Câu hỏi: Tính mới trong phương pháp tính toán và phân cấp trữ lượng nước dưới đất trong môi trường đá gốc nứt nẻ là gì?
Trong đánh giá trữ lượng nước dưới đất hiện nay vẫn chủ yếu áp dụng phương pháp tính toán trữ lượng nước dưới đất trong môi trường đất đá bở rời dựa trên định luật thấm cơ bản Darcy. Mặc dù, định luật thấm đường thẳng Darcy đã chỉ ra giới hạn áp dụng và phương pháp áp dụng cho các môi trường đất đá khác nhau. Nhưng trong môi trường đá cứng nứt nẻ việc tính toán các thông số địa chất thủy văn phục vụ tính toán trữ lượng đã được xem như là vấn đề khó khăn.
Tuy một thực tế cho thấy rằng, một số yếu tố phức tạp của tầng chứa nước khe nứt dẫn đến áp dụng định luật Darcy rất khó khăn. Sự thay đổi lớn về hệ số dẫn nước làm cho đặc tính giá trị và sự vận động lưu thông trong đứt gãy là bất đẳng hướng. Ngay cả khi xác định được lưu lượng ban đầu, thì hệ số thấm cũng không được xác định. Trong môi trường đã cứng sự biến đổi không gian rất mạnh mẽ, trong đó hệ số dẫn thuỷ lực và hướng vận động sẽ không vuông góc với đường mực nước.
Có nhiều hướng tiếp cận để phân tích dòng chảy trong môi trường đá nứt nẻ: thứ nhất là chia tầng chứa nước thành các khối cách biệt nhau bởi các hệ thống khe nứt, đồng thời giả thiết bản thân các khối này không thấm nước và số lượng khe nứt đủ lớn phân bố toàn bộ khắp tầng chứa nước và khi đó dòng chảy chỉ xảy ra trong hệ thống khe nứt, nó sẽ được mô hình hoá tương tự môi trường bở rời.
Một cách tiếp cận khác mà phổ biến áp dụng để tính toán hiện nay trên thế giới là trên quan điểm độ lỗ hổng kép, do các nhà khoa học Barenblatt (1960), Warren và Boot (1963), Kazemin (1963), Boulton (1977), Moench (1984), … đã đề xuất và phát triển các cách tính thông số cho TCN khe nứt.
– Theo quan điểm lỗ hổng kép, tức là mỗi thành tạo đá nứt nẻ được xem như 2 môi trường truyền dẫn của đá nguyên khối gồm các khe nứt, vi khe nứt nguyên sinh và môi trường truyền dẫn khe nứt và lỗ hổng thứ sinh (Barenblatt, 1960). Dòng chảy trong đá nứt nẻ là không ổn định, biểu đồ đường cong hạ thấp mực nước thường có 3 đoạn ứng với 3 pha riêng biệt. Theo kết quả nghiên cứu của Vũ Thanh Tâm, 2004 trên cơ sở mở rộng phương pháp Kazemin đã đề xuất phương pháp xác định thông số TCN khe nứt bằng lỗ khoan hút nước thí nghiệm đơn.
– Trên thế giới việc phân cấp trữ lượng nước dưới đất nói chung đã phát triển từ những năm 60 của thế kỷ trước. Hiện nay, vẫn tồn tại chru yếu 2 trường phái phân cấp trữ lượng của Nga và các nước phương Tây. Mỗi cách có ưu điểm riêng, xong tuy nhiên việc áp dụng cho phân cấp trữ lượng trong đá nứt nẻ của Châu Âu và Úc tỏ ra phù hợp với thực tế trong khai thác.
Một số so sánh cách phân cấp trữ lượng của Nga hiện nay và các nước phương Tây:
Nga hiện nay: Phân cấp trữ lượng tài nguyên nước dưới đất Nga gần đây nhất do Bộ Tài nguyên và hợp tác LB Nga (2007) ban hành Hướng dẫn việc áp dụng phân cấp trữ lượng nước dưới đất phục vụ cho ăn uống, sinh hoạt và trong công nghiệp, đã phân chia thành 5 cấp được miêu tả như sau: A- đã chắc chắn (developed), B- được đánh giá (evaluated), C1- trước đánh giá (Priliminary evaluated), C2- dự báo (explored), P- có thể (possible). Việc đánh giá tài nguyên nước không chỉ ở mức độ nghiên cứu chi tiết (chất lượng kết quả bơm thí nghiệm, …) mà còn chỉ ra phương pháp cụ thể đánh giá (thủy động lực, cân bằng nước hoặc thuỷ lực). Việc lựa chọn phương pháp đánh giá phụ thuộc vào mức độ phức tạp và kiểu tầng chứa nước. Uỷ ban đánh giá tài nguyên thiên nhiên nhiên LB Nga (GKZ) 2007 giới thiệu mô tả chi tiết điều kiện riêng của từng tầng chứa nước có thể được phân cấp thành một trong các cấp A, B, C1, C2 hoặc P.
Phương Tây: Việc tính toán trữ lượng, phân cấp trữ lượng nước dưới đất trong đá cứng nứt nẻ được tiến hành tính toán trực tiếp thông qua các dự án về khai thác khoáng sản và quặng. Từ thực tế, việc tính toán này sẽ được quy đổi bằng phương pháp bán định lượng, sau đó trữ lượng sẽ được phân cấp theo một chỉ số được đưa ra. Cấp trữ lượng được phân thành 4 cấp: cấp chắc chắn hay cấp đo vẽ được (Measured), cấp xác định (Indicated); cấp dự đoán (Inferred) và cấp không được phân cấp (Unclassified). Như một cẩm nang tra cứu, việc so sánh cách phân cấp giữa Nga và phương Tây như sau: trữ lượng cấp A và B có thể được xem tương tự như trữ lượng chắc chắn (M) trong JORC, C1, C2 cũng được xem tương đương như cấp xác định (Indicated) và cấp dự đoán (inferred). Tuy nhiên không chỉ là mối tương quan cứng nhắc giữa 2 cách phân cấp trữ lượng. Các tác giả Clayton R. & Armitage M 2004 đã xem xét các mối quan hệ giữa các cách phân cấp trữ lượng Nga GKZ và JORC và CRISCO. Khi đã được so sánh phân cấp trữ lượng Nga, nhìn chung nó tương đương với cách phân cấp của JORC.
Đánh giá xác định trữ lượng ở mức độ tin cậy cao cho một tầng chứa nước cũng tương tự việc xác định đánh giá trữ lượng của một mỏ khoáng sản. Sử dụng kết hợp phương pháp đánh giá xác định trữ lượng của các nhà địa chất thuỷ văn Nga với phương pháp xác định trữ lượng của các nhà địa chất thuỷ văn, khoáng sản phương Tây như: Ủy ban dự trữ khoáng sản và quặng Úc (JORC), hệ thống phân cấp trữ lượng Anh và Ủy ban đánh giá tiêu chuẩn báo cáo trữ lượng khoáng sản quốc tế (CRISCO)sẽ cải thiện việc đánh giá trữ lượng nước dưới đất trong đá cứng nứt nẻ một cách tin cậy hơn cho khai thác và cấp nước tại Việt Nam.
Tại thực tế Việt Nam, trong các tài liệu nghiên cứu trước đây của Đặng Hữu Ơn (2001), Đoàn Văn Cánh, Phạm Quý Nhân (2006), Vũ Thị Minh Nguyệt và nnk (2009), Hội đồng đánh giá Trữ lượng Khoáng sản quốc gia (1961, 1975), … đều đã đưa ra cách phân cấp trữ lượng khai thác nước dưới đất nhưng chủ yếu tập trung cho tầng chứa nước trong môi trường đất đá bở rời dựa trên phân cấp trữ lượng của Liên Xô trước đây và bổ sung thêm một số tiêu chí. Xong tuy nhiên, các tác giả cũng chưa đưa ra phương pháp thích hợp để tính trữ lượng nước dưới đất cho vùng đất đá nứt nẻ và Karst. Ở Việt Nam, cách tính và quan điểm tính toán trữ lượng đối với đất đá bở rời về trữ lượng khai thác chủ yếu tập trung vào trữ lượng động tự nhiên và có thể sử dụng một phần trữ lượng tĩnh tự nhiên của tầng chứa nước. Tuy nhiên đối với đá cứng, nguồn hình thành trữ lượng chủ yếu là trữ lượng động tự nhiên, phần trữ lượng tĩnh rất nhỏ. Do vậy, khi thiết kế điều tra, tính toán các thông số địa chất thuỷ văn và bơm hút nước thí nghiệm hạn chế tối đa việc xâm phạm vào phần trữ lượng tĩnh tự nhiên này. Khi trữ lượng tĩnh tự nhiên trong đá cứng nứt nẻ bị xâm phạm sẽ ảnh hưởng lớn đến dòng chảy ngầm tối thiểu, làm cạn kiệt, suy thoái tài nguyên nước dưới đất.
Trên thế giới việc áp dụng phương pháp tính toán, phân cấp trữ lượng trong rất nhiều điều kiện cụ thể khác nhau. Còn đối với Việt Nam, trong điều kiện các tài liệu điều tra đánh giá trữ lượng nước dưới đất trong đá cứ nứt nẻ còn rất ít, mật độ các điểm rất thưa. Việc áp dụng một phương pháp bán định lượng vào điều kiện cụ thể của Việt Nam sẽ là một hướng đi cần thiết và cần được triển khai. Hướng nghiên cứu này nhằm đề xuất và phát triển một phương pháp bán định lượng mới cho phân cấp trữ lượng nước dưới đất có tính đến yếu tố môi trường tự nhiên và nhân tố tác động con người. Việc tính toán trữ lượng và phân cấp trữ lượng trong đá cứng được ứng dụng trong thiết kế thí nghiệm địa chất thuỷ văn cho các công trình ngầm, mỏ khai thác khoáng sản, tháo khô mỏ và cung cấp nước cho sinh hoạt vùng núi cao, khan hiếm nước.
