VẬN ĐỘNG ổn ĐỊNH của NDĐ TRONG các lớp KHÔNG ĐỒNG NHẤT (cơ sở THỦY địa cơ học SLIDE SONG NGỮ)

BASIC ON GEOHYDRO-MECHANIC CHƯƠNG IV VẬN ĐỘNG ỔN ĐỊNH CỦA NDĐ TRONG CÁC LỚP KHÔNG ĐỒNG NHẤT CHAPTER IV STEADY MOVERMENT OF GROUNWATER IN HETEROGENEOUSE AQUIFER     Nếu tầng chứa nước có thành phần thạch học hệ số thấm gọi tầng chứa nước đồng Tầng chứa nước đồng đẳng hướng dị hướng If the aquifer has the same lithological composition and permeability coefficient is called heterogeneous aquifers Aquifer homogeneous isotropic or anisotropic Không nên nhầm khái niệm dị hướng với khái niệm khơng đồng Tính dị hướng đặc điểm kiến trúc cấu tạo đất đá gây ra, cịn tính khơng đồng khác thành phần thạch học đất đá gây Trong tự nhiên thường gặp tầng chứa nước không đồng Not to be confused with the anisotropic concept with a heterogeneouse concept Anisotropy due to the texture and structure of the rock caused, and heterogeneous due to differences in lithological composition of rocks caused In nature often have heterogeneouse aquifers   Các tầng chứa nước khơng đồng mặt cắt bình diện Kamenxki G.N Guxeinzade M.A… có nhiều đóng góp vào việc nghiên cứu lý thuyết vận động nước đất tầng chứa nước không đồng Guxeinzade dùng lý thuyết hàm số biến số phức để nghiên cứu vận động chất lỏng tầng chứa nước có hệ số thấm thay đổi mặt The aquifer maybe can not homogeneous in cross section and on the plane Kamenxki G.N and Guxeinzade M.A have much to contribute to the theoretical about movement of groundwater in the heterogeneouse aquifer Guxeinzade used theory of a complex function to study the movement of fluid in the aquifer, its permeability coefficient changes on the plane Nghiên cứu vận động nước tầng chứa nước không đồng mặt cắt, Kamenxki G.N chia thành ba dạng chủ yếu sau  The study of water movement in the heterogeneous aquifers in sections, divided into three types by Kamenxki G.N: Tầng chứa nước gồm nhiều lớp, lớp có hệ số thấm khác xếp theo thứ tự định; Aquifer consists of multiple layers, the layers with different permeability coefficients arranged in a certain order; Tầng chứa nước gồm hai lớp, thường gặp lớp có hệ số thấm nhỏ so với lớp dưới; Aquifer consists of two layers, the most common upper layer with permeability coefficient smaller than the lower layer;  Tầng chứa nước có hệ số thấm thay đổi từ từ thay đổi đột ngột theo hướng vận động A permeability coefficient of aquifer changes slowly or suddenly changes following the direction of motion  Sau nghiên cứu số trường hợp thường gặp  Here we will study some common cases Xác định hệ số thấm trung bình tầng chứa nước không đồng - Determine the average permeability coefficient of heterogeneous aquifers Khi nước thấm song song với mặt lớp: When infiltration parallel to the layers:  Ví dụ vận động nước song song với mặt lớp tầng chứa nước có cấu tạo nhiều lớp (hình IV.1a)  Examples of water movement parallel to the surface of multi-layer structure (Figure IV.1a)  Trong trường hợp này, trị số gradien áp lực tiết diện không đổi lưu lượng đơn vị dịng chảy lớp biểu diễn theo định luật Đacxi sau  In this case, values of hydrolic gradient in any section is constant and unit volume of flow in each layer can be expressed as follows according to law Dacxi 1) Hình IV.1 Vận động nước tầng chứa nước không đồng a- vận động song song với mặt lớp; Figure IV.1 Water movement in heterogeneous aquifers a- motion parallel to the bottom of the aquifer; Xác định hệ số thấm trung bình tầng chứa nước khơng đồng - Determine the average permeability coefficient of heterogeneous aquifers Khi nước thấm song song với mặt lớp: When infiltration parallel to the layers:  Lớp thứ q1 = k1h1I  lớp thứ q2 = k2h2I  lớp thứ n qn = knhnI  đây, k1, k2…; h1, h2…, hệ số thấm chiều dày lớp 1,2…  1st layer q1 = k1h1I  2nd layer q2 = k2h2I  nth layer qn = knhnI  Here, k1, k2 ; h1, h2, , is the coefficient of permeability and thickness of the layers 1,2 1) Hình IV.1 Vận động nước tầng chứa nước không đồng a- vận động song song với mặt lớp; Figure IV.1 Water movement in heterogeneous aquifers a- motion parallel to the bottom of the aquifer; Xác định hệ số thấm trung bình tầng chứa nước không đồng - Determine the average permeability coefficient of heterogeneous aquifers 1)    Khi nước thấm song song với mặt lớp When infiltration parallel to the layers: Cộng vế với vế biểu thức nhận lưu lượng đơn vị dòng nước ngầm tầng chứa nước To add side to side of the above expression we get unit volume of groundwater flow in the aquifer n q  qi  k1h1  k h2   I (IV-1) i 1 Hình IV.1 Vận động nước tầng chứa nước không đồng a- vận động song song với mặt lớp; Figure IV.1 Water movement in heterogeneous aquifers a- motion parallel to the bottom of the aquifer; Xác định hệ số thấm trung bình tầng chứa nước không đồng - Determine the average permeability coefficient of heterogeneous aquifers 1)   Khi nước thấm song song với mặt lớp When infiltration parallel to the layers: Cách khác, thay tầng chứa nước không đồng tầng chứa nước tương đương đồng có hệ số thấm ktb, lưu Hình IV.1 Vận động lượng đơn vị tầng chứa nước tương nước tầng chứa đương là: nước không đồng động song song Alternatively, rather heterogeneous aquifer a- vậnvới mặt lớp; by aquifer equivalent uniform permeability Figure IV.1 Water coefficient KTB, flow of aquifer unit movement in heterogeneous aquifers equivalent is: q ktb hI (IV-2) a- motion parallel to the bottom of the aquifer; Xác định hệ số thấm trung bình tầng chứa nước không đồng - Determine the average permeability coefficient of heterogeneous aquifers 1) When infiltration parallel to the layers:  đây, h - chiều dày tầng chứa nước tương đương, tổng chiều dày lớp riêng tầng chứa nước không đồng  Here, h - the thickness of the aquifer equivalent, equal to the total thickness of each layer separately heterogeneous aquifers Hình IV.1 Vận động nước tầng chứa nước không đồng a- vận động song song với mặt lớp; Figure IV.1 Water movement in heterogeneous aquifers a- motion parallel to the bottom of the aquifer; Các phương trình vận động NDĐ lớp không đồng - The motion equations of ground water in heterogeneous layers 2) Tầng chứa nước có hệ số thấm thay đổi đột ngột theo phương vận động : Aquifer with permeability coefficient sudden change according to the motional direction  Còn lưu lượng đơn vị dòng ngầm mặt cắt x mặt cắt xác định sau  And the unit volume of underground flow unit between cross sections x and are defined as follows h2  h2  q k2 x 2L2 (IV-14) Hình IV.3 Tầng chứa nước có hệ số thấm thay đổi đột ngột theo phương vận động Từ hai phương trình Figure IV.3 Aquifer with lưu nhận công thức permeability coefficient đơn vị change dòng nướctong sudden according tầng nước có hệ số thechứa motional direction thay đổi đột ngột theo ph động: Các phương trình vận động NDĐ lớp không đồng - The motion equations of ground water in heterogeneous layers 2) Aquifer with permeability coefficient sudden change according to the motional direction   Từ hai phương trình nhận cơng thức lưu lượng đơn vị dịng nước ngầm tầng chứa nước có hệ số thấm thay đổi đột ngột theo phương vận động: Hình IV.3 Tầng chứa nước có hệ số thấm thay đổi đột ngột theo phương vận động Figure IV.3 Aquifer with permeability coefficient sudden change according to the motional direction From the above two equations we get formula unit volume of groundwater flow in the aquifer permeability h12  h22 coefficient sudden change according q   L1 L2  to the motion: 2   k  k  (IV-15) Dòng chảy qua lớp thấm nước yếu - Flows through weak infiltrated layer Chúng ta nghiên cứu vận động nước đất tầng chứa nước gồm nhiều lớp, có lớp thấm nước tốt ngăn cách lớp thấm nước yếu (xem hình IV.4)  We will study the movement of groundwater in the aquifer is composed of many layers, with good infiltrated layers separated by impermeable layers (see Fig IV.4)  Theo Girinxki – Miatiev tầng chứa nước tồn hai dạng vận động: 1) nước vận Hình IV.4 Sơ đồ vận động động lớp theo hướng từ miền cung nước hai lớp cấp đến miền 2) nước chảy xuyên theo Girinxki – Miatiev qua lớp thấm nước yếu Figure IV.4 Diagram of  According Girinski - Maiev in aquifers exist water movement in two two types of movement: 1) water moving in layers according Girinxki the layer with direction from the rechage Miatiev area to the drainage area and 2) water flows through weak infiltrated layer  Dòng chảy qua lớp thấm nước yếu - Flows through weak infiltrated layer Tổng hợp hai dạng vận động tạo thành dòng phức tạp Để làm sáng tỏ đặc diểm vận động dòng tổng hợp lấy nguyên tố dòng thấm dx (hình IV.4) Dùng ký hiệu sau: k1, m1 - hệ số thấm chiều dày lớp thấm nước yếu; k2, m2 - hệ số thấm chiều dày lớp chứa nước với bề mặt áp lực; H – áp lực lớp trên; Hx – áp lực lớp chứa nước nghiên cứu  Synthesis of two types of movement and Hình IV.4 Sơ đồ vận động forming a complex flow To obvious the characteristic of general movement flow we nước hai lớp theo Girinxki – Miatiev took out a lflow element dx (Fig IV.4) Use the following symbols: k1, m1 - coefficient of Figure IV.4 Diagram of permeability and thickness of the layer of water movement in two weak infiltrated layer; k2, m2 - coefficient of layers according Girinxki permeability and thickness of the confined Miatiev aquifer; H - the pressure of the upper layer; Hx - pressure of studies layer  Dòng chảy qua lớp thấm nước yếu - Flows through weak infiltrated layer Chúng ta nghiên cứu vận động nước đất tầng chứa nước gồm nhiều lớp, có lớp thấm nước tốt ngăn cách lớp thấm nước yếu (xem hình IV.4)  We will study the movement of groundwater in the aquifer is composed of many layers, with good waterproof layers separated by impermeable layers of weak (see Figure IV.4)  Theo Girinxki – Miatiev tầng chứa Hình IV.4 Sơ đồ vận động nước hai lớp nước tồn hai dạng vận động: 1) nước theo Girinxki – Miatiev vận động lớp theo hướng từ miền cung cấp đến miền 2) nước chảy Figure IV.4 Diagram of xuyên qua lớp thấm nước yếu water movement in two  According Girinski - Maiev in aquifers exist layers according Girinxki two types of movement: 1) water moving in Miatiev the direction from the domain layer provided to the domain at first and 2) water flows through weak infiltrated layer  Dòng chảy qua lớp thấm nước yếu - Flows through weak infiltrated layer   Tham gia vào cân nước ngun tố dịng thấm có đại lượng sau: 1) dòng nước chảy đến nguyên tố q; 2) dòng xuyên tầng q* chảy qua lớp thấm nước yếu; 3) dòng nước chảy từ nguyên tố q + dq Join the balance of water in the seepage flow element with the following quantities: 1) the flow to a flow element q; 2) cross-layer flow q * through weak infiltrated layer; 3) effluent from the flow element q + dq Hình IV.4 Sơ đồ vận động nước hai lớp theo Girinxki – Miatiev Figure IV.4 Diagram of water movement in two layers according Girinxki Miatiev (IV-18) Dòng chảy qua lớp thấm nước yếu - Flows through weak infiltrated layer     Khi vận động ổn định phương trình cân nước ngun tố dịng thấm có dạng sau When motion is steady equation of water balance in the flow element will have a following form: q + q* = q + dq (IV-16) (and) q* = dq (IV-17) Hình IV.4 Sơ đồ vận động nước hai lớp theo Girinxki – Miatiev Figure IV.4 Diagram of water movement in two layers according Girinxki Miatiev Dòng chảy qua lớp thấm nước yếu - Flows through weak infiltrated layer   Theo định luật Đacxi lưu lượng đơn vị dòng nước đất tầng chứa nước biểu diễn công thức According to the Dacxi’ law unit volume of groundwater flow in the aquifer is represented by the formula dH x (IV-18) q  k m2 dx Hình IV.4 Sơ đồ vận động nước hai lớp theo Girinxki – Miatiev Figure IV.4 Diagram of water movement in two layers according Girinxki Miatiev Dòng chảy qua lớp thấm nước yếu - Flows through weak infiltrated layer     Vi phân phương trình (IV-18) theo biến số x nhận d 2H x (IV-19) dq  k m2 dx cách khác, xác định dq theo cơng thức lựu lượng dịng chảy xuyên qua lớp thấm nước yếu (IV-20) H  Hx dq q k1 dx Từ hai phương trình m (IV-19) (IV-20) *  tìm phương trình cân ngun tố dịng thấm: Hình IV.4 Sơ đồ vận động nước hai lớp theo Girinxki – Miatiev Figure IV.4 Diagram of water movement in two Girinxki dlayers H x according (IV-21) Miatiev H  Hx k1 dx  k m2 m1 dx Dòng chảy qua lớp thấm nước yếu - Flows through weak infiltrated layer  Vi phân phương trình (IV-18) theo biến số x nhận  Differential equations (VI-18) under the variable x we get  d 2H x dq  k m2 dx (IV-19)  cách khác, xác định dq theo cơng thức lựu lượng dịng chảy xuyên qua lớp thấm nước yếu  By other way, we define dq by the formula of volume flow through the qeak infiltrated layers H  Hx * dq q k1 dx  (IV-20) m1 Hình IV.4 Sơ đồ vận động nước hai lớp theo Girinxki – Miatiev Figure IV.4 Diagram of water movement in two layers according Girinxki Miatiev Dòng chảy qua lớp thấm nước yếu - Flows through weak infiltrated layer   Từ hai phương trình (IV-19) (IV20) tìm phương trình cân ngun tố dịng thấm: From the two equations (VI-19) and (IV-20) we find the balance equation of seepage flow elements: H  Hx d 2H x k1 dx  k m2 m1 dx (IV-21) Hình IV.4 Sơ đồ vận động nước hai lớp theo Girinxki – Miatiev Figure IV.4 Diagram of water movement in two layers according Girinxki Miatiev Dòng chảy qua lớp thấm nước yếu - Flows through weak infiltrated layer  Đặt H – Hx = H, phương trình viết lại dạng đơn giản  Set H – Hx =  H, the above equation is rewritten in a simpler form d H  b H 0 dx (IV-22) k  b   đây, (Here) m1m2 k  Hệ số b gọi hệ số chảy xuyên tầng  Coefficients b called coefficient flowing   Hình IV.4 Sơ đồ vận động nước hai lớp theo Girinxki – Miatiev Figure IV.4 Diagram of through stratum water movement in two Phương trình (IV-22) phương trình vi phân layers according Girinxki tuyến tinh đồng Miatiev Equation (VI-22) is a linear differential homogeneous equation Dòng chảy qua lớp thấm nước yếu - Flows through weak infiltrated layer      Từ lý thuyết phương trình vi phân, biết lời giải phương trình (IV-22) có dạng From the theory of differential equations, we know the solution of equation (IV-22) has the form H = C1exp(bx) + C2 exp (-bx) (IV-23) C1 C2 bảng số xác định theo điều kiện biên giới Here C1 and C2 are determined according to border conditions Hình IV.4 Sơ đồ vận động nước hai lớp theo Girinxki – Miatiev Figure IV.4 Diagram of water movement in two layers according Girinxki Miatiev Dòng chảy qua lớp thấm nước yếu - Flows through weak infiltrated layer     Từ lý thuyết phương trình vi phân, biết lời giải phương trình (IV-22) có dạng H = C1exp(bx) + C2 exp (-bx) (IV-23) C1 C2 bảng số xác định theo điều kiện biên giới Tùy trường hợp cụ thể có lời giải khác Dựa vào lời giải tìm nghiên cứu đặc điểm vận động trước đất có dòng xuyên qua lớp thấm nước yếu cung cấp cho tầng chứa nước Hình IV.4 Sơ đồ vận động nước hai lớp theo Girinxki – Miatiev Figure IV.4 Diagram of water movement in two layers according Girinxki Miatiev HẾT CHƯƠNG V END OF CHAPTER V ... thấm trung bình nước vận động song song với mặt lớp cực đại, cịn hệ số thấm trung bình nước vận động vng góc với mặt lớp cực tiểu Trong trường hợp nước vận động nghiêng với mặt lớp hệ số thấm trung... không đồng - Determine the average permeability coefficient of heterogeneous aquifers 2) Khi nước vận động vng góc với mặt lớp:  Tổng tổn thất áp lực nước, vận động vng góc với mặt lớp xác định. .. IV.1 Vận động nước tầng chứa nước không đồng a- vận động song song với mặt lớp; Figure IV.1 Water movement in heterogeneous aquifers a- motion parallel to the bottom of the aquifer; Xác định