CƠ SỞ THỦY ĐỊA CƠ HỌC CƠ SỞ THỦY ĐỊA CƠ HỌC CHƯƠNG VIII VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT TRONG VÙNG XD CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 1 Döï baùo söï daâng nöôùc ngaàm Söï daâng nöôùc ngaàm laø do aûnh höôûng cuû[.]
CƠ SỞ THỦY ĐỊA CƠ HỌC CHƯƠNG VIII VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT TRONG VÙNG XD CÁC CƠNG TRÌNH THỦY LỢI Dự báo dâng nước ngầm Sự dâng nước ngầm ảnh hưởng nhiều nhân tố khác nhau, chủ yếu nhân tạo Sự phát triển dâng nước đặc trưng dâng nước liên tục lãnh thổ gần vùng hồ chứa Nếu vận tốc dâng mực nước giảm theo thời gian dâng không ổn định Giới hạn gọi ổn định đường cong hạ thấp quan sát thực tế chấm dứt dâng mực nước Sự dâng gọi ổn định Các tính toán dâng nước ngầm tiến hành theo phương vuông góc với đường bờ hồ chứa, từ mặt cắt tới mặt cắt, nghóa mặt cắt trước số liệu ban đầu cho mặt cắt sau Dưới nêu trường hợp dâng nước ngầm đơn giản 1 Dự báo dâng nước ngầm a) Dâng nước ngầm ổn định tầng đồng với đáy cách nước nằm ngang: Xét khối sông (hình 8.1) nơi mà dâng mực nước diễn sông A B Bề dày tầng chứa mặt cắt x sau Hình dâng có tínhến nước ngấm 8.1 Sơ đồ dâng nước ngầm B xác định theo công thức: khối hai sông h1, h2, hx – bề dày tầng chứa tới đáy cách nước; y1, y2, yx – bề dày sau dâng nước L1 x x 2 yx h y h y2 h2 L1 L1 2 x 2 (VIII.1) Dự báo dâng nước Hình 8.1 Sơ đồ ngầm dâng nước A Khi ngầm khối hai sông h1, h2, hx – bề dày tầng chứa tới đáy cách nước; y1, y2, yx – bề dày dâng nước sau dâng nước x B xảy sông A: 2 yx h y h L1 x L1 (VIII.2) Nếu miền cấp lớn miền dâng nhiều , L 1-2 > 10x L1 x , ñoù: 1 (VIII.3) 2 L1 y x hx y1 h1 Dự báo dâng nước ngầm b Dâng ổn định nước ngầm vỉa đồng đáy cách nước nằm nghiêng: Theo G.N Kamenski, lượng nước dâng z2 mặt cắt phân bố cách sông khoảng (L h11-2 hđược H ) (định h1 z1 )theo (h2 coâng z ) ( H z1 ) ( H z ) thức: )( H xác (VIII.4) Hình VIII.3 Sơ đồ dâng nước ngầm vỉa đồng với đáy cách nước nằm nghiêng h1, h2 – bề dày tầng chứa nước sông vàở mặt cắt cách sông khoảng L1-2; H1, H2 – Chiều cao cột áp mặt cắt tương ứng; z1, z2 – giá trị Hình VIII.4 Sơ đồ tính toán lượng dâng nước ngầm đáy cách nước nằm nghiêng (bài tập 11) Lưu lượng thấm qua đáy vai đập, nước thấm từ hồ chứa nước kênh mương Hình VIII.5 Sơ đồ tính toán thấm đáy đập phẳng đập cấu tạo đồng S1, S2, S3 – Đường dòng; N1, N2, N6 – Các đường cong đẳng áp; b – Một nửa bề rộng đáy đập; m – bề dày tầng thấm Nước từ hồ chứa thấm xuống hạ lưu dòng thấm thống Tuy nhiên để đơn giản hoá tính toán người ta chia hai phần: Dưới đáy đập vòng qua vai đập Dưới xem xét toán xác định lưu lượng thấm trường hợp đơn giản Khi điều kiện địa chất thủy văn phức tạp, toán thấm giải nhờ mô hình điện, mô hình thủy lực hay mô hình số 2 Lưu lượng thấm qua đáy vai đập, nước thấm từ hồ chứa nước kênh mương Hình VIII.5 Sơ đồ tính a toán thấm đáy đập phẳng đập cấu tạo đồng S1, S2, S3 – Đường dòng; N1, N2, N6 – Các đường cong đẳng áp; b – Một nửa bề rộng đáy đập; m – bề dàáy tầng thấm Thấm qua đập có cấu tạo đồng Lưu lượng thấm qua đập đáy đập phẳng có cấu tạo đồng đáy cách nước nằm ngang xác định theo công thức N.N Pavlovski: q = k.H.qr (VIII.5) Với q – lưu lượng thấm qua đơn vị chiều dài đập; k – hệ số thấm đất đá chứa nước đập; H – Cột nước tác động (Hình VIII.5), hiệu cột nước thượng lưu hạ lưu đập – H = H1 – H2; qr – lưu lượng thấm dẫn dùng, nghóa lưu lượng k = H = xác định qua đồ thị (Hình VIII.6) 2 Lưu lượng thấm qua đáy vai đập, nước thấm từ hồ chứa nước kênh mương Chiều dài đập B, dễ dàng xác định tổng lưu lượng thấm qua đáy đập theo công thức: Q = q.B (VIII.6) b.Thấm qua đáy đập cấu tạo nhiều lớp: Đối với trường hợp lời giải xác Những phương pháp tính toán có gần (phương pháp đưa lớp không đồng lớp đồng nhất) Hình VIII.6 Biểu đồ để xác định lưu lượng thấm dẫn dùng Lưu lượng thấm qua đáy vai đập, nước thấm từ hồ chứa nước kênh mương c Thấm qua vai đập: Đối với điều kiện địa chất thủy văn đơn giản tính thấm qua vai đập theo công thức N.N Verigina N.N Bindeman biến đổi: B1 Q 0,366kH (h1 H ) lg ro (VIII.8) Với Q – lưu lượng thấm qua vai đập; k – hệ số thấm; B1 – bề rộng đới thấm vòng qua Hình VIII.7 Sơ (Hình đồ tínhVIII.7); thấm qua vai đập ro – Bán kính bán nguyệt, vai đập r =l/ với l - chu o H1-Mực nước dâng tính vi từcủa đáy vai đập cách nước thượng lưu; h1 – Mực nước tính từ đáy cách nước hạ lưu H – Chiều cao cột nước dâng đập 2 Lưu lượng thấm qua đáy vai đập, nước thấm từ hồ chứa nước kênh mương d Thấm nước từ hồ chứa nứơc: N.N Bindeman cho cần phân biệt khái niệm “Lưu lượng thấm” “lượng thấm nước” Lưu lượng thấm từ hồ chứa nước thể tích nước thấm từ hồ chứa đơn vị thời gian Lượng thấm nước hiệu lượng nước ngầm bổ cấp cho sông trước sau xây dựng hồ chứa nước Lưu lượng thấm lượng thấm nước tạm thời (trong thời gian bão hòa đường bờ đáy hồ chứa nước) ổn định (khi ổn định đường cong mực nước) Trong tính toán địa chất thủy văn cần tính lưu lượng thấm mà lượng thấm nước, thông số cần cho việc đánh giá hiệu kinh tế hồ chứa nước 2 Lưu lượng thấm qua đáy vai đập, nước thấm từ hồ chứa nước kênh mương Trong phần lớn trường hợp lượng thấm nước tạm thời không đáng kể cân nước chung hồ chứa nước, xác định lượng nước ổn định Lượng nước ổn định xác định theo công thức: (VIII.9) k q q1 q2 2L ( y12 h12 ) 1 từ hồ chứa với q – Lượng thấm nước đơn vị chiều dài đường bờ; q1 – lưu lượng dòng ngầm trước dâng nước đơn vị chiều dài đường bời; q2 – tương tự song sau dâng nước; k – hệ số thấm; h1 – bề dày tầng chứa nước mép sông trước dâng nước; y1 – bề dày tầng chứa nước mép sông sau dâng nước; L1-2 – Bề rộng khối hai sông tính từ mép sông 2 Lưu lượng thấm qua đáy vai đập, nước thấm từ hồ chứa nước kênh mương Giá trị q1, q2 dương dòng ngầm hướng sông (hồ chứa nước) âm dòng ngầm hướng phía đối diện Công thức (VIII.9) với tất sơ đồ đặc trưng đáy cách nước nằm ngang Sông A GK3 Sông B Hình VIII.8 Sơ đồ để tính toán lượng thấm nước từ hồ chứa nước Lưu lượng thấm qua đáy vai đập, nước thấm từ hồ chứa nước kênh mương e Thấm nước từ kênh: Khi phân tích thấm nước từ kênh nên tách thành giai đoạn thấm tự mà nước ngấm tẩm ướt đất đá đới thông khí giai đoạn thấm mà nước vận động từ kênh điều kiện tương tác liên tục với dòng ngầm tự nhiên Xét trường hợp thấm tự điều kiện động thái ổn định, vắng mặt nước ngầm hạ thấp thoát nước Kênh đặt lớp đồng dày (hình VIII.9) Lưu lượng thấm từ kênh đơn vị chiều dài kênh xác định theo công thức V.V Vedernicov: q = k(Bo + Aho) (VIII.10) Với k – hệ số thấm; Bo – Bề rộng kênh thiết dạng hình thang theo mặt nước ngập; ho – Chiều cao cột nước kênh; A – hệ số xác định theo biểu đồ (hình VIII.10) 2 Lưu lượng thấm qua đáy vai đập, nước thấm từ hồ chứa nước kênh mương Mực nước ngầm Hình VIII.9 Sơ đồ thấm từ kênh mực nước ngầm nằm sâu Hình VIII.10 Toán đồ để xác định giá trị hệ số A: [A=f(Bo/Ho,m)] Lưu lượng thấm qua đáy vai đập, nước thấm từ hồ chứa nước kênh mương f Tính toán cho hệ thống kênh thoát nước nằm ngang: Hệ thống, hay diện tích, thoát nước nằm ngang kênh thoát bố trí theo hệ thống (song song) khu vực cần tháo khô Các tính toán địa chất thủy văn hệ thống thoát nước xác định khoảng cách kênh, lưu lượng chúng, cần thiết xác định độ hạ thấp mực nước đất Hệ thống kênh thoát nước nằm ngang dạng hoàn chỉnh: Để xác định khoảng cách kênh thoát sử dụng công thức Rotê: (VIII.11) k 2 2a (hmax ho ) W (VIII.11) xem hình VIII.11 ký hiệu công thức Khi xác định khoảng cách kênh theo công thức cần đưa giá trị mực nước hạ thấp tối thiểu Smin 2 Lưu lượng thấm qua đáy vai đập, nước thấm từ hồ chứa nước kênh mương Khi biết Smin, ta có bề dày cực đại dòng ngầm kênh (h max = Htn – Smin) Lưu lượng kênh thuộc hệ thống thoát nước xác định theo công thức: Q = 2aWL (VIII.12) Với W – Lượng mưa, L – chiều dài kênh Bề dày tầng chứa nước điểm giai đoạn hoạt động kênh biểu diễn phương trình sau: (VIII.13) W h x h ( 2a x ) x k o S hx ho h ma x Htn Hình VIII.11 Sơ đồ tính toán hệ thống thoát nước nằm ngang dạng hoàn chỉnh W- Lượng mưa; Htn –bề dày tầng chứa điều kiện tự nhiên; So- Độ hạ thấp mực nước kênh; Smin- Độ hạ thấp nhỏ kênh; hmax- Bề dày dòng ngầm lớn kênh; hx- Bề dày dòng ngầm cách kênh gần khoảng x; a- nửa khoảng cách kênh Lưu lượng thấm qua đáy vai đập, nước thấm từ hồ chứa nước kênh mương Hệ thống thoát nước nằm ngang dạng không hoàn chỉnh: Dạng thoát nước áp dụng bề dày tầng chứa nước lớn Khoảng cách kênh (hình 9.8) xác định theo công thức S.F Averianov: 8khmax (VIII.14) hmax 2a T WT (1 ) B1 B1 2T với B1 – hệ số hiệu chỉnh, rk B1 2,94 lg(sin ) T (rk – bán kính đường ống) Lưu lượng đường ống xác định theo công thức (VIII.12) 2 Lưu lượng thấm qua đáy vai đập, nước thấm từ hồ chứa nước kênh mương Mực nước ngầm rk T S Hmax Htn Hình VIII.12 Sơ đồ tính toán hệ thống thoát nước nằm ngang dạng không hoàn chỉnh H1- Độ sâu đặt ống mực nước ngầm; T- Khoảng cách từ tâm ống tới đáy cách nước; rk- Bán kính đường ống thoát; ký hiệu khác xem hình VIII.11