Bài giảng Kỹ thuật khai thác nước ngầm

Vai trò của nƣớc ngầm trong đời sống và phát triển kinh tế • Lƣợng mƣa phân phối khơng đều theo khơng gian và thời gian Vùng mƣa nhiều 2000-2500 mm Vùng mƣa ít chỉ đạt 400-500 mm • Phân

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa kỹ thuật Tài nguyên nƣớc KỸ THUẬT KHAI THÁC NƢỚC NGẦM Giảng viên: TS Trần Việt Bách Email: tvbach@tlu.edu.vn ĐT: 0332978572 NỘI DUNG MÔN HỌC Nội dung môn học bao gồm chƣơng:  Chƣơng 1: Khái quát nƣớc ngầm  Chƣơng 2: Phân loại biến động nƣớc ngầm  Chƣơng 3: Chất lƣợng nƣớc ngầm  Chƣơng 4: Điều tra, đánh giá nƣớc ngầm  Chƣơng 5: Tính tốn thiết kế cơng trình khai thác nƣớc ngầm  Chƣơng 6: Qui hoạch quản lý hệ thống cơng trình khai thác nƣớc ngầm Khái quát nước ngầm NỘI DUNG MƠN HỌC  Thời lƣợng mơn học: tín  Hình thức thi: Viết (60 phút)  Trọng số điểm q trình: 30% (Đƣợc đánh giá thơng qua điểm danh, làm tập kiểm tra)  SV nghỉ 20% số tiết học bị cấm thi  Giáo trình học: Kỹ thuật khai thác nƣớc ngầm (Do ĐHTL Xuất bản)  Tài liệu tham khảo:  Thủy văn nƣớc ngầm  Kỹ thuật tài nguyên nƣớc (GT Mỹ)  Quy hoạch thiết kế hệ thống thủy lợi (GT Trƣờng ĐHTL)  Quy hoạch quản lý hệ thống nguồn nƣớc Khái quát nước ngầm CHƢƠNG I KHÁI QUÁT VỀ NƢỚC NGẦM VAI TRÒ CỦA NƢỚC NGẦM TRONG ĐỜI SỐNG VÀ PHÁT TRIỂN KINH TẾ SỰ HÌNH THÀNH NƢỚC NGẦM CHẾ ĐỘ NƢỚC NGẦM VÀ PHÂN BỐ NƢỚC NGẦM THEO CHIỀU SÂU Khái quát nước ngầm Vai trò nƣớc ngầm đời sống phát triển kinh tế Nƣớc có vai sống cịn đến phát triển loài ngƣời phát triển kinh tế xã hội quốc gia Khái quát nước ngầm Vai trò nƣớc ngầm đời sống phát triển kinh tế Kho trữ nƣớc lớn hành tình nƣớc ngầm Khái quát nước ngầm Vai trò nƣớc ngầm đời sống phát triển kinh tế • Lƣợng mƣa phân phối không theo không gian thời gian Vùng mƣa nhiều 2000-2500 mm Vùng mƣa đạt 400-500 mm • Phân phối mƣa theo mùa có chênh lệch lớn  Thế nên lƣợng nƣớc mƣa, nƣớc mặt từ lâu đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng nƣớc ngƣời  Nƣớc mặt trái đất bị khai thác mức, hao hụt trữ lƣợng, giảm chất lƣợng Khái quát nước ngầm Vai trò nƣớc ngầm đời sống phát triển kinh tế Tình hình khai thác sử dụng nƣớc ngầm giới Nƣớc ngầm Sinh hoạt Đan mạch: Bỉ: Phần lan: 85-90% Hà Lan: Thụy Điển: Thế giới: 50% Trồng trọt, chăn nuôi Ngành khác 100% 90% 75% 85-90% Diện tích canh tác đƣợc tƣới nƣớc ngầm: •Brazin: 22.000 •Angieria: 80.000 •Hy Lạp: 30.000 Nga, Trung Quốc, Mỹ - 15% lƣợng nƣớc tƣới nƣớc ngầm Khái quát nước ngầm Vai trò nƣớc ngầm đời sống phát triển kinh tế Việt Nam Đô thị lớn: (Hà nội, Hải Phòng, TP.HCM…) Các nhà máy cấp nước cho sinh hoạt công nghiệp: sử dụng nước ngầm nguồn cấp Vùng nơng thơn: Các hộ gia đình từ lâu sử dụng giếng khoan, giếng đào để khai thác nước ngầm dung cho sinh hoạt Khái quát nước ngầm Vai trò nƣớc ngầm đời sống phát triển kinh tế Ưu điểm:  Nƣớc ngầm phân bố khắp nơi, nguồn nƣớc tƣơng đối ổn định  Nƣớc ngầm thƣờng đƣợc khai thác sử dụng chỗ, đƣờng dẫn nƣớc ngắn tổn thất nƣớc q trình dẫn nƣớc  Lƣu lƣợng khai thác nƣớc ngầm nhỏ nên qui mô xây dựng cơng trình khơng lớn, phù hợp với nguồn vốn địa phƣơng hộ gia đình cần khai thác sử dụng nƣớc ngầm  Chất lƣợng nƣớc ngầm tốt nƣớc mặt nên xử lý phức tạp  Ở vùng trũng lầy thụt, khai thác nƣớc ngầm dễ dàng, tốn ngồi cịn hạ thấp mực nƣớc ngầm để cải tạo đất Khái quát nước ngầm 10 I Quy hoạch hệ thống cơng trình khai thác nƣớc ngầm Bố trí cơng trình khai thác cung cấp nƣớc ngầm  Bố trí cơng trình khai thác nƣớc ngầm - Trƣờng hợp bố trí giếng độc lập: + Có thể bố trí thẳng hàng, vng góc Giếng khai thác với hƣớng dòng chảy ngầm mực nƣớc ngầm nƣớc ngầm có độ dốc thuỷ lực + Có thể bố trí kiểu hình vng tam giác Đối với nơi mực Kênh dẫn nƣớc nƣớc ngầm nằm ngang (tĩnh) độ dốc nhỏ + Khoảng cách giếng L ≥ 2R, Sơ đồ bố trí giếng thẳng R bán kính ảnh hƣởng hàng bên kênh tưới nước mặt 144 I Quy hoạch hệ thống cơng trình khai thác nƣớc ngầm Bố trí cơng trình khai thác cung cấp nƣớc ngầm  Bố trí cơng trình khai thác nƣớc ngầm - Trƣờng hợp bố trí giếng theo nhóm: + Khi yêu cầu nƣớc ngầm Giếng khai thác lớn nƣớc ngầm tƣơng đối phong nƣớc ngầm phú bố trí nhóm giếng để tập trung khai thác + Hoặc trƣờng hợp nƣớc ngầm Kênh dẫn nƣớc chất lƣợng không đảm bảo để tƣới, cần đƣợc tập trung nƣớc khu chứa để tiến hành biện pháp xử Sơ đồ bố trí giếng thẳng lý trƣớc mang sử dụng hàng bên kênh tưới nước mặt + Khoảng cách giếng nhóm giếng L ≥ 5R, R bán kính 145 ảnh hƣởng I Quy hoạch hệ thống cơng trình khai thác nƣớc ngầm Bố trí cơng trình khai thác cung cấp nƣớc ngầm  Bố trí cơng trình khai thác nƣớc ngầm  Cơng trình khai thác nƣớc ngầm theo chiều đứng Giếng khai thác  Trƣờng hợp nƣớc ngầm đóng vai nƣớc ngầm trò hỗ trợ - Trƣờng hợp bố trí giếng phải thoả mãn yêu cầu nêu Kênh dẫn nƣớc - Bố trí giếng gần tuyến kênh để tiếp nƣớc cho hệ thống tƣới nƣớc mặt thời gian Sơ đồ bố trí giếng thẳng - Hoặc nƣớc ngầm chịu trách nhiệm hàng bên kênh tưới nước mặt tƣới cho khu vực xa độc lập với nguồn nƣớc mặt 146 I Quy hoạch hệ thống cơng trình khai thác nƣớc ngầm Bố trí cơng trình khai thác cung cấp nƣớc ngầm  Bố trí kênh dẫn nƣớc cơng trình hệ thống  Ngồi cơng trình giếng trạm bơm hút nƣớc ngầm, hệ thống tƣới nƣớc ngầm đầy đủ bao gồm:  Cơng trình xử lý nƣớc ngầm  Bể điều tiết nƣớc ngầm  Kênh mƣơng đƣờng ống dẫn nƣớc  Bể điều tiết  Bể điều tiết xây bê tông, gạch đá xây, tạo ao, hồ lớn có xử lý xây, chống thấm  Tác dụng bể điều tiết trữ lại lƣợng nƣớc thời gian không y/c nƣớc, tận dụng công suất máy bơm  Bố trí vị trí tƣơng đối cao, có địa chất rắn chắc, thấm 147 gần giếng khai thác nƣớc ngầm I Quy hoạch hệ thống cơng trình khai thác nƣớc ngầm Bố trí cơng trình khai thác cung cấp nƣớc ngầm  Bố trí kênh dẫn nƣớc cơng trình hệ thống  Bể điều tiết  Bể điều tiết ngày: Đây loại bể nhỏ nhằm điều tiết lƣợng nƣớc ngày Dung tích trữ đƣợc tính: W0 = Q0(24 - t1)3,6(m3) Trong đó: Q0: Lƣu lƣợng bơm giếng (l/s) t1: Số tƣới ngày 148 I Quy hoạch hệ thống cơng trình khai thác nƣớc ngầm Bố trí cơng trình khai thác cung cấp nƣớc ngầm  Bố trí kênh dẫn nƣớc cơng trình hệ thống  Bể điều tiết  Bể điều tiết theo lần tƣới: Trong thời gian không tƣới lần tƣới trữ lại lƣợng nƣớc thiếu thời gian tƣới Dung tích trữ đƣợc tính: W = t(Q – Q0)(1 + )3,6 (m3) Trong đó: t: Thời gian tƣới liên tục (giờ) Q: Lƣu lƣợng cần tƣới (l/s) Q0: Lƣu lƣợng bơm (l/s) : Hệ số tổn thất nƣớc bể điều tiết,  = 0,1  0,4 Thời gian bơm vào bể chứa không tƣới: W 10 W t*   ( h) 149 3600Q0 3,6Q0 I Quy hoạch hệ thống cơng trình khai thác nƣớc ngầm Bố trí cơng trình khai thác cung cấp nƣớc ngầm  Bố trí kênh dẫn nƣớc cơng trình hệ thống  Bể điều tiết  Bể điều tiết tháng vụ Cũng tính tốn theo ngun lý tính nhƣ điều tiết lần nhƣ tính tốn điều tiết cho hồ chứa nƣớc mặt 150 I Quy hoạch hệ thống cơng trình khai thác nƣớc ngầm Tính tốn cân nƣớc khu vực sử dụng nƣớc ngầm  Mục đích:  Xác định lƣu lƣợng trữ lƣợng nƣớc ngầm khai thác đƣợc thời kỳ  Tính tốn phối hợp với u cầu nƣớc nƣớc ngầm từ tìm diện tích phụ trách đƣợc nƣớc ngầm  Trƣờng hợp nƣớc ngầm chảy tầng trầm tích đá sỏi hai bên núi tầng địa chất khơng thấm Ngun lý tính tốn giống nhƣ trƣờng hợp đập ngăn sông 151 I Quy hoạch hệ thống cơng trình khai thác nƣớc ngầm Tính tốn cân khu vực sử dụng nƣớc ngầm  Trƣờng hợp dòng ngầm phân bố rộng, tầng trữ nƣớc dầy, lƣu lƣợng dòng thấm lớn Q0 = Q - Qi Trong đó: Q0: Lƣu lƣợng hạ lƣu cơng trinh khai thác nƣớc ngầm Q: Lƣu lƣợng thƣợng lƣu công trinh Qi: Lƣu lƣợng khai thác giếng 152 I Quy hoạch hệ thống cơng trình khai thác nƣớc ngầm Tính tốn cân khu vực sử dụng nƣớc ngầm  Trƣờng hợp nƣớc ngầm nằm ngang  Trƣờng hợp coi nhƣ có hồ chứa nƣớc ngầm dƣới đất  Coi nguồn nƣớc nguồn nƣớc đến hàng năm  Mực nƣớc chết mực nƣớc ngầm thấp năm  Mực nƣớc dâng binh thƣờng mực nƣớc ngầm cao năm  Từ lƣợng nƣớc đến lƣợng nƣớc yêu cầu, tìm mực nƣớc ngầm biến đổi qua thời kỳ năm Mực nƣớc chết mực nƣớc dâng binh thƣờng đƣờng khống chế 153 II Bảo dƣỡng nâng cao khả CT KTNN Mục đích yêu cầu  Mục đích:  Q trình khoan thi cơng cát bịt kín khe nƣớc vào, khe rỗng tầng lọc làm giảm khả tập trung nƣớc  Quá trình làm việc nƣớc chảy vào giếng mang theo cát bùn mịn, hạt sỏi sạn vào lấp kín phận lọc nƣớc Vì vậy, sau thi cơng phải có biện pháp làm sạch, phận nước vào  Yêu cầu:  Lƣu lƣợng giếng tăng bán kính ảnh hƣởng không tăng  Làm tăng hệ số thấm tầng địa chất xung quanh giếng  Làm giảm t/thất đầu nƣớc qua tầng lọc & b/phận nƣớc vào  Hạn chế đến mức tối thiểu bùn cát thô chảy vào giếng 154 II Bảo dƣỡng nâng cao khả CT KTNN Các phƣơng pháp bảo dƣỡng nâng cao hiệu suất giếng  Phƣơng pháp bơm Là dùng máy bơm hút nƣớc giếng với lƣu lƣợng lớn lƣu lƣợng thiết kế  Làm cho mực nƣớc giếng hạ thấp  Tăng độ dốc thuỷ lực, lƣu lƣợng vào giếng  Với tốc độ dòng chảy lớn chảy vào giếng mang theo bùn cát mịn đƣợc bơm 155 II Bảo dƣỡng nâng cao khả CT KTNN Các phƣơng pháp bảo dƣỡng nâng cao hiệu suất giếng  Phƣơng pháp rửa sâu  Phƣơng pháp kích động rung đóng mở máy đột ngột bơm nƣớc Khi bắt đầu kết thúc phải đóng mở máy cách đột ngột, tức thời  Phƣơng pháp rửa giếng thay nƣớc Nƣớc đƣợc đƣa vào giếng nhanh tốt Sau lại dùng máy bơm hút bùn, đất, nƣớc giếng  Phƣơng pháp rửa giếng tình trạng tạo áp lực Tạo áp lực vào toàn thân giếng máy bơm, sau nƣớc lại đƣợc bơm máy bơm hút bùn khác 156 II Bảo dƣỡng nâng cao khả CT KTNN Các phƣơng pháp bảo dƣỡng nâng cao hiệu suất giếng  Phƣơng pháp làm dâng mực nƣớc giếng Đây phƣơng pháp thông rửa giếng hiệu Sự chuyển động lên xuống pit tông đƣợc đặt ống giếng vị trí phía phận nƣớc vào làm cho mực nƣớc giếng dâng lên, hạ xuống  Phƣơng pháp dùng khí nén  Khí ép vào giếng qua đƣờng ống dẫn khí làm cho nƣớc theo ống xả  Lặp lặp lại nhiều lần đến nƣớc giếng  Dùng tia có tốc độ cao Dùng tia có tốc độ cao bắn qua khe mở phận nƣớc vào làm rời bùn cát chảy vào giếng đƣợc bơm 157 II Bảo dƣỡng nâng cao khả CT KTNN Các phƣơng pháp bảo dƣỡng nâng cao hiệu suất giếng 158