Phương pháp thuộc phụ nhóm thứ nhất cũng như các phương pháp trong nhóm thứ nhất chỉ xác ñịnh các thông số ñịa chất thủy văn cơ bản (hệ số dẫn nước hoặc hệ số thấm, hệ số truyền áp hoặ[r]
(1)MỤC LỤC Mởñầu
Chương 1 Các dạng hút nước mục đích hút nước, ñặc ñiểm ñộng thái nước ñất
khi tiến hành hút nước ñiều kiện ñịa chất thuỷ văn khác 1) Các dạng hút nước mục đích chúng
2) ðộng thái vận ñộng nước ñất hút nước ñiều kiện ñịa
chất thuỷ văn khác
Chương 2 Các thơng số tính tốn địa chất thuỷ văn phương pháp xác ñịnh chúng theo số
liệu hút nước
1) ðặc ñiểm vắn tắt thơng số tính tốn địa chất thuỷ văn
2) ðặc điểm chung phương pháp xác định thơng số tính tốn địa chất thuỷ văn
Chương 3 Chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm ñiều kiện vỉa chứa nước áp lực
đồng vơ hạn
1) Chính lý số liệu thí nghiệm lưu lượng lỗ khoan khơng đổi
2) Chỉnh lý kết thí nghiệm đặc tính hút nước phức tạp giai đoạn hạ thấp mực nước
3) Chỉnh lý kết thí nghiệm đặc tính hút nước phức tạp giai đoạn hồi phục mực nước
Chương 4 Chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm điều kiện vỉa chứa nước áp lực
ñồng hữu hạn mặt để xác định thơng số, khơng tính ñến ảnh hưởng biên giới
1) Tiêu chuẩn áp dụng phương pháp Jacob vỉa hữu hạn
2) Những nguyên tắc chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm vỉa chứa nước hữu hạn
Chương 5 ðặc ñiểm chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm ñiều kiện tầng chứa nước
không áp
Chương 6 ðặc điểm chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm điều kiện tầng chứa nước
khe nứt - cactơ
1) Một vài ñặc ñiểm thấm chất lỏng ñá nứt nẻ
2) Tầng chứa nước ñá nứt nẻ với “ñộ lỗ hổng kép”
3) Tầng chứa nước ñất ñá nứt nẻ khơng đồng
4) Tầng chứa nước ñất ñá nứt nẻ dị hướng
Chương 7 ðặc điểm chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm điều kiện tầng chứa
(2)1) Thử nghiệm riêng biệt lớp chứa nước
2) Nghiên cứu tổng hợp hệ tầng phân lớp
3) ðặc điểm chỉnh lý tài liệu thí nghiệm giai ñoạn hồi phục mực nước
Chương 8 Chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm có ảnh hưởng biên giới
1) Những khu ñược giới hạn biên giới không thấm nước
2) Những khu vực có biên giới khơng đồng tính thấm
3) Những khu gần nơi nước đất cục
4) Những khu vực vỉa có hình dạng biên giới phức tạp khác
Chương 9 Những ñặc ñiểm phương pháp chỉnh lý giải thích kết thí nghiệm
các vùng ven bờ
Chương 10 Xác định phân loại thơng số tính tốn điều kiện vỉa có tính
thấm khơng ñồng hỗn tạp
1) đánh giá ựặc tắnh không ựồng hỗn tạp phương pháp thống kê
2) đánh giá ựặc tắnh không ựồng hỗn tạp mối liên hệ thông số ựịa chất thuỷ văn hữu hiệu với ựánh giá thống kê
3) ðặc điểm biến dạng quy luật thí nghiệm thay đổi mực nước vỉa khơng đồng hỗn tạp
4) ðặc điểm xác định thơng số vỉa khơng đồng hỗn tạp
5) Phân loại thơng số vỉa khơng đồng hỗn tạp
Chương 11 Chỉnh lý kết hút nước thí nghiệm có xét đến dao động tự nhiên mực nước
dưới ñất
1) Dao ñộng mực nước ảnh hưởng thay ñổi áp suất khí
2) Dao động mực nước ảnh hưởng thay ñổi cường ñộ cung cấp nước mưa cho tầng chứa nước
3) Dao ñộng mực nước ảnh hưởng dâng hạ mực nước dòng khối nước mặt
Chương 12 Những vấn ñề phương pháp tiến hành khuyến nghị bố trí
thí nghiệm
1) Những vấn đề phương pháp tiến hành thí nghiệm hút nước
2) Khuyến nghị bố trí cơng tác thí nghiệm
(3)MỞ ðẦU
Thí nghiệm thấm công tác chủ yếu ñiều tra ñịa chất thuỷ văn, ñược
tiến hành nhằm giải nhiều vấn ñề kinh tế quốc dân khác Dạng cơng tác có ý
nghĩa đặc biệt tìm kiếm thăm dị nước ñất phục vụ cho cung cấp nước tưới;
trong hệ thống Bộ địa chất Liên Xơ mặt cơng tác tìm kiếm thăm dị thường chiếm khoảng 50 - 60% tổng ñầu tư hàng năm ngân sách quốc gia vào lĩnh vực “ðịa chất thủy văn địa chất cơng trình”
Vì vậy, việc hồn thiện phương pháp thí nghiệm thấm chỉnh lý tài liệu thí nghiệm có tầm quan trọng đặc biệt có ý nghĩa quan trọng hàng đầu tồn cơng tác tìm kiếm - thăm dị nước đất
Phương pháp tiến hành thí nghiệm chỉnh lý kết thí nghiệm đề cập nhiều tài liệu, sách báo Nhưng tài liệu xuất trước năm sáu mươi không xét ñến thành tựu ñộng lực học nước ñất thay ñổi quan trọng phương
pháp tiến hành thí nghiệm tác động thành tựu Trong cơng trình
nghiên cứu xuất muộn hơn, phương pháp tiến hành thí nghiệm chỉnh lý số liệu thí
nghiệm dựa sở lý thuyết thủy ñộng lực ñại, thực tế ñề cập ñến kỹ
thuật chỉnh lý số liệu hút nước áp dụng cho điều kiện tương đối lý tưởng mà khơng xét ñến ñặc ñiểm tự nhiên mỏ nước ñất Trong đó, đa dạng điều kiện địa chất
thuỷ văn, mà tiến hành thí nghiệm thấm, đặc tính phức tạp hình thành ñộng
thái nước ñất hút nước thí nghiệm, quy luật biến ñổi lưu lượng mực nước ảnh hưởng yếu tố khác nhau, tất điều địi hỏi phải phân tích giải thích số liệu thí nghiệm để xác định thơng số địa chất thuỷ văn Mặc dù cách giải có sở lý thuyết chắn, tất phương pháp có giá trị áp dụng ñiều kiện tự nhiên cụ thể
Các tác giả sách ñặt cho nhiệm vụ phân tích sở phương pháp chỉnh lý giải thích số liệu thí nghiệm, có xét ñến ñặc ñiểm riêng tầng chứa nước ñiều kiện ñịa chất thuỷ văn khác nhau, giới thiệu phương pháp bố trí tiến hành thí nghiệm q trình tìm kiếm thăm dị nước ñất phục vụ cho cung cấp nước ñây khác với tài liệu có, phần lớn phương pháp chỉnh lý giải thích số liệu hút nước thí nghiệm thí nghiệm tự chảy trình bày tài liệu nghiên cứu ñịa chất thuỷ văn cụ thể tiến hành tìm kiếm thăm dị nước đất điều kiện ñịa chất thuỷ văn khác
Khi biên soạn sách ñã sử dụng nhiều tài liệu thực tế thí nghiệm thấm quan sản xuất khác thuộc Bộ địa chất Liên Xơ tiến hành đối tượng thấm cụ thể Khơng nên coi sách tài liệu tổng hợp mà có nêu đầy đủ đặc điểm tất phương pháp chỉnh lý giải thích số liệu thí nghiệm thấm Nhiệm vụ chủ yếu sách phân tích phương pháp tiến hành thí nghiệm chỉnh lý kết thí
nghiệm thấm ñiều tra cung cấp nước Trong sách phân tích phương
(4)Cuốn sách viết cho kỹ sư ñịa chất thuỷ văn chun tìm kiếm thăm dị nước đất cho cung cấp nước Nó dùng để chỉnh lý số liệu thí nghiệm thấm tiến hành nhằm giải nhiệm vụ khác (khai thác mỏ khống sản, tưới, xây dựng cơng trình thủy cơng…) bổ ích cho sinh viên ngành địa chất thuỷ văn học giáo trình “Phương pháp nghiên cứu địa chất thuỷ văn” “Tìm kiếm thăm dị nước đất” Khi biên soạn sách, tác giả phân công sau: tiết chương 2, chương 6, 11 B V Borevxki viết (tiết chương có tham gia B G Xamxonov); chương 3, 4, 5, tiết chương 7, tiết 1, chương 10 B G Xamxonov ; lời mở ñầu, chương L X Iazvin viết ; tiết chương 2, tiết chương 7, tiết
của chương 10 chương 12 B G Xamxonov L X Iazvin viết Tổng biên tập L X Iazvin
(5)Chương
CÁC DẠNG HÚT NƯỚC VÀ MỤC ðÍCH HÚT NƯỚC
ðẶC ðIỂM ðỘNG THÁI CỦA NƯỚC DƯỚI ðẤT KHI TIẾN HÀNH HÚT NƯỚC TRONG NHỮNG ðIỀU KIỆN
ðỊA CHẤT THUỶ VĂN KHÁC NHAU 1 CÁC DẠNG HÚT NƯỚC VÀ MỤC ðÍCH CỦA CHÚNG
Hiện tất dạng hút nước tiến hành tìm kiếm thăm dị kiểu mỏ nước ñất khác chia thành ba dạng sau: hút nước thử, hút nước thí nghiệm hút nước khai thác thí nghiệm Sự khác mục đích ba dạng hút nước định phương pháp tiến hành thí nghiệm thể chủ yếu thời gian kéo dài thí nghiệm kết cấu
chùm thí nghiệm Vì vậy, để tiến hành cơng tác thí nghiệm, trước tiên cần xác định
nhiệm vụ mà việc nghiên cứu thí nghiệm thấm cần giải
Hút nước thử dạng phổ biến tìm kiếm thăm dị nước đất, thực tế
ñược tiến hành tất lỗ khoan q trình khảo sát địa chất thủy văn (lỗ khoan tìm kiếm, thăm dị quan sát) Hút nước thử (hoặc tháo nước) ñược thực ñể ñánh giá sơ tính chất thấm ñất ñá chứa nước chất lượng nước ñất ñối với khoảnh ñới khác
Hút nước thí nghiệm dạng cơng tác địa chất thủy văn chủ yếu ñược tiến hành giai ñoạn thăm dò sơ thăm dò tỷ mỷ
Hút nước thí nghiệm tiến hành để giải vấn ñề sau ñây:
1) Xác ñịnh thơng số địa chất thủy văn chủ yếu tầng chứa nước (hệ số thấm, ñộ
dẫn nước, ñộ truyền áp ñộ truyền mực nước, ñộ nhả nước, chảy xuyên tầng, bán kính ảnh hưởng dẫn dùng, sức cản chung trầm tích lịng sơng)
2) Nghiên cứu ñiều kiện biên tầng chứa nước bình đồ mặt cắt (quan hệ
giữa nước ñất nước mặt, quan hệ tầng chứa nước lân cận )
3) Xác ñịnh quan hệ lưu lượng mực nước hạ thấp lỗ khoan
4) Xác ñịnh trị số hao hụt mực nước khu vực bố trí cơng trình lấy nước lỗ khoan khai thác làm việc đồng thời
Tùy theo có hay khơng có lỗ khoan quan sát, hút nước thí nghiệm ñược chia thành hút
nước chùm hút nước ñơn Hút nước thí nghiệm ñơn ñược tiến hành ñể xác ñịnh quan hệ
giữa lưu lượng trị số mực nước hạ thấp Khác với hút nước thử, hút nước thí nghiệm tiến hành với hai - ba cấp lưu lượng Hút nước chùm dạng chủ yếu cơng tác hút nước thí nghiệm, nghiên cứu điều kiện biên, xác định thí nghiệm trị số hao hụt mực nước Dạng khác thí nghiệm hút nước chùm thí nghiệm hút nước nhóm, ñược tiến hành ñể nghiên cứu quan hệ tầng chứa nước xác định thơng số địa chất thủy văn
bản trường hợp lấy nước từ lỗ khoan đơn khơng thể đảm bảo độ xác
cần thiết tính tốn trị số hạ thấp mực nước tuyệt đối khơng lớn
(6)Mục đích hút nước khai thác thí nghiệm xác định quy luật thay ñổi mực nước ñất chất lượng nước ñất lấy lượng nước ñịnh
Khi thiết kế hút nước khai thác thí nghiệm ñiều kiện thủy hóa phức tạp, cần ý
chỉ nên tiến hành hút nước khai thác thí nghiệm ñể xác ñịnh thực nghiệm thay ñổi
chất lượng nước nguy kéo nước khơng đạt tiêu chuẩn sử dụng mặt cắt thẳng đứng trường hợp cơng trình lấy nước bố trí gần (vài chục mét) ranh giới phân bố nước đất có thành phần khơng đạt tiêu chuẩn sử dụng xâm nhập vào Khi khoảng cách lớn, thời gian dịch chuyển ranh giới kéo dài hàng năm thay đổi chất lượng khơng thể đánh giá q trình hút nước
Tuỳ theo giai đoạn điều tra ñịa chất thủy văn, ñiều kiện ñịa chất thủy văn phương pháp áp dụng ñánh giá trữ lượng khai thác nước ñất theo tài liệu hút nước giải nhiệm vụ kể giải ñồng thời số nhiệm vụ
Trong đa số trường hợp cơng tác thí nghiệm thấm ñược tiến hành chủ yếu ñể xác ñịnh thơng số địa chất thủy văn, nhiều cịn tiến hành hút nước để giải nhiều nhiệm vụ khác (ví dụ, áp dụng phương pháp thủy lực ñể ñánh giá trữ lượng khai thác nước
dưới đất) Do mục đích cuối cơng tác thí nghiệm thấm thu thập số liệu cần
thiết ñể ñánh giá ñịnh lượng nguồn chủ yếu hình thành trữ lượng khai thác nước ñất,
nên chọn phương pháp công tác cần tính đến khả thực tế xác định số nguồn
trong q trình hút nước thí nghiệm Ngồi ra, thiết kế hút nước mục đích xác định thơng số địa chất thủy văn, ñánh giá ảnh hưởng ranh giới khác vỉa (trên bình đồ mặt cắt) ñặc ñiểm ñặc biệt cấu trúc ñá chứa nước ñối với
quy luật hạ thấp mực nước đất ðiều cần thiết để xét ảnh hưởng yếu tố
tính thơng số ðể phân tích vấn đề xem xét quy luật thay ñổi mực nước theo thời gian (quy luật ñộng thái hút nước) ñiều kiện ñịa chất thủy văn khác
2 VẬN ðỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ðẤT KHI HÚT NƯỚC TRONG NHỮNG ðIỀU KIỆN
ðỊA CHẤT THUỶ VĂN KHÁC NHAU
Quá trình phát triển hình phễu hạ thấp theo thời gian hút nước phức tạp, hình thành bề mặt mực nước xảy tác dụng nhiều yếu tố, giai đoạn đầu tháo khơ vỉa (trong tầng chứa nước khơng áp) ảnh hưởng động thái ñàn hồi (trong tầng áp lực) yếu tố quan trọng Khi tăng thời gian hút nước, kích thước hình phễu hạ thấp lớn, nên số trường hợp, trình chảy xuyên từ tầng chứa nước
nằm nằm thu nước đất điều kiện tự nhiên,
các ranh giới khác vỉa bình đồ mặt cắt bắt đầu có ảnh hưởng đến
hình thành phễu hạ thấp mực nước Trong nhiều trường hợp dao ñộng tự nhiên mực nước trùng hợp với quy luật thay ñổi mực nước theo thời gian hút nước gây Ngồi đặc tính thay đổi mực nước phức tạp yếu tố kỹ thuật gây (ví dụ, dao động lưu lượng q trình hút nước)
Như vậy, động thái nước đất hút nước thí nghiệm ba yếu tố ñịnh:
1) Các ñiều kiện ñịa chất thủy văn (cấu trúc hệ tầng chứa nước ñiều kiện
ranh giới vỉa bình đồ mặt cắt) 2) ðộng thái tự nhiên nước ñất
(7)Ảnh hưởng nhiều ñến ñộng thái nước ñất hút nước thí nghiệm yếu tố thuộc nhóm thứ Vì vậy, nghiên cứu vắn tắt quy luật ñộng thái
trường hợp địa chất thủy văn điển hình khác đặc trưng ñiều kiện khác
trên ranh giới tầng chứa nước bình đồ mặt cắt cấu trúc ñất ñá chứa nước
Dựa vào ñặc ñiểm ñộng thái nước đất cần xét đến phân tích số liệu thí
nghiệm thấm xác định thơng số địa chất thủy văn cần điển hình hóa điều
kiện địa chất thủy văn theo ñặc ñiểm ñộng thái nước ñất thành dạng sau: Những tầng chứa nước vô hạn, ñồng ñộ thấm trụ lớp ñược cách ly:
a) Các tầng chứa nước có áp trầm tích bở rời
b) Các tầng chứa nước khơng có áp trầm tích bở rời c) Các tầng chứa nước có áp khơng áp ñá nứt nẻ Những tầng chứa nước gồm nhiều lớp:
a) Hệ tầng chứa nước có cấu tạo hai lớp b) Hệ tầng chứa nước có cấu tạo nhiều lớp Những tầng chứa nước hữu hạn:
a) Các tầng chứa nước có liên hệ với dòng khối lượng nước mặt b) Các tầng chứa nước giới hạn ranh giới khơng thấm nước
c) Các tầng chứa nước gồm ñới riêng biệt với ñộ dẫn nước nhả nước khác d) Những khoảnh tầng chứa nước có ổ cung cấp thoát nước cục
Chúng ta phân tích vắn tắt quy luật thay đổi mực nước điều kiện điển hình hút nước với lưu lượng khơng đổi Việc phân tích tỷ mỷ kiểu trình bày chương sau
ðộng thái nước ñất hút nước thí nghiệm từ tầng chứa nước có áp lực vơ hạn trong trầm tích bở rời
Trong tầng áp lực bị cách ly mực nước hạ thấp hình thành xuất động thái ñàn hồi nước ñất Quan hệ mực nước hạ thấp thời gian ñược biểu diễn biểu thức Theis có dạng sau [182]:
− −
=
at r E km Q
S i
4
2
π (1.1)
- Ở ñây: S - áp lực hạ thấp ñiểm cách lỗ khoan hút nước ñoạn r sau thời gian t, tính từ bắt đầu hút nước
(8)Ei - hàm số mũ tích phân
Sau thời gian ñịnh (khoảng cách từ lỗ khoan theo dõi mực nước hạ thấp ñến lỗ khoan hút nước lớn thời gian lớn) hàm số tích phân Ei thực tế biến thành hàm số logarit mực nước hạ thấp theo thời gian ñược biểu diễn quan hệ logarit [183]:
2 25 , lg 183 ,
r at km
Q
S = (1.2)
Thời gian cho phép thay hàm số tích phân hàm số logarit gọi thời gian ñạt ñến ñộng thái gần ổn định, cịn đới tồn quan hệ logarit mực nước thời gian hạ thấp gọi ñới (miền) ñộng thái gần ổn ñịnh ðặc ñiểm khác biệt đới tốc độ hạ thấp mực nước tất ñiểm phạm vi ñới ñó giống Nói cách khác, ñới ñường cong hạ thấp theo thời gian di chuyển song song với
Thời gian ñạt ñến (t0) bán kính đới (r0) động thái gần ổn định xác định theo cơng thức:
a r t
2
5 ,
≥ (1.3)
at
r0 =0,63 (1.4)
Hình
Như vậy, vỉa có áp lực bị cách ly hạ thấp mực nước sau thời gian ựịnh tắnh từ bắt ựầu hút nước có quan hệ với logarit thời gian quan hệ ựường thẳng sở
phương pháp giải tích đồ thị xác định thơng số cách phân tích đồ thị S - lgt Q
trình thay đổi mực nước vỉa có áp bị cách ly ñồ thị nửa logarit nêu hình 1.a
Trên đồ thị S = f(lgt) tách làm hai ñoạn Trên ñoạn I ñiểm đồ thị khơng nằm
đường thẳng ðoạn tương ứng với thời kỳ khơng có quan hệ logarit mực nước hạ thấp thời gian ðoạn II ñường thẳng phản ánh quy luật thay ñổi mực nước ñộng thái gần ổn ñịnh Thời gian kéo dài thời kỳ thứ tầng chứa nước áp lực thường không lớn lỗ khoan quan sát nằm sát lỗ khoan trung tâm nhỏ 100m, thời gian khơng vượt q 0,5 - 1,0 ngày đến vài ngày khoảng cách vượt 300 - 500 mét
ðộng thái nước đất hút nước thí nghiệm từ tầng chứa nước khơng áp các trầm tích bở rời
Khi hút nước từ tầng chứa nước không áp mực nước hình thành tháo khơ vỉa nói chung có quy luật tương tự quy luật hạ thấp mực nước tầng chứa nước có áp bị cách ly Nhưng giai đoạn đầu hút nước chế ñộ vận ñộng nước ñất trở nên phức tạp số yếu tố ñặc biệt, chủ yếu thay đổi tác dụng nhả nước theo thời gian
xuất thành phần thẳng ñứng tốc ñộ thấm cạnh lỗ khoan Vì lẽ đó, quan hệ mực
nước hạ thấp dẫn dùngS(*) logarit thời gian có dạng phức tạp nhiều so với nước áp lực
Trong số trường hợp tổng quát, ñồ thị S = f(lgt) tách thành ñoạn (xem hình
(9)Trong thời kỳ thứ hai hút nước gây thay ñổi mạnh góc dốc ñồ thị thay ñổi chậm tốc ñộ hạ thấp mực nước trình hình thành nhả nước trọng lực Hiệu ứng sách tham khảo gọi hiệu ứng Boulton ñược viết phương trình Jacob - Hantush ñối với vỉa có áp, có chảy xuyên qua Sự ổn ñịnh thực tế mực nước vào cuối thời kỳ đặc điểm đặc trưng cho thời kỳ Chính mà thời kỳ thứ hai gọi thời kỳ ñộng thái giả ổn ñịnh Thời gian kéo dài thời kỳ phụ thuộc vào hệ số thấm tầng chứa nước, ñộ nhả nước chiều dày nó, kinh nghiệm hút nước từ tầng chứa nước
không áp chứng tỏ, nhiều trường hợp khoảng vài ngày Sự có mặt thời kỳ động
thái giả ổn định địi hỏi phải có yêu cầu ñặc biệt ñối với phương pháp hút nước thí nghiệm
Nếu hút nước kết thúc trước bắt đầu thời kỳ thứ ba rút kết luận
không tin cậy vận động ổn định thực tế, ví dụ cho ổn định ảnh hưởng quan hệ qua lại nước ñất nước mặt gây
ðoạn thứ ba - cuối - ñồ thị S = f(lgt) tương ứng với mơ logarit theo phương trình Theis nhả nước trọng lực Như tầng chứa nước trầm tích bở rời khơng áp khác với vỉa chứa nước áp lực ñộng thái ổn ñịnh nhả nước trọng lực hình thành chậm
Nên ý phương diện vật lý trình làm phức tạp quy luật thay ñổi mực nước ñất theo thời gian chưa ñược nghiên cứu ñầy ñủ Phân tích số liệu thực tế cho thấy hai ñoạn ñầu ñồ thị trường hợp hình thành ðồng thời việc
chưa nghiên cứu đầy đủ q trình thay đổi độ nhả nước, chưa có lời giải chặt chẽ
mặt lý thuyết nên khơng cho phép dự đốn trước điều kiện cĩ thể phát sinh phức tạp đĩ
ðộng thái nước ñất hút nước thí nghiệm từ tầng chứa nước các đá nứt nẻ
Q trình vận động nước ñất ñá nứt nẻ điều kiện có áp
khơng có áp ñược ñặc trưng nhiều ñặc ñiểm ñặc biệt so với thấm ñá dạng hạt
ảnh hưởng lớn ñến quy luật thay ñổi mực nước hạ thấp ñá nứt nẻ hiệu ứng “lỗ hổng kép” có liên quan với ảnh hưởng khác hai kiểu lỗ hổng (lỗ hổng khe nứt, khe nứt lớn khe nứt bé) Sự có mặt hiệu ứng “lỗ hổng kép” giải thích
thay ñổi ñộ nhả nước thật theo thời gian dẫn ñến việc biến dạng ñồ thị S = f(lgt),
trường hợp tổng quát ñồ thị chia thành hai đoạn (khơng tính đến đoạn có liên quan với ảnh hưởng ranh giới bên vỉa) ðoạn thứ (xem hình 1.c) thoải thực tế nằm ngang (đơi nhánh bên trái I.a dốc phát sinh xuất hiệu ứng “lỗ hổng kép” ñất ñá nứt nẻ thời gian chậm ñặc trưng có liên quan tới “lỗ hổng kép”) ðoạn thứ hai dốc hơn, thực tế thường ñường thẳng tương ứng với thời kỳ vận ñộng nước ñất ñá nứt nẻ tuân theo quy luật giống nước đất vỉa có lỗ hổng
Nói chung, đặc điểm đồ thị S = f(lgt) ñá nứt nẻ vỉa khơng áp có
hiệu ứng Boulton hồn tồn giống
ðộng thái nước đất hút nước thí nghiệm hệ tầng chứa nước có cấu tạo hai lớp
(10)Trên hình 1.d biểu diễn quy luật thay đổi mực nước hạ thấp theo thời gian hút nước từ hệ tầng chứa nước gồm lớp kiểu thứ Từ hình vẽ ta thấy đồ thị S = f(lgt) ñược chia
thành thời kỳ tương tự với thời kỳ ñã ñược nghiên cứu phân tích hút nước từ tầng
chứa nước khơng áp trầm tích bở rời có mặt hiệu ứng Boulton Trong thời kỳ ñầu,
thực tế vận ñộng tầng chứa nước áp lực, thời kỳ thứ hai ñặc trưng ñộng thái giả ổn
ñịnh, xảy thay đổi khơng lớn thời kỳ thứ ba thấm xảy tương tự vỉa bị cách ly với hệ số dẫn nước lớp hệ số nhả nước lớp Thời gian kéo dài thời kỳ chủ yếu phụ thuộc vào hệ số thấm, chiều dày ñộ nhả nước lớp khoảng cách lỗ khoan quan sát lỗ khoan trung tâm
(*) Mực nước hạ thấp dẫn dùng (S - mực nước hạ thấp có tính đến thay ñổi chiều dày tầng chứa nước S = S(2H -S )
Trong nhiều trường hợp, ñặc biệt ñối với lỗ khoan quan sát xa, nói chung thời kỳ đầu khơng ghi nhận đồ thị phân biệt ñược thời kỳ thứ hai thời kỳ thứ hai thứ ba Việc tính tốn theo thời kỳ thứ hai khơng ý đến ảnh hưởng lớp có mặt hiệu ứng Boulton hiệu ứng “lỗ hổng kép” ñá nứt nẻ làm trị số độ dẫn nước thu tăng lớn chí dẫn đến kết luận khơng (ví dụ, ổn định thực tế vận động) Phân tích tài liệu thực tế quy luật lý thuyết vận ñộng nước ñất hệ tầng chứa nước hai lớp chứng tỏ ñiều kiện thực tế hệ số thấm lớp lớn 0,1 m/ng, thời kỳ thứ ba hút nước bắt ñầu sau 10 - 15 ngày kể từ bắt đầu thí nghiệm Khi hệ số thấm lớp nhỏ, thời kỳ thứ ba xuất sau hàng trăm ngày, kể từ bắt ñầu hút nước
Khi hút nước từ hệ tầng chứa nước gồm hai lớp kiểu thứ hai, theo lý thuyết dạng ñồ thị S = f(lgt)
phải giống ñồ thị tương ứng với hệ tầng chứa nước hai lớp kiểu thứ Nhưng độ nhả
nước đàn hồi hệ số thấm xuyên lớp sét phủ bên nhỏ nên thời kỳ ñộng thái giả ổn ñịnh thường không xảy hút nước với thời gian kéo dài hay dùng thực tế Vì quy luật thay ñổi mực nước ñiều kiện nghiên cứu thực tế giống vỉa chứa nước có áp lực bị cách ly thường khó phát chảy xuyên hút nước thí nghiệm
ðộng thái nước đất hút nước thí nghiệm hệ tầng chứa nước cấu tạo nhiều lớp Trường hợp hệ tầng chứa nước cấu tạo nhiều lớp (xen kẽ lớp chứa nước lớp thấm nước kém) dạng điển hình bồn actezi kiểu miền mỏ nước ñất nằm nón phóng vật Trong điều kiện đó, khai thác tầng chứa nước riêng biệt, trình chảy xuyên qua lớp ngăn cách thấm nước đóng vai trị lớn hình thành trữ lượng khai thác nước ñất
Mức ñộ ảnh hưởng q trình đến động thái nước đất hút nước phát phân tích ñồ thị S = f(lgt) ñược biểu diễn hình 1.e hình 1.g Trên hình 1.e biểu diễn quy luật thay ñổi mực nước hạ thấp tầng chứa nước ñược khai thác vỉa cung cấp có áp lực khơng đổi cịn hình 1.g - áp lực thay đổi
Hình 1.e cho thấy chảy thường xun qua với mực nước khơng đổi vỉa cung cấp, ñồ thị S = f(lgt) thoải ổn định sau Thời gian kéo dài thời kỳ ñầu hút nước, thời kỳ hạ thấp mực nước xảy tương tự vỉa vơ hạn bị cách ly phụ thuộc vào tính thấm nước chứa nước tầng chứa nước thí nghiệm, hệ số thấm chiều dày lớp ngăn cách thấm nước yếu, khoảng cách từ lỗ khoan trung tâm ñến lỗ khoan quan sát
Sự phân tích số quan hệ xác định quy luật vận ñộng nước ñất ñến lỗ
(11)và hàng trăm ngày, vượt xa thời gian hút nước thí nghiệm thơng thường Trừ trường hợp hệ thống nhiều lớp có trầm tích thấm nước ngăn cách sét, cát với hệ số thấm
khoảng 10-2 - 10-3 m/ngày chiều dày không lớn 20 - 30 m Trong điều kiện đó,
sau vài ngày, kể từ bắt ñầu hút nước ñồ thị S = f(lgt) thoải ñạt ñược mực nước ổn ñịnh,
như cơng trình nghiên cứu F M Botsever [29] ñã rõ thời gian ổn ñịnh thực tế độ
nhả nước đàn hồi µ* tầng chứa nước thí nghiệm hệ số sức cản lớp phân cách (giá
trị ñại lượng 0 m K
, ñây K0 - hệ số thấm lớp phân cách ; m0 - chiều dày nó) định
Ví dụ, µ* = 10-3 K
0 = 10-5, thời gian 300 - 500 ngày, cịn µ*= 10-4
0 =10−
m K
, tương ứng 30 - 50 ngày
Trên hình 1.g biểu diễn đường cong thay đổi mực nước tầng tầng ñối với trường hợp vỉa nước cung cấp xảy thay đổi áp lực Nói chung thời kỳ ñầu hút nước, quy luật thay ñổi mực nước không ñổi Nhưng khác với trường hợp trước, ñây ổn định hút nước khơng xảy giảm nhịp ñộ hạ thấp mực nước so với vỉa bị ngăn cách ñược tiến hành quan sát Trị số hạ thấp mực nước tầng chứa nước xảy thấm xuyên qua thời gian thí nghiệm thường không lớn Lúc hạ thấp mực nước tầng chứa nước tăng giảm sức kháng lớp bị ngăn cách (ñại lượng
0 m K
) giảm ñộ nhả nước tầng gây thấm xuyên qua
Như vậy, nên bố trí thí nghiệm để nghiên cứu quan hệ tầng chứa nước gồm nhiều lớp số trường hợp có đủ tiền đề địa chất chảy xuyên qua, ví dụ cửa sổ thủy lực Khi tiến hành cơng tác thí nghiệm cần tổ chức quan sát mực nước tầng mà từ xảy thấm xuyên ðồng thời trình chảy xuyên xuất sau thời gian dài kể từ bắt ñầu hút nước, ñể xác ñịnh thơng số địa chất thủy văn dùng quan hệ mà khơng xét đến chảy xun từ tầng chứa nước lân cận
ðộng thái nước ñất hút nước từ tầng chứa nước có liên hệ với dịng khối nước mặt
Yếu tố chủ yếu ñịnh ñộng thái nước ñất hút nước từ tầng chứa nước có quan hệ thủy lực với dịng khối nước mặt bơm lấy phần trữ lượng thiên nhiên nước ñất (sự tháo khơ vỉa) hấp thu dịng nước mặt Trong thời kỳ ñầu hút nước yếu tố định q trình thứ (sự tháo khơ vỉa) với tất quy luật trình bày phần Trong thời gian mực nước hạ thấp tăng liên tục Sau khoảng thời gian đó, kể từ bắt đầu hút nước, có mặt ranh giới mặt (sông khối nước mặt) bắt ñầu ảnh hưởng ñến ñộng thái nước đất ảnh hưởng thể giảm nhịp ñộ hạ thấp mực nước, vận động nước đất hồn tồn ổn ñịnh Thời gian ổn ñịnh ñộ nhả nước ñộ dẫn nước tầng thí nghiệm, khoảng cách từ
lỗ khoan đến sơng chủ yếu trị số tổng sức kháng đáy sơng, khối nước mặt
(12)Phân tích đồ thị biểu diễn hình 1.h cho thấy vận động nước đất điều kiện đạt đến ñặc ñiểm ổn ñịnh nhanh Khi có liên hệ hồn chỉnh* nước
dưới đất nước mặt, ñộng thái thấm ổn ñịnh ñiều kiện thực tế thường xảy sau
vài giờ, kể từ bắt ñầu hút nước ðồng thời sức kháng trầm tích lịng sơng làm tăng giá trị tuyệt ñối mực nước hạ thấp kéo dài ñoạn thấm không ổn ñịnh Thời gian kéo dài thời kỳ chủ yếu phụ thuộc vào hệ số thấm lớp thấm nước kém, chiều dày đạt đến vài tháng
* Sự liên hệ hồn chỉnh lịng sơng cắt qua tồn tầng chứa nước khơng có màng ngăn cách lắng đọng
Các đường cong hình 1.h ñặc trưng cho quy luật thay ñổi mực nước ñộng thái thấm liên tục, tức mực nước khơng hồn tồn tách khỏi đá lớp thấm nước Trong
trường hợp, hút nước mà mực nước đất hồn tồn tách khỏi đáy lớp
thấm nước sông vị trí “treo” thời gian kéo dài thời kỳ thấm khơng ổn định lớn
Khi khai thác nước đất cơng trình lấy nước ven bờ lỗ khoan bố trí thành
dãy tuyến dài, nói chung ổn định khó xảy Do đó, hút nước thí
nghiệm, điều quan trọng phải xác ñịnh ñiều kiện thấm liên tục
sẽ thay thấm tự theo chiều thẳng ñứng ðể giải vấn ñề cần phải có
những số liệu thay ñổi mực nước ñất trình hút nước khơng vùng có lỗ khoan thí nghiệm mà thay đổi mực nước sơng
Nên ý việc xác định sức kháng trầm tích nhiệm vụ quan trọng hút
nước thí nghiệm điều kiện nói
ðộng thái nước ñất hút nước từ tầng chứa nước bị giới hạn ranh giới không thấm nước
Khi hút nước từ lỗ khoan nằm gần ranh giới không thấm nước, sau thời gian ñịnh, kể từ
khi bắt ñầu hút nước, ranh giới vỉa bắt ñầu ảnh hưởng ñến quy luật thay đổi mực nước
Khi đó, tuỳ theo số lượng ranh giới tác dụng, vị trí chúng, bố trí lỗ khoan trung tâm lỗ khoan quan sát, ảnh hưởng ranh giới ñược thể ña dạng, tất trường hợp ñều dẫn ñến tăng nhịp ñộ hạ thấp mực nước so với thời kỳ trước
và làm biến dạng ñoạn cuối ñồ thị S = lgt Khoảng thời gian mà ranh giới không thấm
nước (các biên) thực tế chưa thể phụ thuộc vào khoảng cách từ ranh giới đến lỗ khoan hệ số truyền áp (truyền mực nước)
Hình dáng đoạn bị biến dạng đồ thị phụ thuộc vào số lượng ranh giới vị trí
phân bố tương ứng chúng Ví dụ, trường hợp mực nước hạ thấp hình thành ảnh hưởng ranh giới khơng thấm nước ñoạn thẳng cuối ñồ thị S - lgt có góc nghiêng lớn hai lần so với góc nghiêng ñoạn trước Nếu miền ảnh hưởng hút nước có hai ranh giới khơng thấm nước vng góc với (“lớp hình vng”) đoạn cuối ñoạn thẳng nhịp ñộ giảm mực nước bốn lần lớn so với mức ñộ giảm mực nước vỉa chứa nước vô hạn
Trong trường hợp hai ranh giới không thấm nước song song (“lớp dạng dải”) bắt ñầu ảnh
hưởng ñến trị số mực nước hạ thấp, mực nước hạ thấp thời gian có quan hệ luỹ thừa Trong ñiều kiện ñó ñồ thị S - lgt xuất đoạn cong có hướng lồi quay phía trục lgt Khi có ranh giới khơng thấm nước vịng tròn mà quan hệ mực nước hạ thấp thời gian quan hệ đường thẳng đặc tính ñó xuất ñoạn cuối ñồ thị S - lgt
(13)dài để nhận đoạn tiêu biểu đồ thị S - lgt khơng chịu ảnh hưởng ranh giới Nhưng nên nhớ rằng, nhiều trường hợp, thực tế loại trừ ảnh
hưởng ranh giới chỉnh lý số liệu hút nước cần phải sử dụng quan hệ có xét ñến
ảnh hưởng ranh giới
ðồng thời để đánh giá vai trị ranh giới (xác định ranh giới khơng thấm nước thấm nước yếu) thời gian hút nước phải ñủ dài ñể nhận ñược ñoạn ñồ thị biểu diễn ảnh hưởng ranh giới
ðộng thái nước ñất hút nước từ tầng chứa nước gồm ñới với ñộ dẫn nước (hoặc) ñộ nhả nước khác
Trong trường hợp hút nước thí nghiệm từ lỗ khoan bố trí gần ranh giới đới có độ dẫn nước nhả nước khác với tầng thí nghiệm vỉa hữu hạn ñã ñề cập ñến trên, thay đổi nhịp độ hạ thấp mực nước có liên quan đến ảnh hưởng ranh giới Chúng ta xét hai trường hợp thường hay gặp
1) Tầng chứa nước gồm hai ñới khác ñộ dẫn nước, ñộ nhả
nước Các điều kiện đặc trưng cho tầng chứa nước có áp lực
2) Tầng chứa nước gồm hai ñới giống ñộ dẫn nước, khác ñộ nhả
nước Những trường hợp thường gặp hút nước gần miền xuất lộ vỉa chứa nước, tầng chứa nước miền xuất lộ có động thái khơng áp Trong ñiều kiện ñộ nhả nước ñàn hồi phát sinh miền áp lực vỉa miền khơng áp - động thái trọng lực có độ nhả nước khác với ñiều kiện ñàn hồi
Trong trường hợp thứ nhất, quy luật thay ñổi mực nước hút nước từ đới có độ dẫn nước
cao hơn, thực tế tương tự với quy luật hút nước từ vỉa bị giới hạn biên không thấm nước Trong trường hợp này, ñồ thị S - lgt xuất đoạn thẳng cuối có ñộ dốc
lớn ñộ dốc ñoạn trước phụ thuộc vào quan hệ ñộ dẫn nước hai ñới
Khoảng thời gian mà thực tế chưa xảy ảnh hưởng ranh giới, trường
hợp trước, phụ thuộc vào khoảng cách ñến ranh giới hệ số truyền áp ñới thí nghiệm Tuỳ thuộc vào thời gian hút nước khoảng cách từ lỗ khoan quan sát ñến lỗ khoan trung tâm ñến ranh giới lớp mà đồ thị S = lgt phân biệt ñược hai ñoạn thẳng Nếu lỗ khoan quan sát bố trí gần lỗ khoan trung tâm hút nước ngắn có đoạn thẳng tương ứng với thơng số đới thí nghiệm không bị ảnh hưởng ranh
giới Khi thời gian hút nước kéo dài ñối với lỗ khoan quan sát xa hơn, ñồ thị
phân biệt ñược hai ñoạn thẳng Nếu lỗ khoan quan sát nằm gần ranh giới phân chia lỗ khoan trung tâm, đồ thị phân biệt ñược ñoạn thẳng với ñộ dốc phụ thuộc vào thơng số hai đới
Quy luật thay ñổi mực nước theo thời gian có mặt ranh giới phân chia theo độ nhả nước phức tạp nhiều ðồ thị S - lgt ñiển hình hút nước từ lỗ khoan nằm đới có áp lực gần ranh giới với đới khơng có áp biểu thị hình 1.i Trên đồ thị phân chia thành ba ñoạn tương tự với ñoạn tương ứng ñồ thị ñối với hệ tầng chứa nước gồm hai lớp
tầng chứa nước không áp có hiệu ứng Boulton Trong thời kỳ đầu vận ñộng nước
dưới ñất tương tự vỉa vơ hạn có áp lực Thời gian kéo dài thời kỳ phụ thuộc vào khoảng cách từ lỗ khoan ñến ranh giới phụ thuộc vào hệ số truyền áp đới thí nghiệm Khi lỗ khoan nằm cách ranh giới - km thời gian thường khơng vượt q vài ngày Thời kỳ thứ hai ñặc trưng cho ñộng thái giả ổn ñịnh, ñó nhịp ñộ hạ thấp mực nước
(14)thời kỳ thứ ba ñược ñặc trưng tăng nhịp ñộ hạ thấp mực nước Trong khoảng thời gian đó, nhịp độ thay đổi mực nước giống đoạn thứ Khi lỗ khoan thí nghiệm nằm gần ranh giới đới khơng có áp, thời gian kéo dài thời kỳ thứ nhỏ, đồ thị nửa logarit có đoạn thẳng tương ứng với thời kỳ thứ
ðộng thái nước ñất hút nước từ tầng chứa nước với lị cấp nước cục bộ
Khi hút nước từ tầng chứa nước với lị cấp nước cục bộ, quy luật thay ñổi mực nước theo thời gian trở nên phức tạp trình cung cấp bổ sung
Tuỳ thuộc vào quan hệ lượng thoát nước tự nhiên lưu lượng lỗ khoan khoảng cách từ lỗ khoan đến ranh giới nước, sau thời gian hút nước cung cấp bổ sung bù lại hồn tồn lượng nước lấy phần ñịnh
Trong trường hợp thứ xảy phá huỷ quan hệ ñường thẳng ñồ thị S - lgt, ñồ thị thoải dần số trường hợp, nước ñất vận ñộng không ổn ñịnh Trong trường
hợp thứ hai, ñoạn cuối ñồ thị S - lgt có dạng đường thẳng nhịp độ hạ thấp mức
nước giảm so với thời kỳ ñầu thực tế khơng có cung cấp bổ sung
Các quy luật ñặc trưng ñộng thái nước ñất hút nước thí nghiệm điều kiện địa chất thủy văn khác nhau, thiết phải ñược xét ñến thiết kế tiến hành hút nước thí nghiệm phân tích số liệu thí nghiệm Việc phân tích động thái nước
dưới đất hút nước thí nghiệm chứng tỏ rằng, quy luật thay đổi mực nước theo
thời gian, nhiều nguyên nhân khác gây ra, chẳng hạn có mặt thời kỳ động thái giả ổn định hiệu ứng Boulton tầng chứa nước khơng có áp tháo khơ vỉa đới khơng có áp miền vỉa xuất lộ mặt hay chảy xuyên qua hệ tầng chứa nước hai lớp, hiệu ứng “lỗ hổng kép” v.v Sự có mặt đới có độ dẫn nước lớn mặt chảy xuyên qua từ tầng chứa nước lân cận tham gia nước mặt dẫn ñến hậu tương tự
Việc phân tích đồ thị thay đổi mực nước ñất theo thời gian hút nước chứng tỏ ñiều kiện ñịa chất thủy văn khác ảnh hưởng yếu tố tự nhiên riêng biệt tạo nên hạ thấp mực nước lưu lượng khơng đổi đa dạng Một số yếu tố thực tế xuất sau bắt ñầu hút nước, yếu tố khác bắt ñầu ảnh hưởng sau thời gian dài thực tế khơng thể nghiên cứu q trình thí nghiệm Các quy luật thay ñổi mực nước bị biến dạng tuỳ theo vị trí lỗ khoan quan sát so với lỗ khoan thí
nghiệm so với ranh giới tầng chứa nước mặt Tất tình
(15)Chương
CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN ðỊA CHẤT THUỶ VĂN
VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ðỊNH CHÚNG THEO SỐ LIỆU HÚT NƯỚC 1 ðẶC ðIỂM VẮN TẮT CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN ðỊA CHẤT THUỶ VĂN
Một mục đích chủ yếu hút nước thí nghiệm xác định thơng số tính tốn địa chất thủy văn
Trong kỹ thuật ta hiểu thơng số đại lượng đặc trưng cho tính chất tượng kết cấu, thiết bị, v.v ðất ñá chứa nước cấu tạo thành tầng chứa nước môi trường lỗ
hổng ðộ lỗ hổng độ thấm tính chất mơi trường lỗ hổng, định
điều kiện vận động chất lỏng mơi trường Vì vậy, thơng số tính tốn địa chất
thủy văn chủ yếu tầng chứa nước phải phản ánh hai tính chất mơi trường chứa
nước, tức tính chất chứa nước tính chất thấm nước
Mơi trường lỗ hổng mơi trường hạt, mơi trường khe nứt - cactơ, v.v Vì vậy, sách chúng tơi coi độ lỗ hổng độ lỗ hổng chung đất đá, khơng phụ thuộc vào kiểu lỗ hổng
Trong thực tế, tất ñất ñá chứa nước ñều ñược đặc trưng phân bố khơng có quy luật lỗ hổng Vì vậy, cấu trúc đất đá mơ tả cách thống kê Nhưng mơi trường lỗ hổng cấu tạo phức tạp ñiều kiện vận ñộng chất lỏng
trong thường nghiên cứu với quan điểm cấu trúc thơ, cịn đất đá chứa nước thực tế
được thay mơi trường quy ước liên tục với tính chất liên tục
Với quan ñiểm vậy, ñộ lỗ hổng, ñộ thấm ñất đá thơng số tính tốn địa chất
thủy văn chủ yếu có liên quan với chúng tầng chứa nước phải coi thông số thơ, đặc trưng cho thể tích tương đối lớn môi trường nghiên cứu
ðộ lỗ hổng đất đá chứa nước n phần thể tích ñất ñá lấp ñầy nước ñược biểu diễn
bằng tỷ số thể tích lỗ hổng thể tích tồn đất đá
Nhưng đặc trưng cho tính chất chứa nước mơi trường chứa nước khơng phải độ lỗ hổng
tồn phần mà hệ số nhả nước trọng lực ñất ñá µ, tức lượng nước chảy từ thể
tích ngun tố lớp khí tháo khơ
Ta hiểu hệ số nhả nước hiệu số độ lỗ rỗng tồn phần độ ẩm phân tử cực đại Wp, xét đến dung trọng khung ñất nước :
p W n k n
∆ ∆ − =
µ (2.1)
Ở ñây: ∆k ∆n - dung trọng khung ñất nước tương ứng
Thường lấy trị số nhả nước ñộ lỗ hổng hữu hiệu no Khi thấm áp lực không xảy tháo khơ đất đá tính chất chứa nước tầng chứa nước ñược xác ñịnh ñộ ñàn hồi ñá chứa nước chất lỏng ñá
Tương tự với ñộ nhả nước tự tháo khơ đất đá F.M.Bơtsver đưa khái niệm ñộ nhả
(16)Hệ số nhả nước ñàn hồi ñược ñặc trưng lượng nước nhận từ đơn vị diện tích vỉa áp lực áp lực hạ thấp 1m
Trong nhiều tài liệu đề nghị xét đến tính chất đàn hồi vỉa ñất ñá phủ ñánh giá ñộ nhả nước ñàn hồi [131]
Theo ñề nghị V.N.Sencatsev [143], tính chất đàn hồi tầng chứa nước ñược ñặc
trưng hệ số ñàn hồi dung tích (β*) β*
=Nβn + βđ (2.2)
Ở ñây: βn βñ - hệ số co giãn ñàn hồi nước ñá tương ứng
µ = ∆Nβ*m (2.3)
Ở ñây: m - chiều dày tầng chứa nước
Vì dung trọng nước nhạt gần ñơn vị, nên trị số ∆n thường bỏ qua
Tính chất thấm vỉa chứa nước xác ñịnh ñộ thấm qua ñá ðộ thấm qua
tính chất vật liệu hổng chất lỏng chảy qua tác dụng grañien áp lực Theo ñề nghị P.Colin, ñộ thấm qua ñộ dẫn qua chất lỏng [64]
Trị số ñộ thấm qua ñược xác ñịnh kiến trúc vật liệu hổng có thứ nguyên chiều dài Năm 1856, lần ðacxi đưa thơng số đặc trưng cho ñộ thấm qua ñất ñá hệ số tỷ lệ phương trình biểu diễn quan hệ lưu lượng dịng chảy với diện tích tiết diện vỉa độ dốc áp lực Tính chất thấm tầng chứa nước không tính chất đá chứa nước định mà chất lỏng thấm ðộ thấm qua ñối với chất lỏng ñịnh ñược ñặc trưng hệ số thấm Hệ số thấm lưu lượng chất lỏng chảy qua đơn vị diện tích tiết diện vỉa grañien áp lực ñơn vị trị số tốc ñộ thấm grañien đơn vị
Vì giải tốn cung cấp nước thường nghiên cứu dòng thấm phẳng nên hệ số thấm ñược
thay hệ số dẫn nước T = km Hệ số dẫn nước lưu lượng chất lỏng chảy qua ñơn vị
chiều rộng dịng nước đất có chiều dày m grañien áp lực ñơn vị Trong ñịa
chất thủy văn, hệ số thấm ñược ño m/ngày, hệ số dẫn nước m2/ ngày
Như vậy, hệ số nhả nước trọng lực ñàn hồi hệ số thấm (hệ số dẫn nước) ñặc trưng
thô khách quan môi trường chứa nước, kể chất lỏng chứa Chúng hồn tồn có ý nghĩa vật lý
Mơi trường chứa nước thực tế thường khơng đồng tính thấm tính chứa nước
Người ta phân biệt tính khơng đồng bậc khác theo quy mơ khơng
đồng ngẫu nhiên hỗn tạp (xem chương 10)
Vì thơng số mô tả thông số thô chúng lấy trung bình hóa
phạm vi khối lượng định vỉa thí nghiệm Vì vậy, để xác định chúng nên dùng số
liệu thí nghiệm khối đủ lớn mơi trường chứa nước Hiện phương pháp thí
nghiệm đáng tin cậy thoả mãn điều kiện phương pháp hút nước
(17)và ñược gọi hệ số truyền mực nước µ
km
a= nước khơng áp, cịn nước áp lực -
hệ số truyền áp * * *
β µ
k km
a = + Thứ nguyên hệ số truyền áp (truyền mực nước) diện
tích/thời gian Trong tính tốn địa chất thủy văn, thơng số thường đo m2/ngày
Vì phương trình tính tốn ñộ nhả nước thường ñược thay hệ số truyền áp (truyền mực nước) nên thực tế người ta thường xác ñịnh hệ số dẫn nước (hệ số thấm) truyền áp (truyền mực nước) coi thơng số địa chất thủy văn
Khi thơng số đặc trưng cho tính chất vật lý thể tích mơi trường chứa nước
nào gọi chúng thơng số thực [106] thơng số hữu hiệu [143] Ngồi thơng số thực, đơi người ta cịn chia thông số suy rộng
V A Grabovnikov B M Zilberstein [38] đề nghị coi thơng số đặc trưng
khoảnh thí nghiệm bao gồm tính dẫn nước, tính chứa nước ảnh hưởng biên
ngồi vỉa thơng số tổng hợp Nói cách khác, lớp vỉa thực tế ñược thay vỉa ñồng vô hạn ñó mà ñặc ñiểm thay ñổi mực nước tương ñương với ñặc ñiểm thay ñổi mực nước ñạt ñược thí nghiệm ñiều kiện tự nhiên
Dĩ nhiên trị số thông số suy rộng phục thuộc vào thời gian kéo dài thí nghiệm, vị trí lỗ khoan thí nghiệm lỗ khoan quan sát ñối với biên giới, trị số lưu lượng, quan hệ tổng lưu lượng phần lưu lượng ñược ñảm bảo cung cấp bổ sung
Do thơng số tổng hợp khơng phải thơng số vỉa với ý nghĩa khách quan Nên xem chúng tiêu thủy lực đặc trưng cho phản ứng khoảnh thí nghiệm lớp chứa nước hút nước
Ngồi thơng số địa chất thủy văn cịn dùng loạt thơng số ñặc biệt
khác ñịnh mức ñộ ñặc tính liên hệ qua lại tầng chứa nước nghiên cứu môi
trường xung quanh Thuộc vào nhóm trước tiên phải kể đến thơng số thấm xuyên (trong hệ tầng chứa nước phân lớp) thông số ñặc trưng cho sức cản tổng hợp lớp kết dính trầm tích lịng dịng khối nước mặt cắt qua khơng hồn tồn trầm tích lịng Các thơng số nghiên cứu tỉ mỉ ñây chương chuyên môn
2. ðẶC ðIỂM CHUNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ðỊNH THƠNG SỐ TÍNH TOÁN
ðỊA CHẤT THUỶ VĂN
Các phương pháp đại xác định thơng số tính tốn địa chất thủy văn dựa vào phương
trình vận động khơng ổn định nước đất Trong trường hợp cá biệt ñộng
thái thấm ổn ñịnh, gần ổn ñịnh giả ổn ñịnh, thông số hệ số dẫn nước hệ số thấm xác định theo cơng thức Duypuy Tuỳ thuộc vào đặc điểm thơng tin thí nghiệm dùng để chỉnh lý phương pháp đó, tất phương pháp dùng chia thành
hai nhóm Các quy luật động thái nước ñất hút nước ñược dùng
phương pháp thuộc nhóm thứ tính thấm tính chứa nước tầng chứa nước thí nghiệm định Các thơng số tính tốn chủ yếu - hệ số dẫn nước hệ số thấm, ñộ truyền áp truyền mực nước ñộ nhả nước ñược xác ñịnh phương pháp
Các phương pháp nhóm thứ hai dùng quy luật thí nghiệm xác định khơng
bằng tính thấm tính chứa nước tầng chứa nước thí nghiệm mà cịn điều kiện
biên giới chúng biểu ñồ mặt cắt Nhờ phương pháp đó, ngồi thơng số
cơ bản, trường hợp cụ thể người ta xác ñịnh thơng số đặc biệt cần thiết để
(18)Các phương pháp nhóm thứ dựa sở áp dụng phương trình thấm khơng ổn định vỉa vơ hạn (cơng thức 1.1) mô logarit chúng (1.2) quan hệ có xét đến đặc điểm đặc biệt cấu trúc đá chứa nước (ví dụ hiệu ứng
Boulton) Tuỳ theo phương pháp chỉnh lý phương trình chia thành phương
pháp thường gặp sách tham khảo thực tế:
1 Phương pháp thử dần sở phương trình (1.1)
2 Phương pháp đường cong chuẩn (phương pháp Theis - Boulton, v v)
3 Chỉnh lý số liệu hút nước thí nghiệm sở phương trình (1.2) (phương pháp Jacob)
4 Chỉnh lý số liệu hồi phục mực nước, có xét ñến thời gian hút nước (phương pháp
Horner)
Phương pháp thử dần sở phương trình Theis
Phương pháp trình bày đầy đủ tác phẩm [132, 41…] Bản chất
phương pháp chỗ theo quan hệ ñã biết trị số mực nước hạ thấp hai thời ñiểm cách thử dần xác ñịnh hệ số truyền áp Theo giá trị hệ số truyền áp tìm theo cơng thức (1.1) tính hệ số dẫn nước ðể dễ dàng cho việc tính tốn V.M.Sestacov [132] thành lập ñồ thị quan hệ tỷ số trị số mực nước hạ thấp với biến số hàm số luỹ thừa ñối với quan hệ thời gian khác
Phương pháp ñường cong chuẩn Phương pháp Theis
ðây phương pháp ñường cong chuẩn dựa sở phương trình Theis [182] Trong tài liệu tham khảo Liên Xô, phương pháp Theis trình bày cơng trình nghiên cứu [132, 30] ðường cong chuẩn ñồ thị quan hệ hàm số mũ tích phân khơng thứ
ngun thời gian kẻ giấy logarit ðồ thị ñược thành lập theo giá trị cho trước
của đại lượng thời gian khơng thứ ngun ðể xác định thơng số địa chất thủy văn bản, ñường cong chuẩn ñược làm trùng với ñường cong thực nghiệm, dịch chuyển cho hồn tồn trùng với ñiều kiện dịch chuyển trục toạ ñộ song song Sau ñó dựa vào dịch chuyển trục tọa độ xác định thơng số chủ yếu : theo ñoạn dịch
chuyển trục ñứng xác ñịnh hệ số dẫn nước, theo ñoạn dịch chuyển trục ngang xác
ñịnh hệ số truyền áp Phạm vi áp dụng phương pháp Theis ñược giới hạn khoảng thời gian ban ñầu tương ñối nhỏ
a r t
2 100
= Luận chứng giới hạn trình bày tác
phẩm [118] Phương pháp Theis ñược dùng ñể chỉnh lý tài liệu thí nghiệm hút nước với lưu lượng khơng đổi
Phương pháp Boulton
Dùng ñể chỉnh lý kết hút nước từ tầng chứa nước không áp Phương pháp dựa sở phương trình Boulton, có xét đến hiệu ứng thay ñổi từ ñộ nhả nước ñàn hồi ñến ñộ
nhả nước trọng lực [154] ðể chỉnh lý tài liệu thí nghiệm, Boulton tính tốn họ đường cong
chuẩn lấy gần với phương trình đường cong Theis thời ñiểm ban ñầu nhả nước ñàn hồi thời ñiểm cuối nhả nước trọng lực Mỗi ñường cong tương ứng với tỷ số
B r
(19)sao cho hoàn tồn trùng với tồn đường họ đường cong chuẩn đoạn riêng biệt với ñiều kiện trục tọa ñộ song song Hệ số dẫn nước xác ñịnh
theo ñoạn dịch chuyển trục đứng, cịn hệ số truyền mực nước xác ñịnh theo ñoạn dịch
chuyển trục ngang Thơng số B tìm theo tỷ số
B X
ñường cong chuẩn trùng với ñường cong thực nghiệm ðể đơn giản hóa phương pháp Boulton, Beccaloy ñã ñề nghị phương pháp sử dụng ñoạn tiệm cận ñầu cuối [156]
Phương pháp Jacob
Phương pháp dựa sở mô logarit phương trình Theis trình bày rộng rãi tài liệu tham khảo Liên Xô nước khác [158, 183, 10] Theo phương
pháp Jacob, số liệu thí nghiệm biểu diễn dạng ñồ thị quan hệ : trị số hạ thấp
mực nước thời gian, trị số mực nước khoảng cách, trị số mực nước hạ thấp thời gian chia cho bình phương khoảng cách Các đồ thị vẽ giấy nửa logarit Phương pháp ñược áp dụng ñiều kiện ñộng thái gần ổn ñịnh sau thời gian định, kể từ bắt đầu thí nghiệm Trong điều kiện gần ổn định đồ thị nói đường thẳng thơng số tính tốn xác định theo hệ số góc tung ñộ gốc ñường thẳng Thời gian bắt ñầu ñộng thái gần ổn ñịnh, dấu hiệu xuất đoạn thẳng đồ thị nửa logarit cịn xác ñịnh thời gian kiểm tra, kể từ bắt đầu hút nước tính cho lỗ khoan quan sát [143] Bằng cơng trình nghiên cứu gần ñây, phương pháp Jacob ñã ñược ứng dụng ñể chỉnh lý kết thí nghiệm điều kiện hút nước phức tạp (hút nước với lưu lượng thay ñổi, hút nước nhóm v.v [22, 43])
Phương pháp giải tích Duypuy - Thixem
Phương pháp ñược áp dụng ñể xác ñịnh hệ số dẫn nước hệ số thấm theo số liệu hút
nước với ñộng thái ổn ñịnh giả ổn ñịnh trường hợp ñặc biệt phương pháp Jacob, dùng quan hệ mực nước hạ thấp logarit khoảng cách ðể xét đến khơng hồn chỉnh thủy động lực lỗ khoan hút nước lỗ khoan quan sát gần dùng cơng thức Duypuy, nên đưa vào số hiệu chỉnh N N Verigin [32]
Các phương pháp kể ñược áp dụng ñể chỉnh lý kết quan sát mực nước hạ thấp Cũng dùng để xác định thơng số địa chất thủy văn theo số liệu quan sát mực nước
hồi phục sau ngừng hút nước Khả chỉnh lý tài liệu hồi phục mực nước ñã ñược
Theis Venzel [178, 182] nghiên cứu trước tiên Về sau này, Hocner ñã ñưa phương pháp xác ñịnh hệ số dẫn nước theo số liệu theo dõi theo thời gian trị số hạ thấp mực nước hạ thấp tàn dư sau ngừng hút nước sở mơ logarit phương trình Theis
Phương pháp Hocner
Là phương pháp dựa nguyên tắc cộng dịng động thái thấm gần ổn định Hơn nữa,
(20)Các phương pháp nhóm thứ hai lại chia thành hai nhóm phụ Phương pháp thuộc phụ nhóm thứ phương pháp nhóm thứ xác định thơng số ñịa chất thủy văn (hệ số dẫn nước hệ số thấm, hệ số truyền áp truyền mực nước), theo quan hệ có tính ñến ảnh hưởng ranh giới lớp (vỉa) theo mặt mặt cắt Phương pháp thuộc phụ nhóm thứ hai, ngồi thơng số bản, cịn xác định thơng số địa chất thủy văn dựa vào phương pháp Jacob, ñối với vỉa dạng dải - phương trình Botsever, vỉa khép kín - phương trình Macket
Trong vỉa hữu hiệu có chu vi phức tạp, việc xác định thơng số ñược tiến hành theo
phương pháp tương tự phương pháp Jacob, tức theo hệ số góc tung ñộ gốc ñồ thị
nửa logarit ñiều kiện bắt ñầu giai ñoạn gần ổn ñịnh Các hệ số số cơng thức
tính tốn thay đổi tùy theo mức độ phức tạp ranh giới tác dụng [106, 19]
Việc chỉnh lý kết thí nghiệm vỉa dạng dải với ranh giới khơng thấm nước tiến hành sở phương trình Botsever [22] Theo phương pháp này, số liệu thí
nghiệm biểu diễn dạng ñồ thị quan hệ mực nước hạ thấp bậc hai thời
gian tọa ñộ thông thường Các thông số ñược xác ñịnh theo hệ số góc tung ñộ gốc ñồ thị ñường thẳng Phương pháp ñó ñược áp dụng với lỗ khoan quan sát gần [88]
Kết thí nghiệm vỉa khép kín với ranh giới khơng thấm nước chỉnh lý sở
phương trình Macket Các số liệu thí nghiệm biểu thị dạng ñồ thị quan hệ mực
nước hạ thấp thời gian ñồ thị tỷ lệ thơng thường Các thơng số xác định theo tung độ gốc hệ số góc đồ thị ñường thẳng Phương pháp áp dụng thời
gian hút nước dài [29] Trong tài liệu tham khảo nước ngồi để chỉnh lý tài liệu thí
nghiệm vỉa hữu hạn áp dụng phương pháp giải tích Ditxa phương pháp đường cong chuẩn Stolman [166]
Trong số phương pháp phụ nhóm thứ hai phổ biến phương pháp F M Botsever [26, 29], Iu O Zeegôfer V M Sectakov [53], E L Minkin [96] để xác định sức kháng trầm tích lịng sơng, phương pháp M S Hantush ñể xác ñịnh hệ số chảy xuyên, phương pháp V A Mirônhencô L I Xecđiukov để xác định thơng số hệ tầng chứa nước hai lớp
Phương pháp Iu O Zeegôfer - V M Sectakov
Phương pháp dùng ñể xác ñịnh hệ số dẫn nước chiều dài bổ sung dịng, tương
đương với sức kháng thủy lực lịng Phương pháp áp dụng để chỉnh lý kết hút nước thí nghiệm từ lỗ khoan cạnh sơng động thái ổn ñịnh ñiều kiện ñường mực
nước mặt ñường thẳng [53] Trị số chiều dài tương đương dịng ∆L
xác ñịnh cách thử dần theo quan hệ mực nước hạ thấp hai lỗ khoan quan sát bố trí tuyến ðể đơn giản việc tính tốn, người ta lập ñồ thị bảng ñối với sơ đồ chiều rộng hữu hạn vơ hạn sơng Sau hệ số dẫn nước tính theo mức nước hạ
thấp lỗ khoan quan sát có tính đến ∆L Giới hạn áp dụng phương pháp
ñược nghiên cứu tác phẩm [47] Trong có nói rõ =0,1
∆L L
sai số việc xác ñịnh mực nước hạ thấp ñến 20 - 30%
Phương pháp F M Botsever