CHƯƠNG MỘT SỐ QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT 6.1 CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA SỰ THẤM VÀ MỘT SỐ QUY LUẬT THẤM Giả thiết rằng: dịng nước đất chiếm tồn tầng chứa nước, bao gồm tất khe hổng phần cốt (cứng) mơi trường Như vậy, dịng vận động thực tế nước đất theo khe hổng thay dòng giả định, chiếm tất tầng chứa nước gọi dòng thấm 6.1.1.Quy luật dòng chảy ống dr h1 ro dv h2 ro L n 2  v i ro  r  4 Lưu lượng dịng chảy ống: Biểu đồ có dạng parabol ro i w q 2rvdr  ro 8 o 6.1.2.Định luật thấm đường thẳng (Darcy) Q K h A L h h L h2 h1 L Q Q=K.i.A vmax n i ro 4 6.1.3.Định luật thấm phi tuyến Trong đá nứt nẻ mạnh, lỗ rỗng cacstơ, vận động nước đất mang đặc tính chảy rối vàcó thể tn theo biểu thức v K i sau: Công thức Proni: i = av + bv2 Với đất loại sét, định luật thấm biểu diễn theo biểu thức  sau: i0  i0   v K  i  i0      i    Ở io - Gradient áp lực ban đầu v i=(v/K)(1+v) v=K.i v=K(i-4/3 io) i io 4/3 io * Ứng suất sinh nước chuyển động đất tác dụng v lên hạt đất gọi ứng suất thủy động: J i.w  K w Gradient thủy lực bắt đầu phát sinh tượng đẩy trôi đất gọi gradient thủy lực tới hạn, ký hiệu ith: s  ith  (1  e)w 6.2.Quy luật vận động dịng chảy phẳng Việc tính tốn nhằm xác định lưu lượng đơn vị q, mực nước ngầm áp lực tiết diện 6.2.1.Tính tốn cho dòng thấm ổn định nước đất 6.2.1.1.Trường hợp tầng chứa nước không áp a) Đáy cách nước nằm ngang Xét lưu lượng đơn vị (lưu lượng dịng thấm có bề rộng 1m): dh q  Kh dx x1 h1 x2 h2 q dx  K hdh Thay giá trị theo hình vẽ: K 2 qx1  x2   h1  h2  K h12  h22  q 2L Vì dịng thấm ổn định nên q tiết diện dễ dàng rút phương trình đường mực nước: 2 h1  h2 hx  h  x L  6.2.1.2.Trường hợp tầng chứa nước có áp (nước artesia) a) ĐáyH cách nước nằm ngang H1 H2 dH q  KM dx Hx M x x1 L x2 x2 H1 x1 H2 q dx  KM dH q x1  x2   KM H1  H  x Thay giá trị theo hình vẽ: H1  H q KM L H x H  H1  L H2  x 6.2.1.3.Trường hợp tầng chứa nước gồm hai lớp đất có hệ thấm khác có đáy cách nước nằm ngang a) Hai lớp đất nằm song song với phương dòng thấm K2 h1 h2 H2 H1 K1 M x1 L x2 Xem như: - nước khơng áp, cịn phần - nước đất vận động nước có áp lực: dH dh   q q1  q2   K1M  K 2h  dx dx   x2 H2 h2 x1 H1 h1 q dx  K1M dH  K hdh  H1  q K M L H2  h12  h22  K2 2L b) Tầng chứa nước có hệ số thấm thay đổi theo phương vận động s - Ở lớp 1: h1 hs K1 K2 h2 L1 Từ đó: L2 L1 h  h 2q K1 2 s L2 h  h 2q K2 s 2 h12  hs2 q1 K1 2L1 - Ở lớp 2: hs2  h22 q2  K 2L2 Cộng hai vế hai phương trình: h12  h22 q  L1 L2   2   K1 K  Chiều cao mực nước tiết diện s là:  L1 L2   h  h 2q   K1 K  2 Tương tự tầng chứa nước có áp: M H1  H  q  L1 L2      K1 K  H s H    L1 h12  h22 hs  h   L1 L2   K1    K1 K  L1 H1  H  K1  L1 L2      K1 K  6.2.1.4.Vận động ổn định nước đất lớp không đồng * Khi nước thấm song song với mặt phân lớp: n q  qi K1h1  K h2   K n hn .i i 1 Thay tầng chứa nước không đồng tầng chứa nước tương đương đồng có hệ số thấm Ktb q = Ktb.h i Hệ số thấm trung bình tầng chứa nước nước vận động song song với mặt lớp: K1h1  K h2   K n hn K tb  h1  h2   hn * Khi nước vận động theo phương vng góc với mặt lớp: H1 H2 H H3 Hn K tb  K1 h1 K2 h2 K3 h3 Kn hn h1  h2   hn  hn h1 h2    K1 K Kn 6.3 QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐẾN CÁC HỐ KHOAN BƠM NƯỚC Một giếng khoan có cấu tạo gồm phận sau:Ống chống, ống khai thác, ống lọc, máy bơm Khi bơm hút nước, mực nước xung quang giếng hạ thấp, tạo thành hình phễu hạ thấp Khoảng từ giếng khoan đến hết đường cong hạ thấp gọi bán kính ảnh hưởng R Bán kính ảnh hưởng (R) khơng thay đổi dòng thấm ổn định (khi máy bơm hoạt động với lưu lượng Q ổn định khoảng thời gian ngày) thay đổi dịng thấm khơng ổn định Bán kính ảnh hưởng phụ thuộc vào yếu tố sau: thời gian hút nước, hệ số thấm, độ hạ thấp mực nước Trường hợp nước có áp: Trường hợp nước không áp: R 10 S K R (1,95 2).S HK - Hố khoan bơm nước hoàn chỉnh ống lọc đặt hết tầng chứa nước, khoan không hết chiều dày tầng chứa nước hố khoan bơm nước khơng hồn chỉnh 6.3.1.Vận động ổn định nước đất đến hố khoan nước ngầm hoàn chỉnh a Sơ đồ vận động nước đến hố khoan rhk s h hhk R rhk s h h hhk R r Sử dụng định luật thấm tuyến tính: Q = K.i.A Khi bơm nước từ hố khoan hoàn chỉnh diện tích nước thấm qua diện tích xung quanh hình trụ có bán kính đáy r chiều cao h A = .r.h Độ dốc thủy lực tiết diện nước thấm qua là: i  dh Thay vào phương trình ta thu được: hdh Q 2Kr dr Thay vào phương trình lấy tích phân: R h dr Q  2K hdh r rhk hhk K h  hhk2  Q R ln rhk dr 6.3.2.Vận động ổn định nước Artesia đến hố khoan bơm nước hoàn chỉnh dH Q = K.i.A i rhk dr s H Hhk M A 2rM dH Q 2KMr dr R R H dr Q  2KM dH r rhk hhk 2KM H  hhk  Q R ln rhk rhk s H H Hhk M R r 6.4 QUY LUẬT VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐẾN CHÙM HỐ KHOAN BƠM NƯỚC 6.4.1.Mục đích nghiên cứu a h>0,5m b hđất H H < hđất. 6.4.2.Sơ đồ vận động nước đất đến hố khoan bơm nước đồng thời HK r A r HK 1 2 SA-1 S1 SA-2 M L Áp lực hạ thấp điểm A sau: SA = SA-1 + SA-2 Mực áp lực hạ thấp điểm A hố khoan bơm đồng thời với lưu lượng Q1’ Q2’được tính sau: S A S A   S A   Q1' Q2' ln R1  ln r1  ln R2  ln r2  2KM 2KM Với n hố khoan bơm nước: Q1' Q2' SA  ln R1  ln r1  ln R2  ln r2  2KM 2KM Qn' ln Rn  ln rn   2KM Nếu tất hố khoan bơm đồng thời với lưu lượng Q1’ = Q2’, …= Qn’, bán kính ảnh hưởng xấp xỉ R1 = R2 = …= Rn = R0 Q ' n ln R0  ln r1.r2 rn  SA  2KM n Hay: Q'    SA   ln R0  ln r1.r2 rn  2KM  n  Tổng lưu lượng tất hố khoan bơm đồng thời: Q'   2KMS A ln R0  ln r1.r2 rn  n