BÁO cáo THỦY văn nước NGẦM

BÁO CÁO CUỐI KỲ THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Sinh viên thực : MSSV : Giảng viên : Topic : Thủy văn nước đất Mục lục I Sự hình thành nước đất Chu trình nước đất Các loại nước đất đá Các loại hệ tầng chứa nước Tính chất vật lý nước đất II Các phương trình nước đất Phương trình truyền ẩm nước Định luật Darcy III Các yếu tố ảnh hưởng đến mực nước ngầm Các yếu tố khí tượng Ảnh hưởng từ thủy triều Ảnh hưởng theo tốc độ thị hóa IV Chất lượng nước đất quản lý lưu vực Nhiễm bẩn sử dụng nguồn nước Chât lượng nước đất Tầm quan trọng nước ngầm I Sự hình thành nước đất Chu trình hình thành nước đất : • Mối quan hệ nước mặt nước mưa nước đất: − Nước mưa bổ sung cho sông , song thu − − − − lượn nước mưa đáng kể, số lượng mưa rơi chảy vào sông chảy xuống đất thấm sâu vào lòng đất Mưa chảy xuống đất tùy thuộc vào lượng mưa tùy loại loại đất mà thấm xuống đất Nước chảy xuống đất tiếp tục di chuyển xuống lớp đá bên mà nơi lỗ rỗng đầy nước gọi mực nước ngầm Vận tốc chảy mạch nước ngầm thấm đất nhỏ nên khả mang nước , nước dễ bị đục Mùa mưa nguồn nước ngầm nước mưa bổ sung,cịn mùa khơ ngược lại nước ngầm bổ sung cho nước mặt Các khoáng chất hòa tan nước Canxi , Magie , nước ngầm thay đổi chứa nhiều khống chất nước mặt Hàm lượng Fe2+ , Mn2+ thường xuyên có mạch nước ngầm Mực nước thủy triều thay đổi dẫn đến thay đổi mực nước ngầm • Chu trình hình thành nước đất I Sự hình thành nước đất • Nước xâm nhập vào hệ thống đất đá từ bề mặt đất ao hồ sông suối mặt đất Nước ngầm vận động chậm chạp lòng đất trở lại bề mặt trọng lực dòng chảy tự nhiên, thực vật hoạt động người Với khả trữ nước kho chưa ngầm kết hợp với lưu lượng chảy nhỏ trì cung cấp nước cho nguồn nước mặt suốt thời gian dài • Các nguồn cung cấp nước cho nước đất : Ø Mưa Ø Dòng chảy mặt Ø Hồ ao kho chứa nước Ø Cấp nước nhân tạo , tưới vượt khả giữ ẩm đất Ø Nước ngầm vùng ven biển bị nhiễm mặn độ dốc mặt nước hướng vào đất liền • Nước sau vận chuyển qua vùng đất khơng bão hịa tác dụng trọng lực lực khuyếch tán tới vùng bão hòa Lượng nước đến vùng bão hòa phụ thuộc vào điều kiện thủy lực môi trường đất đá xung quanh Nước ngầm chảy khỏi lòng đất chảy vào ao hồ song suối cuối chảy biển , đoạn đường phần bốc khí Bơm nước từ giếng loại xuất lưu nước ngầm nhân tạo • Q trình tuần hồn nước Các loại nước đất đá : Nước đất đá tồn dạng khác nhau:thể hơi,thể nước hút,nước màng,nước mao quản, nước dạng tia, thể rắn • Nước thể : nước có khơng khí, lấp đầy lỗ rỗng đất đá Độ đàn hồi nước phụ thuộc vào độ ẩm nhiệt độ đất Ban đêm độ đàn hồi nước khí lớn khơng khí lỗ hỏng đất đá sự vận chuyển nước vào khí vào khơng khí đất.Nhiệt độ giảm trình ngưng tụ nước chuyển từ thể sang thể lỏng Nhiệt độ đất đá cao phần chất lỏng đất chuyển sang thể Sự dịch chuyển nước sinh ảnh hưởng chêch lệch độ đàn hồi nước khu vực khác khoảng không gian mà nước bao chiếm • Nước hút : nước giữ mặt hạt đất đá dạng phân tử tách biệt riêng lẻ Phân tử nước tách biệt đơi hịa hợp hình thành màng nước có độ dày hai phân tử Khả đất đá giữ mặt hạt , mặt tường lỗ hổng lượng nước hút gọi tính hút nước Tổng diện tích bề mặt hạt đơn vị thể tích lớn  độ hút nước chúng cao ngược lại Lượng hút nước cực đại mà đất đá giữ ứng với hình thành lơp màng kín dày hai phân tử , đặc trưng cho độ hút nước cực đại cuả đất đá • Nước màng : độ dày màng nước bao quanh hạt trở nên lớn kích thước hai phân tử, chuyển động nước màng phụ thuộc vào qui luật khác với qui luật điều kiện độ hút nước cực đại  gọi nước màng Có thể hình dung lớp nước bao gồm vài tằng phân tử giữ tầng tầng Giữa hạt đất bị bao quanh lớp nước màng khơng khí nên đất khô ráo, nước màng chuyển dịch tác động trọng lực lực hấp dẫn phân tử  nước màng chảy thẳng đứng xuống chuyển từ màng dày sang mỏng • Nước mao quản : khoảng trống hạt đất đá chưa đầy nước , nước màng khơng có khả truyền áp lực thủy tĩnh , khoảng trống mao quản đất đầy nước  gọi nước mao quản Lấp đầy mặt cắt mao quản nên truyền áp lực thủy tĩnh Chêch lệch áp suất điểm nước mao quản chuyển dịch tác dụng trọng lực lực mao quản Lực mao quản tác động theohuongws khác hướng lên , mặt nước phân chia khơng khí trênchống lại trọng lực Dưới tác động lực mao quản từ mặt đất lên tới đọ cao lực hút mao quản vành mao dẫn • Nước trọng lực :do lấp đầy khoảng trống lớn đất đá Nước không giữ lực hút mà ảnh hưởng trọng lực chảy tự theo hướng dốc Chuyển động dạng tia giọt Chuyển động nước tùy theo kích thước lỗ rỗng có tính chất chảy tầng chảy rối Chảy tầng nước ngấm đất hạt nhỏ , chảy rối nước chuyển dịch lỗ hổng lớn khe nứt Phân loại hệ tầng chứa nước : • Tầng chứa nước (aquifer ) : hệ địa chất nước chưa chuyển động chẳng hạn cát, cuội, sỏi , đá Một thành tạo địa chất việc chứa chuyển nước gọi tầng chứa nước nước tầng khai thác Có ý nghĩa quan trọng nước ngầm Phân loại tầng chứa nước có áp tầng chứa nước khơng áp Tầng chứa nước bán áp trung gian 10 Không đồng không đẳng hướng : Tầng chứa nước có áp , có độ dày b : Tầng có chứa nước không áp : � �� � �� �� �� ℎ �ℎ + �� �ℎ �� + � � �� �� �� �� ℎ �ℎ �� �ℎ �� + � �� + � �� �� �ℎ �� �� ℎ  = S �ℎ �� �ℎ ��  = S 18 �ℎ �� III Các yếu tố ảnh hưởng đến mực nước ngầm Các yếu tố khí tượng : a Áp suất khí : thay đổi áp suất khí gây cho dao động mực nước thủy áp tầng ngậm nước có áp Quan hệ nghịch biến tăng áp suất khí dẫn đến giảm mực thủy áp ngược lại Khi thay đổi mực thủy áp với thay đổi cảu áp suất gọi hiệu ứng áp suất tang ngậm nước : B=� B : hiệu ứng áp suất ∆ℎ ∆�� � : trọng lượng riêng nước ∆ℎ : thay đổi mực thủy áp ∆�� : thay đổi áp suất khí 19 III Các yếu tố ảnh hưởng đến mực nước ngầm b Mưa : thị xác lượng bổ sung nước ngầm tổn thất mặt mặt đất thời gian vận chuyển thấm thảng đứng Mực nước ngầm biến động theo mùa mưa thơng thường cịn bao gồm cà xuất lưu tự nhiên ảnh hưởng bơm hút Ở vùng khơng bão hịa phía mực nước ngầm có độ ẩm nhỏ hệ số nước , nước ngầm không nhận lượng nước bổ sung độ hút ẩm thỏa mãn Sự dẫn h tính : �� ∆ℎ =   ;       ��  : phần lượng nước thấm tới mực nước ngầm � � �� : độ rỗng hữu hiệu Khi mưa, nước làm bão hòa tạm thời lớp nước mặt dồn ép khơng khí vùng đất khơng bão hòa gây ảnh hưởng đến mực nước giếng thay đổi lượng � h= (10m) � −� c Gió : gió thổi mặt giếng gây ảnh hưởng thứ yếu đến mực nước ngầm ảnh hưởng thông qua ảnh hưởng áp suất khơng khí 20 III Các yếu tố ảnh hưởng đến mực nước ngầm Ảnh hưởng từ thủy triều : Những tầng ngậm nước tiếp giáp với biển , dao động thủy triều dẫn đến biến động nước ngầm Phương trình vi phân mơ tả chuyển động nước ngầm: Vận tốc góc �0   ; chu kì thủy triều �0  : �2 ℎ � �ℎ = � �� �� �0  = 2� �0  Thời gian truyền sóng : �� =� �0 �/�0 � Tốc độ truyền sóng : V = � = �� Chiều dài sóng : �� = � �0 = 4��/�0 � 4��0 �/� Lưu lượng dòng chảy vào tầng chứa nước chu kỳ : V = ℎ0 2�0 ��/� 21 III Các yếu tố ảnh hưởng đến mực nước ngầm Ảnh hưởng theo tốc độ đô thi hóa : • Q trình thị hóa thường gây thay đổi mực nước ngầm kết việc làm giảm lượng bổ sung nước ngầm tăng cường việc khai thác nước ngầm Ở vùng nông thôn, nước dùng thường lấy từ giếng nông Hầu thải đô thị lại trở lại đất thông qua hồ chứa nước bẩn thỉu Do nhiễm bẩn tăng lên Nhiều giếng hộ dùng riêng phải bỏ Người ta phải đặt hệ thống xử lý nước cống thải , nước mưa khu vực • Điều kiện làm giảm mực nước ngầm : làm giảm lượng bổ sung nước ngầm lát bề mặt bơm hút tăng giảm lượng bổ sung nước ngầm hệ thống cống ngầm thu nhận nước thấm từ xuống • Việc khai thác nước đất thị nước ta có biểu suy thoái chất lượng rõ,thậm chí số thị mức báo động.Đặc thù mức độ khai thác nước đất khác mà mức độ suy thoái tài nguyên nước đất đô thị khác suy giảm trữ lượng nước đất thông qua hạ thấp mực nước,sự cạn kiệt nguồn nước.Tình trạng xảy hầu hết đô thị Khoan hàng trăm lỗ khoan làm cọc nhồi,gia cố móng,đào hàng vạn mét khối đất đá để xây dựng cơng trình,san lấp hàng trăm mét vuông ao hồ,trải hàng vạn mét vuông bê tông lên mặt đất.Các hoạt động không làm thay đổi mơi trường thấm,cịn làm giảm lượng nước ngấm từ bề mặt đất xuống cung cấp cho tầng chứa nước, thu hẹp miền bổ cập cho nước đất.Dẫn đến tình trạng suy giảm lưu lượng khai thác giếng khoan,tăng độ hạ thấp mực nước,đồng thời tạo điều kiện cho nước bẩn từ bề mặt 22 đất dễ dàng xâm nhập vào tầng chứa nước IV.Chất lượng nước đất quản lý lưu vực Nhiễm bẩn sử dụng nguồn nước : − Nguyên nhân nhiễm bẩn thường không dễ dàng xác nhận nước mặt Các nhà khoa học nguyên nhân nhiếm bẩn bao gồm: nhiễm phóng xạ , vật lý, sinh học hóa học ( vô cở , hữu ) Nguồn nguyên nhân nhiễm bẩn có liên quan mật thiết đến việc sử dụng nước người Các hoạt động sinh hoạt người ảnh hưởng đến tuần hồn nước − Ngun nhân từ nguồn chất thải đô thị công nông nghiệp nguyên nhân hỗn hợp Nước thải phụ thuộc vào tính chất thải nơi phát sinh tình hình thục tế a Nhiễm bẩn từ thị : q Sự rị rỉ hệ thống cống nước thải : hệ thống phải kín hoạt độngn người đào bới để vật nặng hệ thống thải xe cộ lại, điều kiện tự nhiên sạt trượt đất hoạt động đại chấn rễ đâm vào  hệ thống nước thải bị rạn nứt, vỡ nước thải thấm vào tầng đất.trong chất thải có hợp chất huux vơ vi khuẩn độc hại với nồng độ cao vào nước ngầm Các chất kim loại nậng nguy hiểm As, Cd,Cr,CO,Cu, Mg,Hg, vào nguồn nước q Nhiễm bẩn dạng lóng: nguồn thải xử lý mức độ khác trước vào nguồn mặt Xu thải nước vào đất tăng lên vùng đất sủ dụng bể lọc trước đưa loại nước trở lại vòng tuần hoàn chung 23 q Chất thải dạng rắn :là nguồn gây bẩn nước ngầm Nước thải bao gồm chất thải rắn thải mặt đất phần đất có khe nứt phần lớn chất thải theo nước xuống làm bẩn nguồn nước ngầm q Nhiễm bẩn hoạt động công nghiệp : q trình sản xuất có nhiều chất độc hại cặn bẩn bị thải , nguồn trực tiếp thải dòng chảy mặt hệ thống sơng suối , khí có nồng độ cao chất độc hại lóc qua bể đất (landfills) cho thấm xuống đất Tình hình nhiễm bẩn nước từ ngành công nghiệp nghiêm trọng b Nhiễm bẩn từ nông nghiệp : q Do sản xuất nông nghiệp chăn ni Q trình sinh trưởng rễ phận liên quan lấy thức ăn từ đất đồng thời thải chất muối Để bảo vệ mùa màng lượng lớn thuốc diệt trừ sâu bọ trùng sử dụng giết sinh vật có ích, thải lượng khổng lồ chất độc hại vào đất nước q Việc chăn nuôi nguồn phân hữu gia súc thải gặp nước chảy tràn nước mặt đồng thời thấm xuống đất ảnh hưởng tầng nước ngầm Lượng vi khuẩn vi trùng chất thải lớn mầm móng gây bệnh cho accs sinh 24 vật vùng bị ảnh hưởng Chất lượng nươc ngầm : nước tồn loại muối chất hòa tan nguồn tự nhiên nhân tạo cung cấp Chất lượng nước đanh giá tùy thuộc vào mục đích sử dụng u cầu địi hỏi chất lượng ngành nước uống , nước dùng công nghiệp ,sản xuất tinh chế sản phẩm nông lâm ngư nghiệp nước dung sinh hoạt Việc đánh giá chất lượng nước thông qua tiêu chuẩn chất lượng, tiêu định lượng hữu vô cho phep tồn nước • Tiêu chuẩn nước uống tiêu chuẩn nước dùng cho số ngành cơng nghiệp 25 • Trong nơng nghiệp chủ yếu để tưới , chất lượng nước cần đảm bảo yêu cầu sau: Tổng chất hòa tan nước ( TDS ) Tỉ số tương đối na với ion dương khác Nồng độ nguyên tố đặc biệt Các ion dư thừa • Yêu cầu chất lượng nước cho ngành công nghiệp 26 Tầm quan trọng quản lí nguồn nước ngầm : a Tầm quan trọng nước ngầm : q Trong nhiều lưu vực có nước ngầm quan trọng việc cung cấp nước trì dịng chảy thấp song Quản lý nước ngầm hợp lý chủ đề quan trọng thủy văn tất nhà thủy văn cần phải hiểu nguyên tắc chi phối việc phân tích dự đốn nước ngầm q Nước ngầm nguồn cung cấp nước toàn giới quan trọng Cách thức mà vung fnuocws ngầm phản ứng với thay đổi việc nạp lại diều kiện bơm dự đôán Nước ngầm quan trọng mục đích cấp nước lưu vực đồng hệ thống nước ngầm sạc lại cạnh lưu vực nơi có lưu trữ nước hữu ích tầng đất cát Các giếng khoan vào phần cung cấp nước có chất lượng tốt trước tầng chưa nước phát triển rộng rãi cho mục đích cấp nước , giếng xâm nhập vào phần giới hạn tầng chứa nước phần sử duungj để chảy mà không cần bơm số nơi Điều áp lực nước ngầm lớn mưc cần thiết để dâng nước lên bề mặt q Hiện nước ngầm sủ dụng cho khoảng tỉ người giới coi nguồn thiên nhiên dễ sử dụng 27 q Với nước ngầm, người sử dụng hàng ngàn năm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt sản xuất Ước tính, lượng sử dụng nước ngầm giới vào khoảng 982km3 năm Trong đó, nước ngầm cung cấp phân nửa lượng nước uống toàn cầu, chiếm giữ 38% lượng nước tưới tiêu q Riêng Việt Nam, nước sử dụng cho sinh hoạt 70% nước bề mặt 30% nước ngầm Đồng thời, theo thống kê Viện Sức khỏe nghề nghiệp môi trường (Bộ Y tế) năm 2013, nước ta có khoảng 17,2 triệu người (tương đương 21,5% dân số) sử dụng nguồn nước sinh hoạt từ giếng khoan mà chưa qua xử lý q Ngồi lợi ích trực tiếp người, nước ngầm đóng vai trị quan trọng với tự nhiên góp phần ổn định dịng chảy sơng ngịi nhiều sơng, đồng thời giúp cố định lớp đất đá bên trên, tránh tượng sạt lở hay sụt lún đất 28 b Quản lý nguồn nước ngầm : q Để tăng cường biện pháp quản lý, bảo vệ nguồn nước đất có hiệu nữa, nay, Bộ Tài nguyên Mơi trường xây dựng, trình Chính phủ ban hành Nghị định quy định việc hạn chế khai thác nước đất, đó, đề xuất quy định cụ thể, toàn diện việc khoanh định, phê duyệt, công bố, thực biện pháp hạn chế khai thác nước đất q Để quản lý tài nguyên nước nói chung, nước đất nói riêng, Bộ Tài ngun Mơi trường tham mưu, trình Chính phủ ban hành ban hành theo thẩm quyền nhiều văn quy phạm pháp luật, như: Nghị định số 201/2013/NĐ-CP ngày 27/11/2013 Chính phủ quy định chi tiết thi hành số điều Luật tài nguyên nước, có quy định cụ thể việc cấp phép thăm dò, cấp phép khai thác nước đất để quản lý việc khai thác, sử dụng nước đất cơng trình thăm dị, khai thác nước đất quy mô lưu lượng từ 10m3/ngày đêm trở lên; Thơng tư số 27/2014/TT-BTNMT có quy định trình tự, thủ tục khoanh định, cơng bố thực việc đăng ký khai thác nước đất cơng trình khai thác nước đất có quy mô nhỏ 10m3/ngày đêm nằm khu vực phải đăng ký khai thác nước đất; Thông tư số 24/2016/TT-BTNMT quy định việc xác định công bố vùng bảo hộ vệ sinh khu vực lấy nước sinh hoạt (trong có việc thiết lập vùng bảo hộ vệ sinh cho cơng trình khai thác nước đất); Thông tư số 47/2017/TT-BTNMT quy định giám sát khai thác, sử dụng tài nguyên nước (trong có việc quan trắc, giám sát khai thác, sử dụng nước đất); Thông tư số 72/2017/TT-BTNMT ngày 29/12/2017 quy định xử lý, trám lấp giếng không sử dụng; Thông tư số 74/2017/TT-BTNMT quy định bảo vệ nước đất hoạt động khoan, đào, thăm dò, khai thác nước đất 29 q Để hoạt động quản lý tài nguyên nước có hiểu cẩn phải thực nguyên tắc • Quản lý tài nguyên nước có hiệu tiến hành theo cách thức tổng thể quán bền vững để đáp ứng mục tiêu phát triển bảo vệ moii trường • Quản lý tài nguyên nước cụ thể cần phải phân cấp quản lý thích hợp theo ranh giới lưu vực • Các dịch vụ cấp nước cụ thể phải giao cho quan tự chủ có trách nhiệm nhà nước tư nhân hay tổ chức tập thể thực dịch vụ cung cấp nước có định lượng khu vực địa lý xác định cho khách hang thành viên tổ chức với mức phí thích hợp • Sử dụng nước cộng đồng phải bền vững – có chế độ khuyến khích kiểm tra giám sát thường xuyên giáo dục cộng đồng nâng cao hiệu kinh tế , bảo vệ tài nguyên nước bảo vệ mơi trường với khung sách cơng khai • Tài nguyên nước dung chung quốc gia quốc gia phải phân chia cách hiệu đảm bảo có lợi ích tất hộ sử dụng nước ven sông 30 Tài liệu tham khảo • Thủy văn nước đất ( NXB xây dựng 2002) Vũ Minh Cát • Thủy văn mơi trường , nguyễn khắc cường • Hydrology in practice , Elizabeth M Shaw; Keith J Beven; Nick A Chappell ; Rob Lmab 31 32 ... nước ngầm : a Tầm quan trọng nước ngầm : q Trong nhiều lưu vực có nước ngầm quan trọng việc cung cấp nước trì dịng chảy thấp song Quản lý nước ngầm hợp lý chủ đề quan trọng thủy văn tất nhà thủy. .. lý nước cống thải , nước mưa khu vực • Điều kiện làm giảm mực nước ngầm : làm giảm lượng bổ sung nước ngầm lát bề mặt bơm hút tăng giảm lượng bổ sung nước ngầm hệ thống cống ngầm thu nhận nước. .. mưa nguồn nước ngầm nước mưa bổ sung,còn mùa khô ngược lại nước ngầm bổ sung cho nước mặt Các khống chất hịa tan nước Canxi , Magie , nước ngầm thay đổi chứa nhiều khoáng chất nước mặt Hàm lượng