngầm trên đảo Phú Quý
Theo số liệu thống kê về quy mô khai thác nước ngầm năm 2005 (Bảng 1) cho
thấy trên đảo có khoảng 226 giếng khai thác với lưu lượng khai thác khoảng 2323.3
(m
3
/ngày đêm). Trong đó, có 100 giếng khoan khai thác nước ở tầng chứa nước khe
nứt trong Bazan nứt nẻ, có tuổi Pleistocen trung - thượng (Q
1
2-3
) ở độ sâu từ 22 - 60
mét so với mặt đất với lưu lượng 2070(m
3
/ngày đêm); 126 giếng đào ở tầng chứa nước
lỗ hổng trong trầm tích Holocen (qh), tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 237

Pleistocen thượng (qp2) độ sâu giếng biến đổi từ 2,2 đến 12 mét so với mặt đất, lưu
lượng khai thác 253,3 (m3/ ngày đêm).
Tính tới thời điểm năm 2009 hai nhà máy cấp nước sạch cho huyện đảo đã hoàn
thành và đi vào hoạt động với các thông số kỹ thuật sau:
1. Nhà máy nước Ngũ Phụng với công suất máy 1.500m
3
/ngày bao gồm 9 giếng
khoan khai thác chủ yếu ở độ sâu 30 - 45m. Nhưng hiện nay công suất thực tế mới chỉ
đạt tới 500m

45
315
33
64.1
Tk 2005
Tam Thanh
20
1575
40
108.6
Tk 2005
Ngũ Phụng
35
180
53
80.6
Tk 2005
Toàn huyện
100
2070
126
253.3 4. Ứng dụng mô hình GMS đánh giá trữ lượng nước ngầm trên đảo Phú Quý
4.1. Cơ sở lý thuyết của mô hình GMS
Phương trình vi phân mô tả chuyển động của nước dưới đất trong điều kiện môi
trường không đồng nhất và dị hướng được mô tả bằng phương trình đạo hàm riêng
sau:
t






¶
¶
¶
¶
+






¶
¶
¶
¶

Ở đây:
- K
xx
, K
yy
, K
zz
là các hệ số thấm theo phương x, y và z. Chiều z là chiều thẳng
đứng.

x
C
V
x
C
D
x
2
2
L
¶
¶
=
¶
¶

¶
¶

ở đây: D
L
- Hệ số phân tán thuỷ động lực theo chiều dọc;
C - Nồng độ dung dịch;
V
X
- Tốc độ chuyển động trung bình của dòng ngầm theo phương x;
t - Thời gian tính từ khi bắt đầu xảy ra quá trình khuyếch tán;
D
L
được xác định bởi công thức:

b. Phân bố lộ diện địa chất trên đảo Phú
Quý
Hình 1. Phân bố địa chất trên đảo Phú Quý
Từ 4 tầng chứa nước ở trên khi đưa vào mô hình GMS được nhóm thành các
lớp địa chất như sau:
+ Lớp 1: gồm trầm tích gió tuổi Holocen, trầm tích biển tuổi Pleistocen thượng,
Bazan nứt nẻ tuổi Holocen, Bazan nứt nẻ tuổi Pleistocen trung thượng với hệ số thấm
Hình 2.a;
+ Lớp 2: gồm Bazan nứt nẻ có tuổi Pleistocen trung-thượng phân bố xung
quanh đảo và Bazan lỗ hổng tuổi Pleistocen trung phân bố trung tâm đảo với hệ số
thấm Hình 2.b;

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 239

+ Lớp 3: gồm Bazan nứt nẻ có tuổi Pleistocen trung-thượng phân bố phía tây
bắc đảo, một vài vùng nhỏ ven biển và Bazan lỗ hổng tuổi Pleistocen trung phân bố
phần còn lại của đảo với hệ số thấm Hình 2.c;
+ Lớp 4: Bazan lỗ hổng tuổi Pleistocen trung với hệ số thấm Hình 2.d;

(a)

(b)

(c)

(d)
Hình 2. Hệ số thấm tại các tầng địa chất theo phương ngang
4.3. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm

12.00
01/01/2010
11/04/2010
20/07/2010
28/10/2010
05/02/2011
16/05/2011
24/08/2011
Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán
h(m)
Time
Trạm PQIII-1TB

(b)
-6.00
-2.00
2.00
6.00
10.00
14.00
01/01/2010
11/04/2010
20/07/2010
28/10/2010
05/02/2011
16/05/2011
24/08/2011
Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán
h(m)
Time

20/07/2010
28/10/2010
05/02/2011
16/05/2011
24/08/2011
Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán
h(m)
Time
Trạm PQIV-3B

(e)
-6.00
-2.00
2.00
6.00
10.00
14.00
01/01/2010
11/04/2010
20/07/2010
28/10/2010
05/02/2011
16/05/2011
24/08/2011
Độ sâu mực nước tĩnh thực đo độ sâu mực nước tĩnh tính toán
h(m)
Time
Trạm PQIV-4A

(f)

3
PQIII-2B
11,18
0,51
0,65
1,09
4
PQIII-4B
11,2
0,45
0,54
0,02
5
PQIV-3B
7,11
0,64
0,71
1,26
6
PQIV-4A
10,78
0,44
0,50
1,2
Kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm tại 6 giếng quan trắc mực nước ngầm cho
thấy mô hình mô phỏng tốt nước ngầm. Mực nước tính toán ở tất cả các giếng quan
trắc đều đồng pha với mực nước thực đo (Hình 4). Sai số tuyệt đối trung bình dao
động từ 0,42 đến 0,64 mét, lớn nhất tại trạm PQIV-3B, nhỏ nhất tại trạm PQI-2C. Độ
lệch quân phương dao động từ 0,5 đến 0,71, lớn nhất tại trạm PQIV-3B, nhỏ nhất tại
trạm PQIV-4A. Ngoài ra, sai số đỉnh dao động trong khoảng từ 0,02 đến 1,78 mét

90,7 đến 92,1% tổng trữ lượng nước ngầm trên đảo. Trữ lượng khai thác tiềm năng
trên đảo vào khoảng 2,5 đến 3,6 triệu m
3
, chiếm 40,8 đến 50,4% tổng trữ lượng nước
ngọt trên đảo. Theo số liệu điều tra khảo sát cập nhật năm 2011 thì mức độ khai thác
trên đảo vào khoảng 86,3 đến 95,5 nghìn m
3
/tháng, chiếm 2,6 đến 3,7% trữ lượng khai
thác tiềm năng trên.
Trong điều kiện bình thường tổng lượng nước bị nhiễm mặn chiếm khoảng
8,4% đến 9,3% tổng lượng nước dưới đất (Bảng 3). Việc khai thác hiện nay trên đảo
chưa ảnh hưởng nhiều đến sự xâm nhập mặn của nước biển đến nguồn nước ngầm của
đảo.

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 241

Bảng 3. Trữ lượng nước ngầm trung bình nhiều năm của từng tháng trên đảo Phú Quý
(106m3)
Trữ
lượng
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII

1.854
1.767
1.300
W
nhiễm mặn

0.619
0.620
0.620
0.624
0.626
0.624
0.626
0.626
0.624
0.622
0.620
0.620
W
nước ngọt

6.455
6.175
6.162
6.089
6.209
6.617
6.696
6.527
6.684

0.096
0.093
0.096
Trữ lượng khai thác tiềm năng = Trữ lượng động + 30% X Trữ lượng tĩnh;
W
KTTN
là trữ lượng khai thác tiềm năng; W
KT
là trữ lượng khai thác
5. Kết luận
Đặc điểm tự nhiên nổi bật nhất của đảo là cách xa đất liền (cách Phan Thiết 120
km), diện tích nhỏ, độ dốc lớn, trên đảo không tồn tại hoặc tồn tại trong thời gian ngắn
dòng chảy mặt sau mưa. Do đó, nước ngầm có vai trò rất lớn trong sinh hoạt và sản
xuất của người dân trên đảo.
Kết quả tính toán cho thấy với lượng khai thác hiện nay trên đảo Phú Quý
khoảng 3223 m
3
/ngày đêm (dân khai thách theo thống kê 2005 và 2 nhà máy nước
năm 2011 ) thì nước ngầm trên đảo hoàn toàn có thể đáp ứng được nhu cầu khai thác
phục vụ sinh hoạt và sản xuất của nhân dân trên đảo. Tổng lượng nước khai thác toàn
đảo mới chỉ chiếm 2,6 đến 3,7% trữ lượng nước khai thác tiềm năng.
Trong điều kiện bình thường tổng lượng nước bị nhiễm mặn chiếm khoảng
8,4% đến 9,3% tổng lượng nước dưới đất. Việc khai thác hiện nay trên đảo chưa ảnh
hưởng nhiều đến sự xâm nhập mặn của nước biển đến nguồn nước ngầm của đảo,
nhưng nêm mặn ở một số khu vực đã có xu hướng tiến vào trong đảo cục bộ nơi có
lượng khai thác tập trung cao như phía tây nam đảo thuộc xã Tam Thanh.
Việc sử dụng mô hình số trong tính toán nước ngầm có ưu điểm là mô tả được
sự biến động của nguồn nước ngầm theo thời gian và không gian. Ngoài ra, việc sử
dụng mô hình số giúp tính toán được các thành phần khác nhau trong tổng trữ lượng
nước một các rõ ràng. Việc này giúp ích rất lớn cho các nhà quản lý trong việc đưa ra