III.1.4. L−ới thuỷ văn đẩm lầy.
Ng−ời ta gọi l−ới thuỷ văn đầm lầy là một tập hợp các ngòi, lạch, lạch hồ có kích th−ớc khác nhau và đất bùn phân bố trên l*nh thổ các b*i lầy. Tất cả sự đa dạng của các thành phần l−ới thuỷ văn có thể chia thành ba nhóm cơ bản; các bể n−ớc, các dòng n−ớc và đám đất bùn.
Những bể n−ớc đọng là những hồ lầy kích th−ớc khác nhau và độ l−u thông n−ớc khác nhau.
Các hồ lầy.Về diện tích đôi khi phân bố tới vài kilômét vuông, còn độ sâu trong hồ đạt tới 10m và hơn nữa. Bờ th−ờng đ−ợc hình thành ở độ sâu vài mét từ tầng bùn, còn đáy hoặc cấu tạo bằng đất khoáng trải d−ới lớp than bùn hoặc cấu tạo bởi bùn và trầm tích than bùn.
Phần lớn các hồ lớn là tàn tích của bồn n−ớc cũ tồn tại tr−ớc khi hình thành các b*i lầy. Đôi khi những hồ này bố trí ở tâm chỗ nối của các b*i lầy hiện đại. N−ớc chảy ra chậm chỉ đi qua lớp than bùn bằng cách thấm. Điều đó dẫn tới chỗ, mực n−ớc trong các hồ này là do nuôi d−ỡng khí quyển từ n−ớc m−a rơi trên diện tích hồ, đ−ợc giữ ở độ cao 5 – 8m so với ria của các b*i lầy.
Trong nhiều tr−ờng hợp trên các b*i lầy th−ờng thấy những hồ nhỏ, nguồn gốc của nó có liên quan với địa hình b*i lầy hiện đại và chuyển động thấm của n−ớc ở lớp trên của đầm lầy. Những hồ nhỏ này th−ờng phân bố ở những chỗ mà ở đó dòng n−ớc tới từ s−ờn các khu vực nằm trên b*i lầy không đ−ợc trung hoà bởi dòng n−ớc chảy ra mạnh mẽ.
Những dòng n−ớc bên trong đầm lầy. Cũng nh− các bồn đọng là các lạch và ngòi hoặc bị than bùn lấp và dần dần mọc rậm, tồn tại tr−ớc khi thành tạo các b*i lầy hiện đại và đ−ợc gọi là nguyên sinh, hoặc những ngòi lạch xuất hiện trên b*i lầy đ* hình thành, đ−ợc gọi là thứ sinh.
Ng−ời ta gọi đám đất bùn là những khu vực b*i lầy quá ẩm, đặc tr−ng bởi lớp than bùn nhuyễn, bởi mực n−ớc ngầm th−ờng xuyên hoặc định kỳ năm cao và nệm cỏ của lớp thực vật vụn hở không chắc chắn. Tuỳ theo c−ờng độ trao đổi n−ớc trong đám đất bùn, chúng có thể đ−ợc chia thành từ đọng đặc tr−ng bởi chuyển động thấm n−ớc ở lớp trên của đầm lầy và l−u thông đặc tr−ng bởi chuyển động của n−ớc bên trên lớp phủ thực vật trong thời kỳ ẩm −ớt cực đại của b*i lầy.
www.vncold.vn
Tính chất thuỷ văn của đầm lầy rất độc đáo. Tính độc đáo này là do trong các đầm lầy bùn chứa từ 89 đến 94% n−ớc tính theo trọng l−ợng và do đó từ 11 – 6% là vật chất khô. Nh− vậy các đầm lầy than bùn là những nơi tích ẩm đáng kể. Song do n−ớc trong đầm lầy đ−ợc gắn lại bởi vật chất khô của than bùn, những trữ l−ợng n−ớc tích trong đầm lầy không thể sử dụng nh− nguồn n−ớc hỗ trợ cho sông đáng kể. Bằng những m−ơng rút n−ớc và m−ơng tiêu không thể giảm hàm l−ợng n−ớc trong đầm lầy than bùn d−ới 85% và chỉ có bốc hơi mới có thể giảm hàm l−ợng ẩm trong đất than bùn.
Khi phân tích chế độ thuỷ văn đầm lầy cần nghiên cứu các vấn đề nuôi d−ỡng n−ớc, bốc hơi chuyển động của n−ớc trong đất đá than bùn, dao động mực n−ớc ngầm, dòng chảy từ đầm lầy và quá trình liên quan với sự băng giá và tan băng của các đầm lầy.
Chúng ta h*y làm quen với tính chất cơ bản đối với n−ớc của lớp than bùn.
III.2.1 N−ớc chứa trong than bùn.
N−ớc chứa trong than bùn có thể chia thành hai nhóm khác biệt bởi đặc điểm liên hệ của chúng với lớp than bùn.
1) N−ớc tự do tách ra khỏi than bùn d−ới tác động trọng lực và do đó chảy theo độ dốc xuống r*nh và sông.
2) N−ớc liên kết với khối than bùn không tách ra d−ới tác động trọng lực N−ớc tự do trên đầm lầy có thể d−ới dạng hồ và suối tồn tại th−ờng xuyên hoặc d−ới dạng tích luỹ tạm thời trên mặt hồ sau khi m−a lớn, tuyết tan hoặc sông tràn. N−ớc tự do có thể nằm ở lớp thực vật bên trên của đầm lầy và d−ới lớp than bùn hoặc d−ới dạng ngầm bên trong tầng than bùn. N−ớc chứa trong các kẽ giữa các hạt than bùn tạo thành dạng chuyển tiếp giữa n−ớc tự do và n−ớc liên kết. N−ớc này chảy chậm từ tầng than bùn d−ới tác động trọng lực theo h−ớng độ dốc cục bộ. Lớp n−ớc trên chứa trong những kẻ nhỏ tạo thành bề mặt mực n−ớc ngầm trong đầm lầy.
N−ớc liên kết không thể tách ra khỏi bùn bằng kênh tiêu n−ớc. Nó đ−ợc chia thành những dạng sau:
a) N−ớc mao quản ở trong các kẽ hở mao quản giữa kẽ tơ và hạt than bùn và chuyển dịch d−ới ảnh h−ởng lực mao quản. Nó có thể tách ra khỏi tầng than bùn bằng bốc hơi của thực vật và bốc hơi từ mặt than bùn.
www.vncold.vn
b)N−ớc thẩm thấu nằm bên trong các tế bào thực vật không bị phá huỷ, có thể tách nó chỉ sau khi phá huỷ hoá học lớp vỏ tế bào thực vật.
c) N−ớc hidrat đi vào vật chất của than bùn với t− cách là thành phần cấu tạo hoá học.
III.2.2 Câú t−ợng của than bùn và tính chất của nó đối với n−ớc.
Phần hữu cơ của khối than bùn cấu tạo nên tầng b*i lầy là sự hỗn hợp của các hạt có kích th−ớc rất khác nhau: Từ các hạt đễ trồng thấy tới các loại hạt keo rất nhỏ. Than bùn có mức độ phân huỷ càng cao nếu pha rắn của khối than bùn càng mịn nhỏ với sự tăng mức độ phân huỷ tăng l−ợng cấp hạt nhỏ và do đó tăng tỷ bề mặt các hạt. Do đó mức độ gắn kết của n−ớc với thể rắn tăng khi mức độ phân huỷ của than bùn càng cao.
Đặc tr−ng định l−ợng của mức độ phân huỷ của than bùn là tỷ lệ phần trăm của các hạt không có cấu t−ợng đối với tổng số hạt trong mẫu lấy d−ới kính hiển vi. L−ợng n−ớc lớn nhất, mà đất và nói riêng, than bùn có thể giữ trong các lỗ hổng khi có dòng chảy tự do, gọi là dung l−ợng ẩm đầy đủ. Đại l−ợng này th−ờng biểu thị theo phần trăm của trọng l−ợng vật chất khô. Trọng l−ợng n−ớc xác định dung l−ợng ẩm đầy đủ bao gồm tất cả n−ớc liên kết và với mức độ nào đó, cả n−ớc tự do chứa trong các kẽ nhỏ đ−ờng kính d−ới 1mm. Khi lấy mẫu than bùn từ tầng, một phần n−ớc này xảy ra, một phần còn lại trong mẫu.
Nếu dung l−ợng ẩm đầy đủ của than bùn là 800%, thì điều đó có nghĩa là trọng l−ợng của l−ợng n−ớc lớn nhất mà than bùn có thể chứa khi có dòng chảy tự do, gấp tám lần trọng l−ợng vật chất khô trong mẫu than bùn này; trong trọng l−ợng chung của n−ớc và than bùn, n−ớc gồm 8 phần hoặc 88,9%, còn than bùn một phần hoặc 11,1%.
Khái niệm về l−ợng n−ớc có thể chứa trong các đất đá khác nhau khi dung l−ợng ẩm cực đại thể hiện ở những con số sau đây:
Đất đá L−ợng n−ớc (kg/m3) - Cát 250
- Cát pha 300
- Cát pha sét 620
- Than bùn cỏ 750 – 875
www.vncold.vn
http://www.ebook.edu.vn 59
Dung l−ợng ẩm đầy đủ của than bùn là một giới hạn độc đáo, toàn bộ l−ợng ẩm v−ợt quá dung l−ợng ẩm đầy đủ có thể tách ra t−ơng đối dễ dàng từ đầm lầy theo các máng và lòng tự nhiên; ẩm với trạng théi ẩm −ớt d−ới dung l−ợng ẩm đầy đủ khó tiêu đi và chỉ có thể tiêu hao một phần vào bốc hơi. Dung l−ợng ẩm đầy đủ của các than bùn sphácnum cao tới 92 – 94%, than bùn thấp có cỏ tới 89 – 91%. Trị số độ ẩm cực tiểu, có thể đạt đ−ợc bằng cách xấy khô (không tính ảnh h−ởng bốc hơi) gồm 87 – 89% đối với than bùn sphácnum và 85 – 87% đối với than bùn cỏ. Độ ẩm thực tế của các mẫu than bùn lấy ra từ tầng lầy, th−ờng bằng dung l−ợng ẩm đầy đủ của than bùn cu7ngf với n−ớc tự do có trong tầng lầy, thì hàm l−ợng n−ớc trong mẫu th−ờng lớn hơn dung l−ợng ẩm đầy đủ của than bùn. Nh− vậy các lớp than bùn nằm d−ới mực n−ớc ngầm, bị ẩm −ớt tới dung l−ợng ẩm đầy đủ, nếu cao hơn độ ẩm đầy đủ vẫn còn n−ớc tự do. Các lớp than bùn nằm cao hơn mực n−ớc ngầm, bị ẩm −ớt tới dung l−ợng ẩm đầy đủ trừ đi tiêu hao vào bốc hơi. L−ợng bốc hơi này tăng lên khi gần tới mặt.
L−ợng n−ớc thực tế ở trong than bùn khi có dòng chảy tự do từ mẫu, quyết định độ ẩm của than bùn.
Ng−ời ta phân biệt độ ẩm trọng l−ợng và độ ẩm thể tích của than bùn.
Độ ẩm trọng l−ợng của than bùn δ là tỷ số trọng l−ợng n−ớc P trên trọng l−ợng toàn bộ khối than bùn Po (vật chất rắn cộng với n−ớc).
P
δ = --- (3-1). Po
Đại l−ợng δ biểu thị bằng phần trăm hoặc phần m−ời của đơn vị.
Độ ẩm thể tích của than bùn η là tỷ số thẻ tích n−ớc Vn chứa trong thể tích than bùn (vật chất khô cộng với n−ớc và không khí) trên thể tích này V0
(3-2). Đại l−ợng η th−ờng biểu thị bằng phần trăm.
Có thể tính chuyền độ ẩm thể tích sang độ ẩm trọng l−ợng và ng−ợc lại với các khe hở đầy n−ớc theo công thức:
(3-3). o n V V = η n n n δγ γ δ ηγ ηγ δ ) 1 ( − =
www.vncold.vn
Trong đó : γn là tỷ trọng của n−ớc (γn=1 ở nhiệt độ 4oC)
γd là tỷ trọng vật chất hữu cơ của bùn bằng 1,5-1,6.
Độ ẩm giới hạn của than bùn đầm lầy cao và đầm lầy thấp tuỳ theo mức độ phân huỷ của chúng đ−ợc đặc tr−ng bởi những số liệu ở bảng 3.1.
Bảng 3-1: Độ ẩm trọng l−ợng của than bùn tuỳ theo sự phân giải
Mức độ phân giải của Độ ẩm trọng l−ợng của than bùn (%) than bùn % Đầm lầy cao Đầm lầy thấp
10 20 30 40 50 60 96,7 94,4 92,7 91,3 90,1 89,0 94,6 92,6 90,3 88,9 88,0 87,0
Nh− vậy, trong những lớp trên của tầng than bùn có mức độ phân huỷ yếu, độ ẩm giới hạn lớn hơn so với tầng đất cơ bản tới 6 – 7%. Phù hợp với những giao động mực n−ớc ngầm, hàm l−ợng ẩm của các lớp đất bùn chịu những sự thay đổi quan trọng. Những sự thay đổi này, xảy ra theo mùa cũng nh− từ năm này tới năm khác với những tầng trên, hàm l−ợng ẩm trong tầng than bùn nằm d−ới đới dao động hằng nămcủa mực n−ớc ngầm. Rất ít thay đổi theo thời gian. Điều nêu trên đ−ợc t−ợng trung bởi tính toán sau đây (theo K. E Ivânốv).
Độ dốc mặt n−ớc ngầm trong phạm vi b*i lầy gồm 0,01 – 0,0001. Tốc độ thấm với độ dốc nh− vậy và với trị số hệ số thấm nhỏ của khối than bùn (10-2 đến 10-7cm/s) khoảng từ 1,7 tới 1,7.10-4cm/ngày đêm hoặc nh− cực đại 6m/năm.
Nh− vậy nếu giải thích rằng, dòng n−ớc m−a khí quyển hoàn toàn ngừng đi tới mực n−ớc ngầm trong đầm lầy, thì với đ−ờng kính của b*i lầy thí dụ là 3km với chiều dầy tầng than bùn theo khoanh vi bề ngoài 1m, độ cấp n−ớc do thấm ngang có thể là một khối n−ớc không quá 57.000 m3/năm. Điều đó t−ơng ứng với lớp n−ớc 8mm/năm nghĩa là t−ơng ứng đại l−ợng rất nhỏ so với cân bằng ẩm hàng năm của đầm lây.
www.vncold.vn
III.3. Các nguồn cung cấp n−ớc cho đầm lầy:
Nh− đ* nêu trong phần đặc tr−ng quá trình hình thành đầm lầy, các điều kiện nuôi d−ỡng các kiểu đầm lầy không giống nhau.
Trong cân bằng n−ớc của đầm lầy thấp và chuyển tiếp, nguồn thu nhập n−ớc ngầm và cả n−ớc mặt trong thời kỳ n−ớc đầy có ý nghĩa lớn. Nuôi d−ỡng đầm lầy bằng n−ớc m−a khí quyển chiếm tỷ trọng nhỏ hơn. Trái lại đầm lầy cao nhận nguồn cung cấp cơ bản do m−a khí quyển.
Dòng ngầm đến trong tr−ờng hợp này quyết định ranh giới vị trí bên d−ới của cao độ thế nằm n−ớc ngầm ổn định. T−ơng quan của các nguồn cung cấp khác nhau phụ thuộc độ cao của đầm lầy so với địa hình địa ph−ơng và phụ thuộc vào các điều kiện thuỷ địa chất của địa ph−ơng hoá lầy.
III.3.1 Chuyển động của n−ớc trong đất đá than bùn và trong bãi lầy.
Sự chuyển động của n−ớc trong tầng than bùn tiến hành bằng con đ−ờng thấm thẳng đứng và theo độ dốc trên các lớp than bùn xen kẽ khó thấm n−ớc hơn và cả d−ới dạng các lực giữ n−ớc và thậm chí cửa cả các dòng bên trong tầng than bùn. Ngoài ra, n−ớc đầm lầy than bùn có thể đi tới theo h−ớng thẳng đứng ngắn nhất vào tầng cát trải d−ới và chuyển động trong nó tới sông và sông đào với sức cản nhỏ hơn trong tầng than bùn. Tầng than bùn của các b*i lầy rất không đồng nhất về mặt thấm. Đặc biệt có sự khác nhau giữa thấm trong các lớp ít nén chặt ở trên và trong từng than bùn còn lại.
Những lớp trên nhất của b*i lầy đ−ợc gọi là lớp thực vật mục nát, có những khe kẽ lớn nhất. Trong những tầng này căn bản tiến hành sự chuyển dịch n−ớc trong b*i lầy.
Trong các b*i lầy rêu có vũng đọng xen kẽ gờ cao lồi, lớp trên có độ dầy từ 8cm tới 20 cm và cấu tạo chủ yếu bởi các thân rêu, thân cây bụi nhỏ và cỏ tóc dê (Eriôphrum). Lớp thứ hai chặt hơn có độ dầy 5 – 25 cm. từ lớp này chuyển từ từ tới khối than bùn cơ bản không có cấu t−ợng.
Toàn bộ tầng từ mặt đầm lầy tới vị trí trung bình của mực n−ớc ngầm thấp nhất trong đầm lầy gọi là lớp hoạt động của đầm lầy, những tầng nằm d−ới tạo thành lớp trơ.
Lớp hoạt động của đầm lầy đ−ợc đặc tr−ng bởi sự dao động mực n−ớc ngầm trong phạm vi của lớp, bởi độ dẫn n−ớc cao và hàm l−ợng ẩm biến đổi.
www.vncold.vn
Lớp trơ đặc biệt có l−ợng hàm l−ợng n−ớc cố định theo thời gian và độ dẫn n−ớc cực nhỏ trong phần than bùn.
Độ dẫn n−ớc của than bùn cũng nh− các đất khoáng đ−ợc đặc tr−ng bởi hệ số thấm.
Hệ số thấm phụ thuộc vào kiểu vi cảnh quan đầm lầy, mức độ phân huỷ của than bùn và thành phần thực vật của nó. Đối với các b*i lầy ở thấp trong than bùn phân huỷ yếu (tới 10-15%), hệ số thấp dao động trong phạm vi từ 0,002 tới 0.01 cm/s với trị số trung bình khoảng 0.005cm/s. Than bùn đầm lầy thấp phân huỷ trung bình (35-45%), có hệ số thấm trung bình khoảng 0,0008cm/s với giới hạn dao động từ 0,0002 tới 0,003cm/s.
Đối với tầng than bùn cao không đ−ợc tháo khô đặc tr−ng bởi những đại l−ợng hệ số thấm nh− sau:
a) Than bùn đầm lầy cao phân huỷ rất yếu (tới 10-15%) Ktb= 0,015cm/s, các giới hạn thay đổi K từ 0,01 tới 0,025cm/s.
b) Than bùn đầm lầy cao phân huỷ trung bình (35-45%) Ktb = 0,0005cm/s, phạm vi thay đổi K từ 0,00025 tới 0,001cm/s.
Hệ số thấm qua các lớp than bùn bên d−ới nén chặt và bị phân huỷ mạnh bằng không.
Sự chuyển động của n−ớc trên b*i lầy tiến hành theo những hình thức sau đây:
a) Thấm trong chiều dầy lớp phủ rêu, trong đó chủ yếu ở những lớp trên. b) Bằng dòng kín trên toàn diện tích vi cảnh quan nếu bề mặt đầm lầy bằng phẳng.
c) Bằng dòng có phân chia không kín với vi địa hình phân bố theo đám lớn, khi có đám không nối liền với nhau mà đ−ợc tách ra bởi những chỗ thấp trũng sâu, trong đó dòng trên mặt chảy quanh các đám đó.
d) D−ới dạng các ngòi và suối đầm lầy.
Đặc điểm quan trọng của chuyển động n−ớc trên b*i lầy là sự bảo toàn chế độ chảy tầng khi thấm cũng nh− khi n−ớc chuyển dịch trên bề mặt, tất nhiên là không kể chuyển động trong các ngòi và suối đầm lầy.