Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN ĐỂ THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH PHỤC HỒI ĐỘ NHẢ NƯỚC
3.2 Thiết kế giếng khai thác nước ngầm
3.2.2 Thiết kế giếng hở
Hầu hết các giếng hở được thiết kế để khai thác nước ngầm tầng nông và tầng chứa nước là vô hạn. Hai loại giếng hở thường gặp là giếng hở đặt ở tầng địa chất rắn chắc, tương đối đồng nhất và giếng đặt ở vùng có địa chất mềm yếu không đồng nhất.
3.2.2.1 Giếng hở vùng địa chất rắn chắc
Đây là vùng nước ngầm tầng nông được chứa trong các khe nứt, lỗ hổng hoặc những tầng đất đá bị phong hóa. Cũng có những trường hợp nước được chứa trong những hang động mang tính chất như hồ chứa nước ngầm. Nói chung, trữ lượng rất hạn chế và khả năng cấp nước cho giếng từ tầng chứa nước cũng hạn chế. Lượng nước này phụ thuộc rất nhiều vào lượng nước mặt và lượng nước mưa trên mặt đất, vì vậy lượng nước ngầm dao động đáng kể theo thời gian. Những bể nước chứa trong đất được hình thành do nước mưa và nước mặt
đi vào các tầng địa chất bị đứt gãy, bị phong hóa và được giữ lại bằng nền đá gốc rắn chắc nằm ở phía dưới, hệ số thấm nhỏ nên giếng khoan sâu thường không thích hợp.
Vì vậy, giếng hở được xử dụng nhằm tập trung và chứa vào giếng lượng nước chứa trong tầng địa chất này.
Nguyên tắc chung để thiết kế loại giếng này là:
- Đường kính lớn và chiều sâu hạn chế.
- Tầng lọc nước cũng như bộ phận lọc nước của giếng có thể lợi dụng điều kiện tự nhiên, trừ những trường hợp đặc biệt.
- Chiều sâu của giếng nên tận dụng hết các tầng chứa nước.
Ở thực tế việc thiết kế giếng hở nên thường theo các gợi ý kinh nghiệm sau:
1. Trong trường hợp địa chất cứng, chỉ có nước ngầm tầng trên thì giếng hở nên đào sẽ thích hợp hơn là giếng khoan. Kinh phí đầu tư ít mà hiệu quả lớn hơn.
2. Mặt cắt giếng hở nên là hình chữ nhật hoặc hình vuông sẽ tốt hơn nhiều so với giếng tròn truyền thống vì diện tích tập trung nước sẽ lớn hơn nhiều so với giếng tròn.
3. Tùy vào thế nằm và các vết đứt gãy địa chất của khu vực đặt giếng, nếu xử dụng mặt cắt chữ nhật nên hướng mặt bên của chữ nhật hướng về phía khe nứt và cắt ngang khe nứt để tập trung nhiều và nhanh lượng nước ngầm.
4. Giếng đào ở vùng đá phong hóa có đá gốc là đá granit thì lượng nước ngầm sẽ phong phú hơn các loại đá khác như Trapdecan nếu như các loại đá cùng xuất hiện trong vùng. Trong trường hợp vùng có cấu tạo địa chất đá gốc là đá granit thì loại đá granit màu tím chứa lượng nước sẽ lớn hơn đá granit màu xám.
5. Trong trường hợp ở vùng trầm tích giếng hở nên đào hết tầng chứa nước.
6. Trong một số trường hợp do cấu tạo địa chất tạo thành những đê ngầm tự nhiên ngăn nước, giếng nên đặt ở phía thượng lưu, trừ khi đê bị đứt gãy hoặc bị phong hóa. Không nên đặt giếng ở hạ lưu hoặc ngay trên vị trí đê.
7. Trong trường hợp áp lực nước ngầm quá nhỏ, hệ số thấm quá nhỏ có thể xử dụng thêm một số giếng khoan ở những vùng lân cận để bơm nước vào giếng hở.
Hình 3.10 Đường quan hệ giữa chiều sâu giếng, đường kính giếng và chiều dày thành giếng bằng khối xây
3.2.2.2 Giếng hở ở vùng địa chất không rắn chắc – tầng chứa nước dày vô hạn
Giếng hở ở vùng này được đào sâu tùy thuộc vào sự dao động của nước ngầm, nói chung phải đào sâu hơn mực nước ngầm về mùa khô.Chiều sâu thường từ 7÷10 m.
Những giếng hở ở vùng này nên có mặt cắt hình tròn có đường kính từ 1,5 ÷ 4,5m. Tuy nhiên, đường kính càng lớn thì khả năng tập trung và chứa nước ngầm trong giếng càng lớn.
Do địa chất mềm yếu nên phải chống ống để chống đất đá trên thành giếng bị sạt lở. Thân giếng có thể làm bằng gỗ, gạch xây, đá xây, ống bê tông hoặc bê tông cốt thép. Chiều dày của thân giếng được tính toán thiết kế để chịu
được áp lực của đất đá phía bên ngoài. Trường hợp giếng cạn nước, có nghĩa là áp lực bên trong bằng “0”.
Tuy nhiên, cũng có thể tham khảo biểu đồ quan hệ giũa chiều dày thân giếng và độ sâu của giếng đào với các đường kính khác nhau ở hình 3.10.
Hình 3.11 Giếng hở
Đường quan hệ trên hình 3.10 chỉ áp dụng cho giếng xây. Đối với giếng xây bằng gạch, chiều dày nhỏ nhất của thành giếng ở đoạn đầu tiên là 23 cm.
Với khoảng cách chiều sâu thân ống từ 2 ÷ 3 m có thể thay đổi chiều dày thân ống một lần.
Phần ống lọc nước của thân giếng và đáy giếng phải làm thiết bị lọc:
- Đáy giếng dưới cùng có thể đổ một lớp cát rồi đến lớp sỏi nhỏ và trên cùng là lớp đá dăm cấp hạt lớn dần từ dưới lên trên, mỗi lớp có thể dày từ 15 ÷ 20 cm.
- Bộ phận nước vào là những ống bê tông hoặc gạch, đá xây cuộn được bố trí lỗ hoặc khe hở đều khắp sung quanh thành để nước có thể chảy vào trong giếng (hình 3.11). Bên ngoại bộ phận lọc nước bố trí tầng đệm lọc nước: sát thành giếng bố trí cấp hạt lớn hoặc đá dăm, sau đến lớp sỏi nhỏ và cuối cùng là
Thành giếng
Phần thu nhận nước
lớp cát, mỗi lớp từ 10 ÷ 15 cm. Trong nhiều trường hợp người ta dùng lưới thép với đường kính mắt lưới khác nhau để làm lớp đệm lọc nước.
Hình 3.12 Dòng chảy nước ngầm vào giếng
Nói tóm lại, thiết kế giếng hở tương đối đơn giản. Tuy nhiên cần chú ý một số điểm sau đây:
- Cần nghiên cứu kỹ điều kiện địa chất của khu vực xây dựng công trình như tầng đá gốc, nguồn gốc của tầng phong hóa, nguyên nhân và quá trình hình thành tầng phong hóa, cấu tạo địa chất như thế nằm, nếp gấp, sự đứt gãy…
- Phân tích mối quan hệ giữa nước ngầm với nước mặt, các điều kiện về khí tượng thủy văn trên mặt đất của vùng xây dựng công trình. Mặt khác, thu thập những tài liệu tham khảo, những tài liệu của các công trình đã xây dựng ở những vùng lân cận, từ đó quyết định vị trí, kích thước, chiều sâu, bán kính giếng và kích thước, cấu tạo các bộ phận khác cho thích hợp.