Giáo trình tài nguyên nước chương 4

65 Chương TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT 4.1 Khái niệm 4.1.1 Khái niệm chung nước đất Luật Tài nguyên nước Việt Nam (1998, điều 3) định nghĩa: Nước đất nước tồn tầng chứa nước mặt đất Nước đất chứa lỗ hổng, khe nứt, hang động ngầm kích thước khác nhau, tồn ba trạng thái rắn, lỏng, khí chuyển đổi từ trạng thái sang trạng thái Nước đất loại tài nguyên ngầm người khai thác vào loại sớm lâu dài Tuy nhiên nhiều bí ẩn liên quan đến loại tài nguyên câu đố nhân loại Theo A.M Opsinhicôp, thuỷ ngầm phân bố tới độ sâu 12-16km, độ sâu phân bố nhiệt độ tới hạn nước (375 - 450oC), theo F.A.Macarenco, V.I.Lianco phải đạt tới độ sâu 70 - 100km Các kết đánh giá trữ lượng nước đất, vậy, khác Tuy nhiên, phần nước ngầm nằm sâu có động thái biến đổi chậm, thành phần hóa học phức tạp, khai thác khó khăn, nên có giá trị khai thác Nước đất phân bố diện rộng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng hệ thực vật hệ sinh vật đất, đa phần cá thể tự vận động tìm nước người động vật khác Nước đất nguồn cung cấp, trì tồn thuỷ vực mặt thời kỳ không mưa kéo dài Nhiều nơi, trình thăm dò tìm kiếm nguồn nước phát nguồn khoáng sản quý khác có vai trò thay đổi kinh tế địa phương, quốc gia, tìm dầu khí đốt Brunây 4.1.2 Trữ lượng nước đất Trữ lượng tĩnh (m3): Là lượng nước có mặt thường xuyên tầng chứa thời điểm định, tính với mức nước thấp Trữ lượng tĩnh trọng lực: Là lượng nước lấp đầy độ rỗng động lực tầng chứa nước điều kiện không bị nén, tương đương với trữ lượng khoáng sản rắn, tính tích dung tích tầng chứa nước hệ số nhả nước trọng lực Trữ lượng tĩnh đàn hồi: Là phần nước chứa thêm vào tầng chứa nước, phần tĩnh trọng lực, bị nén áp lực phần tĩnh trọng lực bị co lại Trữ lượng điều tiết (m3): Là lượng nước chứa phạm vi mực nước thấp cao tầng chứa nước, hay nói cách khác biến động trữ lượng nước nhiều năm Trữ lượng động thời đoạn (m3/s năm): Là tổng lượng nước lưu thông qua tầng chứa nước thời đoạn Trữ lượng theo (m3/s năm): Là khả bổ sung nước tự nhiên cho tầng chứa mực nước tầng bị giảm đột ngột tác động bất thường, khai thác nhân tạo Đây đại lượng khó xác định mặt giá trị chất lượng, nên tiềm ẩn nguy bất thường cần ý chế độ nước đất Cơ chế lên theo hình nón nguy làm giảm chất lượng nước vùng khai thác Cuốn hình nón xảy 66 giếng đào tới gần sát tầng nước mặn nằm tầng nước ngọt, nên hút khai thác với lưu lượng đủ lớn nước mặn bị vào giếng dòng hướng lên có hình nón Khả tái tạo mặt lượng tài nguyên nước đất tính tổng trữ lượng động trữ lượng theo (tính cho phần nước sạch) Khả tái tạo mặt chất đại diện chu kỳ đổi Từ góc độ khai thác bền vững tài nguyên, phép khai thác phạm vi khả tái tạo Kết hợp với yêu cầu chất lượng trữ lượng khai thác tự nhiên cho phép nhỏ cần loại trừ phần nước có chất lượng tầng khai thác nguồn theo Trữ lượng khai thác kỹ thuật phần khả tái tạo tự nhiên mà người khai thác tuỳ thuộc khả kỹ thuật kinh tế Ngoài giải pháp nhân tạo, tăng trữ lượng theo, từ tăng khả cung cấp nước nước đất Những trường hợp cho phép khai thác vào trữ lượng tĩnh là: 1- Trữ lượng tĩnh lớn; 2- Có khả bổ sung nhân tạo tương đối thuận lợi; 3- Có khả tìm nguồn nước thay trữ lượng tĩnh cạn kiệt Đối với loại nước đất không áp vùng đồng bằng, vùng đá nứt nẻ tuyệt đối không nên khai thác vào trữ lượng tĩnh 4.1.3 Quan hệ nước mặt nước đất Giữa nước mặt nước đất tồn dạng quan hệ sau: Nước mặt thường xuyên nguồn nuôi nước đất: Khi thuỷ vực mặt nước đất thông mực nước thuỷ vực mặt cao mực nước (mức áp lực thuỷ tĩnh) tầng chứa nước bão hoà Nước đất thường xuyên nguồn nuôi nước mặt: Khi mực nước đới chứa nước bão hoà đất cao mực nước thuỷ vực mặt Nước đất nước mặt luân phiên nuôi nhau: Xảy mực nước đới chứa nước bão hoà đất cao mực nước thuỷ vực mặt có lưu thông trực tiếp với vào mùa kiệt thấp vào mùa lũ Khi nước thuỷ vực mặt dâng cao mùa lũ, phần nước lũ ngấm qua vùng bờ vào tầng chứa nước chưa bão hoà, mặt làm dâng mực nước ngầm, mặt khác làm chậm lại trình dâng nước mặt Khi nước lũ rút, phần nước lũ chứa tạm vào vùng bờ rút ra, trả vào thuỷ vực mặt Đây chế tạo trình điều tiết bờ, trình tự nhiên quan trọng góp phần làm giảm cao độ đỉnh lũ, giảm mức độ ác liệt lũ 4.2 Phân bố nước đất theo nằm 4.2.1 Nước đới thông khí Đới thông khí tầng đất nằm mặt đất không bão hoà nước thường xuyên Trong đới có nước, nước mao dẫn, nước bão hoà không thường xuyên xuất trình thấm trọng lực nước thấu kính Hơi nước có lỗ rỗng, chuyển dịch theo dòng khí trao đổi với khí quyển, tạo nước hấp phụ ngưng tụ Hơi nước đất có vai trò quan trọng việc tạo vi khí hậu, cần thiết cho hệ sinh vật đất thành tạo đất 67 Nước mao dẫn tồn mao mạch, khe đất nhỏ, hình thành di chuyển tác động lực mao dẫn gây nên sức căng mặt nước Nước mao dẫn có giá trị lớn sống sinh vật Trong đất tồn dạng nước mao dẫn khác mao dẫn góc, mao dẫn dâng mao dẫn treo Mỗi loại đất đá có khả dâng nước mao dẫn khác Độ cao cột nước dâng mao dẫn cực đại có giá trị tương đối ổn định, phụ thuộc vào loại đất, kích thước lỗ hổng, thành phần, tính chất hoá học nước dâng thời gian nước dâng Trong cát thô, độ cao đạt tới 35cm sau tháng dâng nước liên tục, sét 500cm sau năm dâng nước liên tục Công thức Druren tính gần độ cao nước dâng cực đại có dạng sau: Hmax = 0,15 r-1 (4.1) r - bán kính mao mạch Nước thấu kính loại nước bão hoà, bị giữ lại phía thấu kính không thấm nước nhỏ, phân bố xen kẽ đới thông khí Nước thường có lượng nhỏ, động thái biến đổi mạnh chất lượng kém, có ý nghĩa cấp nước cục quy mô nhỏ cho đối tượng dùng nước không cần chất lượng cao Đới thông khí có khả chứa nước tạm thời cho nước qua, nhân tố định đặc điểm trình thấm lượng tổn thất nước thấm trình hình thành dòng chảy mưa, nhân tố điều tiết phân phối lại dòng chảy theo không gian thời gian Các nhân tố ảnh hưởng đến trình thấm thành phần tính chất đất, độ ẩm đất, đặc điểm trình cấp nước cho thấm Mỗi loại đất đá có khả thấm qua định, đặc trưng cường độ thấm ổn định, lượng nước cần thiết để bão hòa lỗ hổng phụ thuộc độ rỗng đất độ ẩm đất Cường độ thấm trận mưa giảm dần theo thời gian, tương ứng với tăng dần mức bão hoà nước lỗ rỗng Công thức Alecxâyep tính cường độ mưa theo thời gian có dạng: V = K + a t-1/2 (4.2) đó: K- cường độ thấm ổn định, t- thời gian thấm; Tham số phụ thuộc tính chất thuỷ lý, độ hụt ẩm bão hoà đất Quá trình bão hoà nước tạm thời đới thông khí xảy khi: 1- Nước ngấm xuống làm tăng dần mực nước ngầm; 2- Trên mặt đất tồn lớp nước bão hoà cấp đồng liên tục cho trình thấm, dẫn đến miền bão hoà từ xuống Quá trình bão hoà thứ hai sở cho hình thành dòng chảy treo, hay gọi dòng mặt, dòng thổ nhưỡng, loại dòng chảy mặt đất, lại có điều kiện tập trung nhanh lưới sông, sinh lũ ác liệt bất ngờ 4.2.2 Nước đới bão hoà Đới chứa nước bão hoà bao gồm số tầng chứa nước bão hoà nằm xen kẽ với đáy cách nước Tầng chứa nước bão hoà nằm đáy cách nước thứ gọi tầng nước ngầm Tầng chứa nước trọng lực bão hoà kẹp hai đáy cách nước gọi vỉa nước Dưới dạng nước thường gặp nhất: Nước ngầm lỗ hổng, có nón phóng vật, bồi tích thung lũng sông, trầm tích ven biển Các nón phóng vật bình nguyên trước núi thường lớp trầm tích hạt thô dày, phân bố tương đối rộng, thấm chứa nước tốt, điều kiện cấp nước thuận lợi, nên lượng nước dồi dào, phục hồi nhanh Bồi tích thung lũng sông thường xếp có quy luật chu kỳ địa chất: phần hạt thô hơn, thường cuội sỏi, lên mịn dần, thường sét, sét pha, 68 thung lũng sông có khả thấm chứa nước ngầm tốt theo tầng, điều kiện phục hồi thuận lợi Chất lượng hai loại nước dễ biến động phụ thuộc nhiều vào tác động mặt liên quan đến thấm Trầm tích ven biển có khả chứa nước tốt, phần thường nước mặn Nước tầng có dạng hình nêm ven bờ, thấu kính đảo Ranh giới hai phần dải chuyển tiếp từ từ, di động tuỳ thuộc tương quan khả cấp mức tiêu thụ nước Do tầng nước nhạy cảm với ô nhiễm nhiễm mặn Nước ngầm khe nứt, phân bố khe nứt đủ loại nguyên sinh, phong hoá, kiến tạo Trong tầng gần mặt đất có mặt đầy đủ loại khe nứt, thông tạo thành tầng chứa nước liên tục, bị lấp phần sản phẩm phong hoá bở vụn làm giảm khả chứa lưu thông nước Lưu lượng khai thác loại nước thường không cao, không vài trăm lít/ngày Trong tầng đất sâu chủ yếu gặp khe nứt kiến tạo riêng rẽ, cắt qua nhiều loại đất đá có tính chứa nước khác nhau, nước có tính có áp, có nhiệt độ độ khoáng hoá cao Trong đá phun trào bazan, hệ thống khe nứt nguyên sinh phát triển mở rộng nên khả chứa nước tốt, lưu lượng lỗ khoan tới vài trăm lít/ngày Tuy nhiên tầng cùng, phong hoá triệt để thành lớp đất đỏ phì nhiêu, nên thấm nước Nước ngầm caxtơ phân bố hang động caxtơ thường có kích thước lớn thông tốt, có trữ lượng lớn động thái biến đổi mạnh, lan truyền ô nhiễm nhanh Nước vỉa loại nước nằm lớp đất đá thấm nước tốt kẹp hai lớp cách nước, thường phân bố sâu, động thái biến đổi chậm, khả tiếp xúc với nguồn ô nhiễm khả tự làm hạn chế Nước thuộc loại có áp không áp 4.3 Chế độ nước đất Mức biến động chế độ nước đất phụ thuộc vào yếu tố sau: 1- Điều kiện khí hậu miền cấp miền phân bố; 2- Mức độ khả lưu thông với nước mặt; 3- Khả thấm nước, chứa nước, giữ nước, cấp nước, biến đổi chất lượng nước tầng đất đá Yếu tố nguồn cấp bao gồm cường độ cấp nước, thời gian cấp nước chất lượng nước cấp Đối với nước cấp mưa, yếu tố phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, địa hình, thảm phủ thực vật, kích thước miền cấp tác động người Đối với nguồn cấp nước thuỷ vực khác, yếu tố nguồn cấp bao gồm đặc điểm chất lượng nước nguồn mối quan hệ thuỷ lực hai thuỷ vực, kích thước miền quan hệ Nhìn chung tầng nước nằm sâu khó có khả trao đổi nước tích cực, nên lượng nước biến đổi chậm khả tái tạo hạn chế Càng xuống sâu nhiệt độ đất cao, nước đất có nhiệt độ cao Mức nhiệt độ phụ thuộc vào độ sâu, miền chuyển qua thời gian chuyển dịch Những dao động mực nước mưa, gây biến động trữ lượng, diễn rộng khắp có tính quy luật định, phản ánh tính biến động có chu kì theo mùa nhiều năm tài nguyên, diễn biến chậm, lệch pha thời gian nhỏ biên độ so với chế độ nước mặt Những dao động mực nước gắn với biến động cung cầu bất thường thường diễn phạm vi hẹp mang tính địa phương Ví dụ như: Trong vùng nước ngầm bị khai thác nhân tạo giếng, gương nước ngầm bị hạ thấp diện rộng có dạng hình phễu Trong tầng nước ngầm lưu thông trực tiếp với nước sông, mực nước sông lên cao mực nước ngầm, xảy trình điều tiết bờ, nước sông xâm nhập mạnh vào tầng ngầm, làm thay đổi độ dốc mặt nước, hướng chảy, làm tăng trữ lượng nước ngầm, 69 đồng thời làm giảm cường suất lũ lên cao trình đỉnh lũ sông Khi mực nước sông giảm, lượng nước điều tiết cấp trả lại sông, làm tăng dòng chảy sông Những vùng bờ bị bê tông hoá khả điều tiết dòng chảy theo chế Nhiệt độ nước đất chịu tác động điều kiện khí hậu miền cung cấp phân bố Như biết, dao động nhiệt độ ngày đêm đất đá không truyền độ sâu 1-2m, theo mùa không truyền độ sâu - 10m theo năm không truyền độ sâu 15 - 30m Dưới đới nhiệt độ tăng dần theo độ sâu Do nước đất có chế độ nhiệt phân hoá rõ nét, dùng làm sở cho nghiên cứu nguồn gốc Theo nhiệt độ nước đất chia thành sáu loại: lạnh < 30oC; ấm 30 – 35oC; nóng 35 – 50oC; nóng 50 – 70oC; nóng 70 - 100oC; nước sôi > 100oC Chế độ khoáng nước đất biến đổi quy luật rõ rệt Độ khoáng hoá nước chịu ảnh hưởng trực tiếp nguồn cấp, môi trường chứa đặc điểm trình tiêu hao Thông thường nước đất có độ khoáng hoá cao nước mưa nước mặt Do vùng mặt đất thuận lợi cho bốc nước đất tự nhiên có nguy bị mặn hoá cao Nhiều nhà nghiên cứu cho nước lớp trầm tích mặn dần theo độ sâu, gần tầng mặt nước nhiều sulfat, lớp trung gian nhiều muối bicacbonat, lớp sâu nước có nồng độ clo cao Theo độ khoáng hóa nước khoáng chia thành năm loại: thấp 35g/l  ... nuôi nước đất: Khi thuỷ vực mặt nước đất thông mực nước thuỷ vực mặt cao mực nước (mức áp lực thuỷ tĩnh) tầng chứa nước bão hoà Nước đất thường xuyên nguồn nuôi nước mặt: Khi mực nước đới chứa nước. .. nước bão hoà bao gồm số tầng chứa nước bão hoà nằm xen kẽ với đáy cách nước Tầng chứa nước bão hoà nằm đáy cách nước thứ gọi tầng nước ngầm Tầng chứa nước trọng lực bão hoà kẹp hai đáy cách nước. .. mực nước thuỷ vực mặt Nước đất nước mặt luân phiên nuôi nhau: Xảy mực nước đới chứa nước bão hoà đất cao mực nước thuỷ vực mặt có lưu thông trực tiếp với vào mùa kiệt thấp vào mùa lũ Khi nước