Bài giảng thủy văn nước dưới đất chương 3,4,5

Chương3: ĐỊNHLu Ậ TDarcy ễ TS.Nguy ễ nMaiĐăng Bộ mônThủyvăn&Tàinguyênnước Vi ệ n Th ủ y văn, Môi tr ườ ng & Bi ế n đ ổ i khí h ậ u Vi ệ n  Th ủ y  văn,  Môi  tr ườ ng  &  Bi ế n  đ ổ i  khí  h ậ u dang@wru.vn Tóm t ắ t Tóm  t ắ t • Cácluậttruyềntàituyếntính • Cáctínhchất • NAPLS Đ ị h l ậ t D • Đ ị n h  l u ậ t  D arcy – ThínghiệmDarcy – Lưulượn g đơnvị g – Vậntốctrungbình – HiệulựccủađịnhluậtDarcy • H ệ s ố truy ề n d ẫ n th ủ y l ự c • H ệ s ố truy ề n  d ẫ n  th ủ y  l ự c – Khả năngthấm • Dòngchảytheophươngđứng Các đ ị nh lu ậ t truy ề n t ả i tuy ế n tính Các  đ ị nh  lu ậ t  truy ề n  t ả i  tuy ế n  tính Đ ị h l ậ Fi Nhi ệ đ dx d T kAQ −= • Đ ị n h  l u ậ t F our i er – Nhi ệ t đ ược từ nơicónhi ệtđộ caođếnnơicó nhi ệ t đ ộ th ấ p Q: Thông lượng nhiệt truyền qua mặt cắt A K: độ dẫn nhiệt của vật li ệ u nhi ệ t  đ ộ th ấ p • ĐịnhluậtOhm – Điệnđược t ề t ừ ơ i ó hi ệ đi ệ th ế dx dV AI ρ 1 −= ệ t ruy ề n t ừ n ơ i c ó  hi ệ u đi ệ n th ế caođếnnơicóhiệuđiệnthế thấp Đ ị h l ậ t Fi k Kh ố i l đ dx ρ I: Dòng điện đi qua mặt cắt A ρ : đi ệ n trở • Đ ị n h  l u ậ t  Fi c k – Kh ố i  l ượng đ ược truyềntừ nơicómậtđộ caođến  n ơ i có m ậ t đ ộ th ấ p dx dC DAJ −= ρ ệ n ơ i  có  m ậ t  đ ộ th ấ p J: Lượng phân tử khuếch tán qua mặt cắt A D: hệ số khuếch tán Đ ị nh lu ậ t Darcy Đ ị nh  lu ậ t  Darcy • N ướ c có th ể ch ả y qua m ộ t t ầ ng ng ậ m n ướ c. N ướ c  có  th ể ch ả y  qua  m ộ t  t ầ ng  ng ậ m  n ướ c.  • ĐịnhluậtDarcy(bảotoànđộnglượng)đượcxác địnhthôn g  q uathín g hiệmcủaDarc y ,nóbắt g q g y nguồntừ cácphươngtrìnhcủaNavier‐Stokes. • Tươngtự như cácđịnhluậtFourier,Ohm,hoặc Fick. • ĐịnhluậtDarcy(bảotoànđộnglượng)và h tì hliê t (b ả tà kh ố i l ) p h ương t r ì n h  liê n t ục (b ả o t o à n kh ố i  l ượng )  đượcsử dụngđể xâydựngnênphươngtrình n ướ c ng ầ m n ướ c  ng ầ m . Các Tính ch ấ t Các  Tính  ch ấ t • Chấtlỏng – Khốilượngriêng( ρ )=khốilượngtrongmộtđơnvị dung tích – Tr ọ n g lư ợ n g riên g  ( γ = ρ g ) =tr ọ n g lư ợ n g tron g m ộ tđơnv ị ọ g ợ g g ( γ ρ g ) ọ g ợ g g ộ ị dungtích – Trọnglựcriêng(SG= ρ/ρ w )=tỷ lệ củakhốilượngriêng chấtlỏn g sovớinước g – Độ nhớt( µ )=sự khángcự củabảnthânchấtlỏngkhinó chuyểnđộng • Môi tr ườ ng x ố p Môi  tr ườ ng  x ố p – Cáctínhchấtchứa(độ rỗng,kíchthướchạt,tínhđànhồi) – Tínhchấtchuyểnđộng(truyềndẫn) Cácchấtlỏngnặngvàkhônghòatantrongnước ( DenseNon‐A q ueousPhaseLi q uids‐ DNAPLs ) ( q q ) • NAPLs – Không hòa tan trong n ướ c và – Không  hòa  tan  trong  n ướ c  và – Chảytáchriêng • DNAPLs – Nặnghơnnước – Hydrocarbonkhử trùng • Chấttầy(chấtlỏng khô há khô à khô ngc há y, khô ngm à u, dễ bayhơi)‐TCE • Tetrachloroethylene‐PCE • Kh ố i l ượ ng riêng tăng khi • Kh ố i  l ượ ng  riêng  tăng  khi  tăngha‐lo‐gienhóa • Nếukhácnhauvề khối l iê ớ i ớ l ượngr iê ngsov ớ i nư ớ c là0.1%sẽ tạonênsự chìmsâu Cácchấtlỏn g nh ẹ vàkhôn g hòatantron g nư ớ c g ẹ g g (LightNon‐AqueousPhaseLiquids‐ LNAPLs) • LNAPLs: – Nhẹ hơnnước – H y drocarbonsdầukh í y • Dầu • Xăng • Kh ố i l ượ ng riêng khác • Kh ố i  l ượ ng  riêng  khác  biệtsovớinước0.1%có thểảnhhưởngđến dòng ch ả y dòng  ch ả y . • LNAPLs cóđộ nhớtthấp dichuyểnnhanhhơn NAPLscóđộ nhớtcao. Darcy Darcy http://biosystems.okstate.edu/Darcy/ /echo.epfl.ch/VICAIRE/ ThínghiệmDarcy h L L P 1 /γ L P 2 /γ L v z Q v Sand z 1 z 2 Sand column Datum l Q p l ane CácthínghiệmcủaDarcy • Nướcchảyquaốnglọcbằngcát • L ư u l ượ ng ( Q ) t ỷ l ệ v ớ i L ư u  l ượ ng  ( Q )  t ỷ l ệ v ớ i – Diệntích,A – Chênhcộtnước,h 1 ‐h 2 – Ngh ị ch đ ả o chi ề u dài L Ngh ị ch  đ ả o  chi ề u  dài , L L hh A Q 21 − ∝ L Q 1 2 hhh −=∆ L h K A Q q ∆ −== 1 2 L A K=hệ số truyềndẫnthủylực[L/T] [...]... không bị gãy Đất sét biển không ả h khô bị ảnh hưởng của thời tiết Đá phiến sét Summary • • • • Linear Transport Laws p Properties NAPLS Darcy’s Law – – – – Darcy’s Experiment Specific Discharge S ifi Di h Average Velocity Validity of Darcy’s Law y y • Hydraulic Conductivity – Permeability Chương 4: Truyền Dẫn Thủy lực ề ẫ hủ l TS. Nguyễn Mai Đăng ễ Bộ môn Thủy văn & Tài nguyên nước Viện Thủy văn,  Môi trường & Biến đổi khí hậu... Lưới dòng chảy bên dưới một đập dâng (Flow Net Under a Dam) ( l d ) • Dòng chảy xuất hiện khi: – Cột nước bên trên đập > cột nước Cột nước bên trên đập > cột nước bên dưới đập • Dưới đáy hồ chứa có hiện tượng: – Xuất hiện các đường đẳng thế Xuất hiện các đường đẳng thế – Dòng chảy hướng về phía hạ lưu • dam Nền đập cũng là – Một Streamline Một Streamline – Và cũng không có dòng chảy • Biên không thấp phía dưới: ... truyền dẫn thủy lực được đo trong  ệ y y ự ợ g phòng thí nghiệm bằng một thiết bị đo thấm – Dòng chảy 1 chiều không ổn định hoặc ổn định – Mẫ đất hì h t ụ nhỏ Mẫu đất hình trụ hỏ Đo khả năng truyền dẫn trong phòng thí nghiệm sử dụng thiết bị đo thấm có cột nước không đổi • Dòng chảy ổn định • Mẫu đất thí nghiệm: đặt trong ống  ẫ ấ ệ ặ ố xi lanh tròn Continuous Flow Cấp nước liên tục Đảm bảo cột nước không... Thí nghiệm đảm bảo chênh cột  nước không đổi (b), và tạo ra lưu  ớ khô đổi (b) à tạ l lượng Q ị ậ y • Theo định luật Darcy: Nước A b Q = KA L K= QL Ab Outflow Q Mẫu đất thí nghiệm Đo khả năng truyền dẫn trong phòng thí nghiệm sử d ử dụng thiết bị đ hấ ó ộ hiế bị đo thấm có cột nước giảm dần ớ iả dầ • Lưu lượng chảy qua ống = lưu lượng chảy qua cột đất ợ g yq g ợ g yq ộ Nước chảy trong ống (tube): Qtube = πr 2 tube dh dt Nước. .. Khả năng truyền dẫn thủy lực năng truyền dẫn thủy lực • Khả năng truyền dẫn thủy lực: – là một tính chất kết hợp giữa môi trường đất và chất lỏng – Làm cho chất lỏng dễ dàng di chuyển trong môi trường đất ρg K =k µ Đặc tính môi trường lỗ rỗng k ρ µ g = = = = khả năng thấm nội tại ấ khối lượng riêng (mật độ) hệ số nhớt động lực gia tốc trọng trường Đặc tính chất lỏng: Nước ≠ NAPL Nước ≠ Không khí g NAPL(Non... Và không có dòng chảy • Equipotential Mặt nước bên dưới đập hình thành – Đ ờ đẳ Đường đẳng thế E i hế Equipotential i l – Và có cột nước bằng nhau Flowline Hướng dòng chảy ngầm (Groundwater Flow Direction) • Đo mực nước ngầm từ ự g các giếng này có thể giúp xác định hướng  dòng chảy ngầm dòng chảy ngầm Cao trình mực nước ngầm đường đẳng trị nước ngầm g Hướng dòng chảy ngầm Bản đồ đẳng trị mực nước ngầm (Contour Map of Groundwater Levels)... NAPL Nước ≠ Không khí g NAPL(Non Aqueous NAPL(Non-Aqueous Phase Liquid): chất lỏng không hòa tan trong nước Khả năng truyền dẫn thủy lực năng truyền dẫn thủy lực Vertical flow • Hệ số truyền dẫn thủy lực (K) = Lưu lượng đơn vị (q) Q q = = −K trên một đơn vị gradient thủy lực: A • Nhờ khẳ năng truyền dẫn thủy lực mà chất lỏng dễ dàng chuyển động  trong môi trường xốp ρg K =k • Phụ thuộc vào các tính chất của cả... truyền dẫn thủy lực truyền dẫn thủy lực • Đây là một tính chất kết hợp giữa môi trường lỗ rỗng và  chất lỏng ấ • Nhờ nó mà chất lỏng dễ dàng chuyển động thông qua môi  trường ρg K =k k ρ µ g = = = = µ khả năng thấm nội tại khối lượng riêng (mật độ) hệ số nhớt động lực gia tốc trọng trường Đặc tính môi trường lỗ rỗng Đặc tính chất lỏng: Nước ≠ NAPL Nước ≠ Không khí Khả năng thấm và Truyền dẫn thủy lực... TS. Nguyễn Mai Đăng ễ Bộ môn Thủy văn & Tài nguyên nước Viện Thủy văn,  Môi trường & Biến đổi khí hậu Viện Thủy văn, Môi trường & Biến đổi khí hậu dang@wru.vn Summary • Truyền dẫn thủy lực y y ự – – – – Khả năng thấm Phương trình Kozeny‐Carman Thiết bị đo thấm có cột nước không đổi ế ị ấ ó ộ ớ ô ổ Thiết bị đo thấm có cột nước giảm dần • Môi trường không đồng nhất và không đẳng hướng Môi trường không đồng nhất và không đẳng hướng... (Contour Map of Groundwater Levels) • Đường đẳng trị nước ngầm (đường đẳng thế discharge equipotential) và  đường dòng chảy  Flowlines (vuông góc  l l ( ô ó với đường đẳng thế equipotiential) chỉ ra  các khu vực được bổ các khu vực được bổ cập nước ngầm  (recharge) và khu vực  mà nước ngầm chảy đi  mà nước ngầm chảy đi (discharge) recharge đường đẳng trị nước ngầm Sự khúc xạ của các đường Streamliens (Refraction of Streamlines) . Chương 3: ĐỊNHLu Ậ TDarcy ễ TS.Nguy ễ nMaiĐăng Bộ môn Thủy văn &Tàinguyên nước Vi ệ n Th ủ y văn, Môi tr ườ ng & Bi ế n đ ổ i khí h ậ u Vi ệ n  Th ủ y  văn,  Môi  tr ườ ng  &  Bi ế n  đ ổ i  khí  h ậ u dang@wru.vn Tóm. Permeability Chương 4: ề ẫ h ủ l Truy ề nD ẫ nT h ủ y l ực ễ TS.Nguy ễ nMaiĐăng Bộ môn Thủy văn &Tàinguyên nước Vi ệ n Th ủ y văn, Môi tr ườ ng & Bi ế n đ ổ i khí h ậ u Vi ệ n  Th ủ y  văn,  Môi  tr ườ ng  &  Bi ế n  đ ổ i  khí  h ậ u dang@wru.vn Summary Summary •. số nhớtđộnglực g =giatốctrọngtrường Đặc tính chất lỏng: Nước ≠ NAPL Nước ≠ Không khí Khả năngthấmvàTruyềndẫn thủy lực Đá vôi Karst Đá vôi Karst Sỏi Đá lửa và đá biến chấtbị gãy Đá