Lưu trữ nước ngọt trong các tầng chứa nước nói chung và trong các tầng chứa nước mặn nói riêng là công nghệ lưu trữ hiện đại, được áp dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới, mang lại hiệu quả và lợi ích to lớn. Bên cạnh việc thiết kế, thi công và vận hành các mô hình này thì một nội dung quan trọng, không thể thiếu là đánh giá hiệu quả mô hình trên cơ sở các mục tiêu đề ra. Bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu, đánh giá hiệu quả mô hình lưu trữ nước ngọt trong khu vực nhiễm mặn tầng chứa nước Pleistocen tại Nhà máy nước sạch Ngọc Tuấn Nagaoka, thuộc Đề tài “Nghiên cứu đề xuất quy trình công nghệ tích nước ngọt trong các tầng chứa nước mặn vùng Đồng bằng sông Hồng. Thử nghiệm ở tỉnh Hưng Yên” bằng tổ hợp các phương pháp: Lấy và phân tích mẫu chất lượng nước, đồng vị, địa vật lý, tính toán hiệu suất thu hồi.
Tổng quan mô hình thực nghiệm
Mô hình lưu trữ nước ngọt trong tầng chứa nước mặn tại Nhà máy nước sạch Ngọc Tuấn Nagaoka được thiết kế gồm 4 giếng trong đó có 1 giếng khai thác và 3 giếng hấp phụ nước có đường kính giếng 219mm, chiều sâu 60,0m trong đó có 15,0m ống lọc trong tầng chứa nước Pleistocen. Với thiết kế như vậy, các giếng hấp phụ nước cũng có thể trở thành giếng khai thác trong những điều kiện khẩn cấp. quá trình vận hành thử nghiệm được tiến hành theo 2 vòng thí nghiệm: vòng 1 tiến hành với tổng lượng nước ép và thu hồi là 3560 m3, vòng 2 với tổng lượng nước ép xuống là 4884 m3. Cùng với công tác ép nước, các dạng công tác lấy và phân tích mẫu thành phần hóa học, mẫu đồng vị, công tác địa vật lý cũng được tiến hành để đánh giá hiệu quả mô hình.
* Đánh giá hiệu quả theo lượng nước thu hồi:
Quá trình bơm thu hồi nước tiến hành đo Ec của nước thu hồi để so sánh với nguồn nước ép. Kết quả cho thấy khi thu hồi đến 2000 m3 (56%) thi chất lượng nước (EC) vẫn đảm bảo như nguồn nước ép ban đầu, hệ số hòa trộn đạt trên 90%, gần bằng không sau đó hàm lượng EC tăng dần, hệ số hòa trộn tăng đến 50% khi thu hồi hết 3560m3. Như vậy có thể đánh giá rằng hệ số thu hồi của mô hình là khoảng 56% (khi so sánh giữa chất lượng nguồn nước bổ cập với chất lượng nguồn nước thu hồi) và đạt 100% (khi so sánh giữa chất lượng nguồn nước thu hồi với các Quy chuẩn về chất lượng nước dưới đất – QCVN09-MT:2015/BTNMT).
* Đánh giá hiệu quả qua kết quả phân tích thành phần hóa học của nước: Tiến hành lấy và phân tích mẫu nước trước khi ép nước, các mẫu nước thô, nước trong các giếng khoan để đanh giá chất lượng nước của tầng chứa, nước trong quá trình thu hồi, quá trình lưu trữ để so sánh với chất lượng nước ban đầu bằng các biểu đồ Stiff và Piper. Kết quả như sau:
– Đánh giá chất lượng nguồn nước thu hồi: Kết quả so sánh trên biểu đồ Stiff cho thấy nguồn nước thu hồi có đặc điểm tương đồng với nguồn nước bổ cập. Dễ nhận thấy trên biểu đồ, chất lượng nguồn nước dưới đất trong lỗ khoan khai thác hàm lượng Clorua và Natri chiếm ưu thế, tuy nhiên nguồn nước thô, hàm lượng Corua và Natri chiêm tỷ lệ nhỏ và tương đồng với nguồn nước thu hồi.
Hình 1: So sánh chất lượng nước qua biểu đồ Stiff nước thô – nước trong tầng chứa nước và nước thu hồi
– Đánh giá sự biến đổi chất lượng nước: Kết quả phân tích trên biểu đồ Piper cho thấy đặc điểm chất lượng nước của các giếng quan sát là sự hòa trộn khá rõ giữa nguồn nước ép và nước trong tầng chứa. Theo đó, các điểm trong hình tròn xanh là mẫu nước trong quá trình thu hồi và lưu trữ, các điểm mẫu nước thô và nước trong tầng phân hóa rất rõ rệt theo 2 hướng.Hình 1: So sánh chất lượng nước qua biểu đồ Stiff nước thô – nước trong tầng chứa nước và nước thu hồi
Hình 2: Biểu đồ Piper các mẫu nước
* Đánh giá hiệu quả qua kết quả lấy và phân tích mẫu đồng vị:
Công tác lấy và phân tích mẫu: Công tác lấy mẫu đồng vị được tiến hành trước quá trình ép nước và trong quá trình lưu trữ để đánh giá tỷ lệ hòa trộn của các nguồn nước. Kỹ thuật phân tích tỷ số đồng vị deuteri và oxy-18 là kỹ thuật quang phổ lazer trên thiết bị lazer của hãng Los Gatos (Mỹ).
Trên cơ sở số liệu phân tích đã tính được mức đóng góp của nước sông (x) vào nước thu hồi theo thông số đồng vị bền của nước: δ2H, δ18O và hoạt độ 3H. Số liệu được trình bày trong bảng sau:
| Theo thông số | x, % |
| δ2H | 52 |
| δ18O | 52 |
| 3H | 48 |
Như vậy, theo thông số thành phần đồng vị bền của nước (δ2H và δ18O) thì ở giai đoạn đầu hút thu hồi 52% sản lượng nước là nước sông (nước ép), phần còn lại (48%) là nước lợ khuếch tán từ địa tầng. Trong khi đó nếu tính theo hoạt độ của 3H thì phần nước sông trong nước thu hồi thấp hơn một chút, nhưng vẫn có cùng bậc là khoảng 50%. Điều này có thể hiểu được vì sai số của phép định lượng triti (đo tuyệt đối) là cao hơn so với định lượng thành phần đồng vị (đo tương đối so với mẫu chuẩn).
* Đánh giá hiệu quả bằng phương pháp địa vật lý:
Phương pháp quan trắc địa vật lý được tiến hành trên phạm vi khu vực thí nghiệm, các điểm đo được bố trí từ tâm giếng về các phía và không thay đổi vị trí giữa các lần đo để đanh giá sự biến đổi điện trở suất trong quá trình nước ngọt được bổ cập vào tầng chứa nước. Kết quả đo địa vật lý trên tuyến T1 (đo lần 2) cho thấy từ điểm D1 đến điểm D11 (dài khoảng 30m) giá trị điện trở suất thu được có sự khác biệt so với lần đo thứ 1, thể hiện rõ sự thay đổi ở cự ly thiết bị AB/2 = (60 – 140)m. Cụ thể, ở lần đo thứ nhất giá trị điện trở suất thu được trong đới này thay đổi từ 6,8Ωm đến 10,9Ωm, ở lần đo thứ hai giá trị điện trở suất thu được trong đới thay đổi từ 8,3Ωm đến 19,1Ωm (tăng 8,2Ωm).
Kết quả phân tích ảnh điện hai chiều giữa 2 lần đo cũng cho thấy có sự khác biệt về điện trở suất của đất đá (có xu hướng tăng) trong khoảng từ điểm D1 đến điểm D11.
Như vậy theo kết quả đo địa vật lý có thể thấy rằng việc ép nước nhạt xuống lỗ khoan đã tạo ra một đới chứa nước nhạt tính từ tâm lỗ khoan ra hai bên là khoảng 15m (đới rộng khoảng 30m), thể hiện giá trị điện trở suất thu được tăng lên khá cao so với lần đo thứ 1 (tăng 10,5Ωm), càng xa lỗ khoan kết quả đo không nhận thấy nhiều sự khác biệt giữa các lần đo.
Kết luận
Kết quả đánh giá hiệu quả mô hình cho thấy, mô hình thử nghiệm lưu trữ nước ngọt trong tầng chứa nước mặn tại nhà máy nước sạch Ngọc Tuấn Nagaoka đạt hiệu quả cao. Trong đó, hệ số thu hồi đạt 56% so với nguồn nước bổ cập và đạt 100% so với QCVN. Đặc điểm chất lượng nước có sự biến đổi tốt, các chỉ tiêu, đặc biệt là chỉ tiêu về tổng độ khoáng hóa, clorua giảm mạnh đảm bảo tiêu chuẩn cho phép ở cả lỗ khoan khai thác cũng như các lỗ khoan quan sát. Việc đánh giá mô hình lưu trữ bằng tổ hợp các phương pháp trên góp phần làm sáng tỏ tính hiệu quả của mô hình lưu trữ trên nhiều khía cạnh, cả trực tiếp và gián tiếp, việc áp dụng tổ hợp các phương pháp này phát huy các ưu điểm và bù đắp các nhược điểm giữa các phương pháp, giúp việc đánh giá được chính xác và hiệu quả.
