Giáo trình quản lý nguồn nước - Chương 5 doc

Chơng V Nớc ngầm khả khai thác nớc ngầm 5.1 Định nghĩa phân loại nớc ngầm 5.1.1 Các loại nớc ngầm đất Nớc ngầm đất loại nớc nằm phía dới mặt đất bị chi phối lực tác dụng sau đây: Lực hấp thụ, lực mao quản trọng lực Nớc trạng thái tĩnh hợp lực lực không Tuy nhiên thực tế hầu nh trạng thái cân Tuỳ theo lực chi phối phân tử nớc đất mà ta phân thành loại nớc sau đây: Nớc hấp thụ hay gọi nớc hút ẩm Đây nớc bao quanh hạt đất rắn thành lớp phân tử Trong trờng hợp lực hút bề mặt hạt đất phân tử nớc chiếm u so víi lùc mao dÉn vµ träng lùc Lùc nµy lớn lực hút nớc rễ trồng (đối với đa số trồng, lực hút nớc rễ 15,2 bar) mà trồng không sử dụng đợc nớc hút ẩm Nớc mao quản Nớc mao quản nớc chứa đầy lỗ rỗng nhỏ đất (gọi lỗ rỗng mao qu¶n) N−íc mao qu¶n n»m kho¶ng Èm tÝnh từ độ hút ẩm tới sức giữ ẩm đồng ruộng Lúc lực mao quản chiếm u so với lực hút trọng lực Lực mao quản kết hợp lực lực hút (giữa phân tử nớc loại đất), với lực dính (giữa phân tử nớc với nhau) Tuy nhiên trồng không sử dụng đợc toàn nớc mao quản Chỉ nớc mao quản dƠ vËn ®éng míi cã Ých cho nã Ranh giíi để phân biệt nớc mao quản dễ vận động khó vận động điểm dừng mao dẫn (còn gọi điểm nguy hiểm) Trong thực tế ngời ta thờng lấy điểm nguy hiểm có giá trị 2/3 sức giữ ẩm đồng ruộng Nớc trọng lực Nớc trọng lực nớc chứa đầy khe rỗng phi mao quản đất Nớc tồn khoảng ẩm từ sức giữ ẩm đồng ruộng tới độ ẩm bÃo hoà Dới tác dụng trọng lực, nớc di chuyển xuống phía dới ý nghĩa cho việc dự trữ tới trồng Nớc ngầm Nớc ngầm loại nớc nằm tầng ®Êt ®· b·o hoµ n−íc hoµn toµn, phÝa d−íi lµ tầng không thấm nớc Trong phần sau sâu nghiên cứu quy luật vận động nớc ngầm để có biện pháp khai thác nhằm phục vụ cho yêu cầu tới yêu cầu kinh tế khác 5.1.2 Phân loại nớc ngầm Tuỳ theo yêu cầu sử dụng, ngời ta chia nớc ngầm thành loại sau đây: 75 Theo độ sâu nớc ngầm - Nớc ngầm nằm sâu > 50m - Nớc ngầm nằm nông < 50m Theo điều kiện nguồn nớc - Nớc ngầm có nguồn nớc theo dạng nớc dâng - Nớc ngầm có nguồn nớc theo dạng n−íc ®ỉ Theo ®iỊu kiƯn ngn n−íc - N−íc ngầm tầng chứa nớc - Nớc ngầm mạng l−íi chøa n−íc Theo bỊ mỈt chøa n−íc - Nớc ngầm tầng chứa nớc có bề mặt nhỏ - Nớc ngầm tầng chứa nớc có bề mặt lớn Theo điều kiện kiến tạo địa chất - Nớc ngầm tầng chứa nớc điều kiện vỉa ổn định - Nớc ngầm tầng chứa nớc điều kiện vỉa không ổn định Theo chất lỗ hổng tầng đá chứa nớc - Nớc ngầm đá hoa - Nớc ngầm đá vôi Theo đặc tính thuỷ lực - Nớc ngầm có bề mặt tự - Nớc ngầm tĩnh Theo thành phần hoá học, xác định tổng số muối tan n−íc - N−íc ngät: Tỉng mi tan < 1g/l - N−íc mỈn: Tỉng sè mi tan 1-3 g/l: n−íc ngầm mặn Tổng số muối tan 3-4 g/l: nớc ngầm mặn Tổng số muối tan 4-7 g/l: nớc ngầm mặn trung bình Tổng số muối tan 7-10 g/l: nớc ngầm mặn - Nớc mặn lợ: Tổng số muối tan 10-30 g/l: nớc mặn lợ yếu Tổng số muối tan 30-50 g/l: nớc mặn lợ mạnh - Nớc khoáng hoá mạnh: Khi tổng số muối tan > 50g/l 76 Theo đặc tính hoá học vật lý n−íc (cã xÐt ®Õn mơc ®Ých sư dơng n−íc) - Nớc khoáng - Nớc cho công nghiệp - Nớc cho sinh hoạt 10 Theo điều kiện đổi nguồn nớc - Nớc ngầm đổi nhanh - Nớc ngầm đổi chậm - Nớc ngầm đọng 11 Theo số khí hậu - Nớc ngầm vùng ẩm ôn hoà - Nớc ngầm có độ khoáng hoá thay đổi vùng khô hạn 12 Theo vị trí tầng chứa nớc - Nớc ngầm tầng - N−íc ngÇm tÇng d−íi - N−íc ngÇm tÇng d−íi có áp Hình 5.1 Vị trí tầng chứa nớc ngầm Nớc ngầm tầng trên; Nớc ngầm tầng dới; Nớc ngầm tầng dới có áp Việc phân chia chi tiết nớc ngầm nh giúp cho việc khai thác có hiệu nớc ngầm vào mục đích sử dụng khác 5.1.3 Chất lợng nớc ngầm a) Nớc ngầm dùng cho ăn uống Nếu nớc ngầm dùng cho ăn uống, yêu cầu phải đạt tiêu sau để không ảnh hởng tới sức khoẻ ngời: 77 - Nồng độ chì lớn 0,1 mg/l - Nång ®é flo lín nhÊt ≤ 1,5 mg/l - Nång ®é kÏm lín nhÊt ≤ mg/l - Nång ®é ®ång lín nhÊt ≤ mg/l b) N−íc ngầm dùng Việc đánh giá nớc ngầm thích hợp không dựa vào nồng độ muối tan nớc mà theo đặc tính đất, loại trồng, nh điều kiện khí hậu, ngày phơng pháp tới Nói chung công thức cố định hoàn toàn xác để đánh giá chất lợng nớc ngầm nớc Tuy nhiên coi nớc ngầm thích hợp đạt điều kiện sau đây: - Nhiệt độ nớc gần nhiệt độ đất - Lợng muối tan nớc < g/l Nếu vợt trị số g/l, ta phải xác định riêng thành phần muối phải đảm bảo tiêu chuẩn sau đây: Nồng độ g/l cho Na2C03 Nång ®é g/l cho NaCl Nồng độ g/l cho Na2S04 5.1.4 Một vài số liệu việc sử dụng khai thác nớc ngầm a) Trên giới Các nớc tiên tiến giới trọng đến việc khai thác nớc ngầm phục vụ cho yêu cầu tới yêu cầu khác kinh tế quốc dân - Bỉ, Đan Mạch sử dụng: 90% trữ lợng nớc ngầm - Đức, Thuỵ Điển, Nhật sử dụng: 60 - 80% trữ lợng nớc ngầm - Anh, Pháp, Phần Lan sử dụng: 25 - 35% trữ lợng nớc ngầm - Liên Xô cũ khai thác 72,5 triệu m3 nớc ngầm ngày - Mỹ: Từ 1995, ngày khai thác 175 m3 nớc ngầm có 143,4 triệu m3 dùng để tới chiếm 82% so với tổng lợng khai thác 72,2% so với tổng lợng nớc dùng để tới - Algerie: Chỉ riêng tỉnh Urir đà khoan đến 930 giếng nớc ngầm có giếng sâu đến 1200m - Israel lµ n−íc cã tû lƯ sư dơng n−íc ngầm nông nghiệp cao 87% lợng nớc tới lấy từ nguồn nớc ngầm b) Việt Nam Công ty khai thác nớc ngầm đợc thành lập để phục vụ cho công tác quy hoạch, thiết kế khai thác có hiệu tài nguyên nớc ngầm phục vụ kinh tế quốc dân miền Bắc, số vùng khô hạn thiếu nguồn nớc mặt số vùng bÃi ven sông đà có nớc tới nhờ khai thác nguồn nớc ngầm tỉnh phía Nam, nhịp độ 78 khai thác nớc ngầm phục vụ cho nhu cầu tới nớc nông nghiệp ngày tăng Diện tích đợc tới nớc ngầm năm 1975, 1979, 1984 nh sau: Năm: 1975 1979 1984 Diện tích (ha): 15.700 16.400 23.400 5.2 Những định luật chuyển động dòng nớc ngầm 5.2.1 Định luật DARCY a) Sơ đồ thí nghiệm Có cột đất hình trụ (hình 5.2), mực nớc đợc giữ ổn định nhờ khoá a b, lấy mặt chuẩn 0-0, độ cao áp đo ống H1 ống H2, khoảng cách ống ống l b) Định luật Định luật Darcy phát biểu nh sau: Trong điều kiện chuyển động ổn định, lu lợng thấm tỷ lệ thuận với hệ số thấm đất, với diện tích thấm ®é dèc thuû lùc Q = W.V = W.K.J (1) Trong ®ã: K- hƯ sè thÊm cđa ®Êt W- diƯn tích mặt cắt đất mà dòng thấm qua J - ®é dèc thủ lùc h H − H2 H − H1 J= m = =− l l l Hc ta cã thĨ viÕt: ∆H V = KJ = − K ∆l (2) (3) NghÜa lµ "l−u tèc thÊm tû lƯ bËc nhÊt víi gradien thủ lùc" H×nh 5.2 Sơ đồ thí nghiệm 79 c) Phạm vi ứng dụng Định luật Darcy trờng hợp dòng chảy tầng nhiều thí nghiệm chứng tỏ có thấm chảy tầng với số Rây non (Re) nhỏ tuân theo định luật Pavolopsky (Nga) cho vận tốc thấm vợt giới hạn Vk không áp dụng đợc định luật Darcy, Vk đợc xác ®Þnh nh− sau: γN (0,75A + 0,23) 6,5 d Trong đó: A- Độ rỗng môi trờng thấm - HƯ sè nhít ®éng häc cm2/s Vk = (cm/s) (4) N- Hệ số không biến đổi N = 50 ữ 60 d- đờng kính hạt đất Ngời ta xác định đợc điều kiện áp dụng xác định luật Darcy, ®ã lµ Re ≤ Re = Trong ®ã: V.d γ.A1 / (5) C¸c ký hiƯu hƯ (5) đà đợc giới thiệu hệ (4) Trờng hợp lu tốc thấm vợt lu tốc phân giới V > Vk, ta không áp dụng đợc định luật Darcy Trong trờng hợp chuyển động dòng thấm tuân theo định luật chảy rối: V = KJ m với m Trờng hợp dòng nớc ngầm chuyển động đều, lu lợng đợc xác định theo hệ (2-3): Q = k.W0.i Trờng hợp dòng nớc ngầm chuyển động không đều, lu lợng đợc xác định theo hệ (2-3): dh Q = kW(i ) ds Vì dòng nớc ngầm ổn định nên ta cân hệ (1-3) vµ (2-3): dh kW0 i = k (i − ) ds Đặt = W biến đổi toán học, cuối ta đợc hệ (2-4): W0 dh = i(1 ) ds ( 2-4) Khi đáy nằm ngang i = Căn vào phơng trình (2-3), i = ta cã: dh Q = − kW ds Khi độ dốc đáy nghịch i>1 nên ta ®−ỵc: r0 H2 − h2 = Q ⎛ 2l − r0 ln ⎜ πK ⎜ r0 ⎝ H2 − h2 = Thay vµo (1.18) ta cã: Q ⎛ 2l ⎞ ln ⎜ − 1⎟ ⎟ πK ⎜ r0 ⎠ ⎝ H2 − h2 = ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ Q ⎛ 2l ⎞ ln⎜ ⎟ πK ⎜ r0 ⎟ ⎝ ⎠ Chuyển sang logarit thập phân ta xác định đợc khả khai thác giếng: ( ) 1,365 H − h2 K 2l lg r0 Trong hÖ (1.19): H: độ sâu mực nớc sông l: khoảng cách từ giếng tới mép sông h: Độ sâu mực nớc giÕng r0: b¸n kÝnh cđa giÕng K: HƯ sè thÊm đất Q= (1.19) 101 5.4.2 Hầm tập trung nớc Ta giới hạn việc xét đờng hầm tập trung nớc có mặt cắt ngang hình chữ nhật, đáy hầm nằm trực tiếp tầng không thấm nớc cao 5.4.2.1 Đáy hầm nằm tầng không thấm Coi đờng hầm đối xứng, xét chuyển động dòng nớc ngầm phía đờng hầm (hình 5.16) Hình 5.16 Hầm tập trung nớc đối xứng Gọi q lu lợng đơn vị tập trung nớc vào phía hầm Tại mặt cắt (1-1) theo định luật Darcy: dz q = w v = z.l.k (2.1) dx Phân ly biến số, ta có phơng trình vi phân: q.dx = K.Zdz Tích phân hai vế phơng trình với cận biến đổi: n z ∫ qdx = K zdz h qx = K x : → x; z:h→z hz − h 2 2q (2.2) x = z2 − h K Phơng trình (2.2) phơng trình đờng mặt nớc ngầm nhánh bên phải hầm hay Cũng nh trờng hợp xét giếng ngầm, ta đa khái niệm giới hạn ảnh hởng hầm L vào x = L, Z = H, phơng trình (2.2) trë thµnh: 2q.L = H2 − h2 K q= K (H h ) 2L Nếu đờng hầm dài l lu lợng phía đờng hầm là: 102 (2.3) Q = ql - Giới hạn ảnh hởng hầm đợc xác định theo điều kiện địa chất thuỷ văn Sơ ta xác định theo công thøc: H−h (2.4) L= J tb Trong c«ng thøc (2.4): H: độ sâu mức nớc ngầm tính đến tầng không thấm h: Độ sâu mực nớc giếng Jtb: Độ dốc thuỷ lực trung bình đờng bÃo hoà Với hạt cát to Jtb = 0,003; với loại đất sét Jtb = 0,15 5.4.2.2 D·y hÇm tËp trung n−íc n»m song song hút nớc từ phía xuống Giả sử cã mét d·y hÇm tËp trung n−íc song song cã mặt cắt chữ nhật, hút nớc từ mặt đất thấm xuống Khoảng cách hai hầm Chiều rộng hầm 2b0 Lu lợng thấm xuống đất q'/1m dài - Lu lợng thấm vào đờng hầm mặt cắt biến đổi theo tọa độ x bằng: Qx = ( - x)q' (2.5) Theo định luật Darcy: Q x = KWJ = KZ.l dz dx (2.6) Cân (2.5) (2.6): ( x )q ' = KZ dz dx Phân ly biến số tích phân, ta đợc phơng trình đờng mặt nớc ngầm tiªu: 2λ q' Z2 − h = q' (x − b ) − (x − b ) K K Khi x = λ, ta xác định đợc toạ độ Z0: q' (2.7) Z = (λ − b ) + h K Hình 5.17 Hầm tập trung nớc song song 103 Bài tập áp dụng phần 5.3 5.4 chơng Để xác định lu lợng dòng nớc ngầm vào vùng trũng, ngời ta khoan hai lỗ thăm dò cách l = 800m Tại hai lỗ khoan đó, đo đợc cao trình mặt nớc ngầm tầng không thấm là: y1 = 19,62m; y2 = 9,4m; Y01 =15,8m; Y02 = 9,4m Tìm lu lợng dòng nớc ngầm? Biết hệ số thấm đất K = 40m/ng.d (§S: q= 1,59m3/ng.d.) Mét giÕng n−íc phun hoàn chỉnh có bề dày tầng chứa nớc t = 15,9m độ sâu hút nớc giếng S = 0,5m Xác định lu lợng lấy khái giÕng? BiÕt ®−êng kÝnh cđa giÕng d = 25,4 cm, bán kính ảnh hởng R = 100m; k = 40m/ng.d (§S: Q = 34,6l/s) Mét giÕng n−íc phun hoàn chỉnh có chiều dày tầng chứa nớc t = 8,0m Đờng kính giếng d = 0,2m bán kính ¶nh h−ëng cđa giÕng lµ R = 100m Khi khai thác, lu lợng giếng Q= l/s độ sâu hút nớc giếng bao nhiêu? Biết K=24,05 m/ng.d (ĐS: S = 1m) Một giếng nớc phun hoàn chỉnh có bề dày tầng chứa nớc t = 38,69m đờng kính giếng d=0,1m Khi lấy lu lợng Q= 9,8 l/s độ sâu hút nớc giÕng S=1m KiĨm tra l¹i hƯ sè thÊm cđa đất? Biết bán kính ảnh hởng giếng R = 100m (§S : K = 26,4 m/ng.d) Mét giÕng nớc phun không hoàn chỉnh có chiều sâu giếng ăn vào tầng thấm nớc a = 8,0m Đờng kính giếng d = 0,2m Tìm lu lợng lấy khỏi giếng? Cho biết tầng thấm dày t = 38,69m Độ sâu hút nớc S = 1m, bán kính ảnh hởng R = 100m hệ số thấm đất K = 24,65 m/ng.d (§S: Q = 3,18 l/s) Một giếng nớc ngầm thờng hoàn chỉnh có đờng kính d = 30,5cm Khi hút nớc độ sâu hút nớc S = 4,0m Tìm lu lợng tơng ứng? Cho biết độ sâu lớp nớc bÃo hoà H = 14m, bán kính ảnh hởng R = 300m hệ số thấm đất K = 20m/ng.d (ĐS: Q = 9,2l/s) Một giếng nớc ngầm thờng hoàn chỉnh có d = 0,152m độ sâu tầng bÃo hoà H = 15,86m NÕu lÊy l−u l−ỵng Q = 6,1 l/s độ sâu hút nớc bao nhiêu? Cho biết hệ số thấm đất K = 0,00012m/s (ĐS: S = 4,0m) Một giếng nớc ngầm thờng không hoàn chỉnh có chiều sâu tầng bÃo hoà nớc H = 18,96m Tìm lu lợng lấy khỏi giếng ®é s©u hót n−íc S = 4,5m Mùc n−íc giếng h = 7,5m Biết giếng có đờng kính d = 0,152m hệ số thấm đất K = 0,00012m/s (§S: Q = 5,59 l/s) Mét giÕng tiêu nớc ngầm thờng hoàn chỉnh có đờng kính d = 0,2m Khi tiêu nớc vào, nớc giếng nâng cao so với mức nớc ngầm thiên nhiên S = 3,0m Hỏi lu lợng đa vào giếng bao nhiêu? Biết độ sâu tầng bÃo hoà nớc H = 9,0m, hệ số thấm K = 30m/ng.đ bán kính ảnh hởng giếng R = 100m (ĐS: Q = 10l/s) 10 Một hầm tập trung nớc dài l = 150m đặt tầng không thấm nằm ngang Lớp n−íc b·o hoµ dµy H = 3,0m, líp n−íc hầm sâu h = 0,2m Tìm lu lợng tập trung vào hầm? Cho biết giới hạn ảnh hởng hầm L = 75m vµ hƯ sè thÊm K = 4m/ng.d (ĐS: Q = 71,68m3/ng.d) 104 11 Một hầm tập trung nớc đặt tầng không thấm nằm ngang có lớp nớc bÃo hoà H = 4,0m Tìm lu lợng thấm đơn vị q tập trung vào đờng hầm hai trờng hợp: Giới hạn ảnh hởng hầm lần lợt L = 16m L = 90m Biết K = 6m/ng.d độ sâu lớp nớc hầm 0,5m (§S: L = 16m, q = 5,9m3/ng.d; L = 90m, q = 1,05m3/ng.d) 5.5 Một số phơng pháp thực tế xác định lu lợng tầng chứa nớc ngầm 5.5.1 Xác định lu lợng theo công thức cđa DARCY - Khi n−íc ngÇm di chun mét tầng chứa nớc đồng Ta tính Q theo công thøc cđa Darcy: Q = k.J.W (1.1) hc q = k.J.h Trong đó: Q- Lu lợng dòng chảy ngầm q- Lu lợng đơn vị (trên đơn vị chiều rộng) K- Hệ số thấm đất J- Độ dốc thuỷ lực W- Tiết diện ngang dòng ngầm h- Chiều dày tầng chứa nớc - Khi tầng chứa nớc nằm nghiêng, công thức Darcy đợc biến thành nh sau: q = k.J.h.cos (1.2) góc nghiêng tầng chứa nớc so với phơng nằm ngang Công thức (1-2) đợc áp dụng > 100 Nếu < 100 ta sử dụng công thức (1.1) kết tính toán ra, sai số không vợt 2% - Trờng hợp chiều dày tầng chứa nớc thay đổi, xác định lu lợng theo công thức: h1 + h 2 Trong h1 h2 vị trí dùng để xác định J q = k.J (1.3) 5.5.2 Tính toán lu lợng theo tốc độ thực Q = Vr.ϕ hay q = Vr ϕ.h Trong ®ã: Q- Lu lợng dòng chảy Vr - Tốc độ thực dòng nớc q- Lu lợng đơn vị W- Tiết diện ngang dòng ngầm h- Chiều dày tầng chứa - Độ rỗng có hiệu tầng chứa nớc 105 Vr thờng đợc xác định theo giá trị bình quân: 1 = ( i −1) + ϕ i vµ Vr = Vr ( i −1) + Vn 2 5.5.3 TÝnh to¸n lu lợng theo ảnh hởng giếng Qp (3.1) Q = B.e 2R Trong c«ng thøc (3.1): B- ChiỊu réng tiết diện nớc chảy Qp- Lu lợng giếng e- Hệ số hiệu chỉnh, thờng lấy giá trị e = R- Bán kính ảnh hởng giếng đợc xác định theo công thức (1.5) (1.6) chơng [ ] [ ] 5.5.4 Tính toán lu lợng theo phơng pháp Malisevsky (Nga) Q + Q2 q= 2l Trong công thức (4.1): (4.1) q- Lu lợng đơn vị dòng chảy Q1- Lu lợng giếng Q2- Lu lợng giếng L- Khoảng cách giếng Phơng pháp dựa vào quan sát lu lợng khai thác đợc giếng 5.5.5 Sự thay đổi lu lợng dòng ngầm Lu lợng dòng nớc ngầm qua mặt cắt thay đổi theo mùa theo năm Sự thay đổi phụ thuộc vào thay đổi độ dốc thuỷ lực, có nghĩa phụ thuộc vào tốc độ di chuyển dòng nớc Mặt khác dòng nớc ngầm tự do, độ dày tầng chứa nớc thay đổi theo dẫn đến thay đổi lu lợng dòng nớc ngầm Để xác định lu lợng thay đổi dòng nớc ngầm, ta phải có tài liệu quan sát chế độ thay đổi mực nớc, độ dốc thuỷ lực vận tốc dòng nớc Lu lợng lớn dòng nớc ngầm đợc xác định theo hÖ thøc: J Q max = Q max J Trong ®ã: Q- L−u l−ỵng ®· biÕt phï hỵp víi ®é dèc thủ lùc J Jmax- §é dèc thủ lùc lín dòng ngầm (5.1) 5.5.6 Đánh giá phong pháp xác định lu lợng - Công thức Darcy đợc sử dụng tầng chứa nớc nằm không sâu - Công thức tính Q theo tốc độ thực đợc áp dụng tầng chứa nớc tơng đối đồng xốp 106 - Công thức tính Q theo ảnh hởng giếng có giá trị gần - Công thức giáo s Malisevsky không đợc chứng minh lý thuyết 5.6 Khả cung cấp nớc từ nguồn nớc ngầm vào tầng đất canh tác 5.6.1 Trữ lợng cung cấp Nớc leo mao dẫn từ nớc ngầm đợc sử dụng đợc lớp đất hoạt tính trồng, phụ thuộc vào độ sâu mức nớc ngầm, đặc tính mao dẫn trạng thái ẩm đất Để xác định xác lợng nớc cần tiến hành nghiên cứu chi tiết đất nớc, đặc biệt tính mao dẫn đất Về lý thuyết, tác giả Ritema (1965) Benetin (1970) đà đa biểu thức toán học xác định quan hệ độ sâu mức nớc ngầm dòng mao dẫn thâm nhập vào vùng đất hoạt tính trồng sau đây: K h qk + Kf Z = ln + f wn (1.1) α q k + K f e −α ( hw −hwn ) q k + K f Trong đó: Z- Độ sâu mức nớc ngầm, tính từ mặt đất đến mặt nớc ngầm qk- Dòng mao dẫn thâm nhập vào vùng rễ trồng, phụ thuộc độ cao Z (m/s, mm/ng.d) K = Kfe-(hw-hwn) K- Độ dẫn suất thuỷ lực đất độ ẩm đất Kf- Độ dẫn suất thuỷ lực đất đất trạng thái bÃo hoà hw- áp lực hút nớc đất tơng ứng với độ ẩm hwn- áp lực hút nớc đất tơng ứng độ ẩm đất gần đạt giá trị độ ẩm bÃo hoà = 0,1 ữ 0,02 (đất nhẹ: lớn; đất nặng: nhỏ) Dựa theo công thức (1.1), ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ Z, qk hw nh hình 5.18 d -1 0 m m Độ sâu mực nuớc ngầm (m) Z 15 14 13 12 11 10 m -1 md m -1 md -1 1m m d -1 2m m d m m d -1 m m d -1 m m d -1 hw 10 11 12 13 14 15 ¸ p lù c h ó t n u í c c đ a ® Ê t (K p a ) Hình 5.18 Sơ đồ khả cung cấp nớc ngầm 107 Đồ thị biểu diễn quan hệ độ sâu mực nớc ngầm, dòng mao dẫn (qk) áp lực hút nớc đất đất cát Kf = 0,01m/ng Dựa theo đồ thị này, biết giá trị Z hw, ta tra đợc giá trị qk Cuối biết khoảng thời gian t, ta xác định đợc lợng nớc thâm nhập vào vùng đất chứa rễ trồng wk: wk = qk t (1.2) Bảng dới giới thiệu số kết có tính chất định hớng qk số loại đất (theo Benelin,1973 Giáo trình tới nớc - Tiệp 1979) qk (mm/ngày) Loại đất Độ sâu nớc ngầm (m) 2,5 0,5 Đất cát 0,35 - 0,7 0,40 - 0,75 0,45 - 0,85 0,5 - 0,9 C¸t pha sÐt 0,7 - 0,9 0,75 - 1,00 0,85 - 1,05 0,9 - 1,10 SÐt 0,7 - 1,0 0,80 - 1,10 0,95 - 1,15 1,0 - 1,25 ViÖc tÝnh toán wk theo hệ (1.2) phức tạp Trong việc lập dự án tới không đủ số liệu để tính Vì Benetin đề xuất xác định wk theo đại lợng khác dễ tìm hơn: W Wv m h − hr n ∆ wk = E ( etp ) = Eet (1 − ) (1 − m ) (1-3) h kr − h r Wkh − Wh Trong đó: E(etp): Lợng nớc ngầm trồng hấp thụ qua rễ để bốc mặt lợng nớc bốc khoảng trống Eet: Bốc mặt khoảng trống trồng h: Độ sâu nớc ngầm tính từ mặt đất đến mặt nớc ngầm hr: Chiều sâu nớc ngầm có dòng mao dẫn nớc ngầm cung cấp đủ để thoả mÃn lợng bốc mặt khoảng trống trồng hkr: Độ sâu tiêu chuẩn nớc ngầm độ sâu này, dòng mao dẫn từ nớc ngầm ngừng bổ sung nớc cho việc bốc mặt khoảng trống hkr = H(KSD) + hu H(KSD): Chiều dày lớp đất độ ẩm đất đạt tơng ứng với điểm dừng mao dẫn cho phép (điểm nguy hiểm) hu: Chiều dày tầng đất chứa rễ trồng Wm: Trữ lợng nớc tầng đất chứa rễ trồng thời điểm Wu: Trữ lợng nớc tầng đất chứa rễ trồng tơng ứng với điểm héo không tới trớc lúc tới Wkh: Trữ lợng nớc ttrong tầng đất chứa rễ trồng nớc ngầm nằm độ sâu h, tơng ứng với độ ẩm ks n, m: Hệ số (đất cát n = 3; đất thịt trung bình nặng n = 2, m = 1) 108 hr: Xác định theo hƯ thøc: hr = 0,33hu + hd Trong ®ã: hd độ sâu nớc ngầm tơng ứng với độ ẩm dòng mao dẫn (từ nớc ngầm) 1/2 cờng độ bốc mặt khoảng trống Lúc hd tơng ứng với giá trị Z xác định theo (1-1) 5.6.2 Độ cao leo từ nớc ngầm Phần đà trình bày lợng nớc ngầm có khả thâm nhập vào vùng đất chứa bô rễ trồng Trong phần tiếp tục nghiên cứu độ cao leo từ nớc ngầm Nguyên nhân tạo leo nớc ngầm chênh lệch áp lực bề mặt mặt nớc ngầm mặt lõm nơi nớc leo lên Tốc độ leo lúc đầu nhanh, chậm dần cuối dừng lại có cân lực mao dẫn trọng lực Tính toán lý thuyết độ cao leo: Đối với đất lý tởng, hạt đất dạng hình cầu, có kích thớc đồng đều, độ cao leo đợc xác định theo hƯ thøc: 0,15 H= (2.1) r Trong ®ã: H- Cét nớc leo từ mực nớc ngầm (cm) r- Bán kính ống mao quản (cm) Ta chứng minh hệ thức nh sau: Giả sử có ống mao quản hình trụ nhúng vào chậu nớc Do chênh lệch áp lực bề mặt nơi tiếp xúc mặt nớc ống trụ, nớc dâng cao ống trụ đến độ cao h dừng lại Khi có cân trọng lợng khối chất lỏng lực sức căng bề mặt gây Xuất phát từ lý luận trên, ta có hệ thức sau đây: 2.r.T = .r2.H. (2.2) Trong đó: r- Bán kính ống mao quản hình trụ (cm) T- Sức căng bề mặt nớc Khi nhiệt độ nớc 200C, T = 72,8dyn.cm 2.r.T- áp lực nớc sức căng bề mặt gây H- Độ dâng cao cột nớc (cm) - Trọng lợng riêng n−íc γ = ρ.g = g/cm3.981 cm/s2 = 981 dyn/cm3 - Khối lợng riêng nớc (1g/cm3) g- Gia tốc rơi tự (981cm/s2) Thay giá trị vào (2.2) ta đợc: 2.r.T = .r2.H. T 72 ,8dyn / cm H= = γr 981dyn / cm r 0,15 H= r 109 Hình 5.19 Sơ đồ thí nghiệm độ cao leo nớc ngầm - Khi đất có cấu trúc dạng khối lập phơng, quan hệ kích thớc lỗ rỗng, hạt đất độ lớn hạt đất nh sau: rmin = 0,14R rmax = 0,73R Trong đó: r bán kính khe rỗng hạt đất R bán kính hạt đất Khi cột nớc leo đạt tới giá trị lớn nhỏ lần lợt là: H max = 0,15 0,73 = 0,41R D H = 0,15 0,41 = 0,73D D Trong đó: D đờng kính hạt đất (cm) - Khi đất có cấu trúc dạng lục lăng: rmin = 0,155R rmax = 0,288R Cột nớc leo lớn nhỏ từ nớc ngầm lần lợt đạt giá trị sau đây: 1,93 0,41 ≤H≤ D D hay 0,41 ≤ H.D ≤ 1,93 Quan hệ vừa xác định có giá trị lý thuyết nh định hớng ban đầu công tác quy hoạch nguồn nớc ngầm Các thực nghiệm thực tế cho thấy độ cao leo nớc ngầm lên tới -5 m tuỳ theo loại đất 110 ... Benelin,1973 Giáo trình tới nớc - Tiệp 1979) qk (mm/ngày) Loại đất Độ sâu nớc ngầm (m) 2 ,5 0 ,5 Đất c¸t 0, 35 - 0,7 0,40 - 0, 75 0, 45 - 0, 85 0 ,5 - 0,9 C¸t pha sÐt 0,7 - 0,9 0, 75 - 1,00 0, 85 - 1, 05 0,9 - 1,10... (1 - 6)1 0 -5 Cát pha sét chặt (1 - 6)1 0-4 Cát pha sét xốp (1 - 6)1 0-3 Cát hạt nhỏ (1 - 6)1 0-3 Cát hạt to 80 (1 - 6)1 0-6 (1 - 6)1 0-2 5. 2.2 Phơng trình LAPLACE áp dụng định luật Darcy phơng trình. .. sông lần lợt là: h1 = y1 - y0 = 10, 95 - 6,4 = 4 ,55 h2 = y2 - y0 = 7, 15 - 6,4 = 0, 75 Vì đáy tầng không thấm i = Ta áp dụng công thøc (4 .5) : 2q1 = h1 − h 2 K 11 K ( 4 ,55 − 0, 75 ) = 0,37 m / ngd / m