3.1.1. Nước thổ nhưỡng:
Là nƣớc nằm trong lớp thổ nhƣỡng (là lớp trên cùng của vỏ phong hoá, trong đó thƣờng chứa ít nhiều mùn do cây cỏ bị phân giải thành). Loại nƣớc này tồn tại dƣới các dạng: nƣớc liên kết, nƣớc mao dẫn, hơi nƣớc. Tất cả chúng đều tạo nên độ ẩm của lớp thổ nhƣỡng, song chỉ có nƣớc mao dẫn là giúp cho cây phát triển.
Khi có những cơn mƣa rào thì trong lớp thổ nhƣỡng còn có nƣớc thấm lọc và nƣớc chảy rò. Chính những loại nƣớc này gây ra hiện tƣợng rửa lủa lớp thổ nhƣỡng. Kết quả của quá trình rửa lủa là một số cation nhƣ K+
, Na+, Ca2+, Mg2+, Fe2+,…bị mang xuống sâu khỏi lớp thổ nhƣỡng.
3.1.2. Nước lầy:
Lầy là một vùng mặt đất có phần đất đá trên cùng thừa ẩm với sự tạo thành một lớp than bùn dầy (>30cm) và hệ thống rễ cây phát triển chỉ trong lớp than bùn ấy không đạt đến nền đá gốc phía dƣới
Cần phân biệt lầy và vùng đất bị lầy hoá. Vùng đất bị lầy hoá là vùng có lớp than bùn mỏng (<30cm) và hệ thống rễ cây đạt đến tầng đá gốc bên dƣới. Tuy nhiên cách chia nhƣ vậy chỉ mang tính ƣớc lệ vì thực chất của lầy hoá là giai đoạn đầu của lầy.
* Nguồn gốc của lầy:
Ngƣời ta có thể phân biệt hai loại nguồn gốc chính của lầy nhƣ sau: - Lầy đƣợc xem nhƣ giai đoạn kết thúc trong sự phát triển của hồ.
- Lầy xuất hiện do sự lầy hoá mặt đất.
Khi gặp một điều kiện nào đó, hồ sẽ bị cạn nƣớc đến mức nào đó thì các loại cây ƣu nƣớc phát sinh và phát triển. Các tàn tích của chúng sẽ tạo nên lớp than bùn và biến hồ thành lầy.
Hiện tƣợng lầy hoá có thể xuất hiện trong những vùng sau đây:
- Trong những vùng có lớp cách thuỷ nằm gần mặt đất. Lớp cách thuỷ này ngăn không cho nƣớc trên mặt thấm xuống sâu, do vậy làm cho phần đất trên lớp cách thuỷ này luôn luôn thừa ẩm, gây ra lầy hoá mặt đất ở đấy.
- Tại những chỗ lộ nƣớc (nguồn nƣớc) có điều kiện phát triển lầy hoá phần bề mặt quanh nguồn nƣớc.
- Tài phần cuối của nón phóng vật: Phần cuối của nón phóng vật là nơi các hạt trầm tích proluvi có kích thƣớc nhỏ hơn so với phần trên. Vì vậy phần này trở thành nơi tích nƣớc của trầm tích proluvi. Nƣớc này sẽ xuất lộ ra một cách từ từ gây ra thừa ẩm phía dƣới nó.
- Tại nhiều cửa sông, vùng đất bị lầy hoá dƣờng nhƣ là phần không thể tách rời với vùng ấy. Các điều kiện gây ra do sự lầy hoá có nhiều, chúng phụ thuộc vào địa hình,
3.1.3. Nước thượng tầng nằm trên thấu kính không thấm nước:
Nƣớc thƣợng tầng là nƣớc dƣới đất nằm gần mặt đất nhất và phân bố trong đới thông khí (đới không bảo hoà nƣớc). Do vậy, động thái của chúng dao động rất mãnh liệt theo điều kiện khí hậu. Mùa khô chúng có thể hoàn toàn bị cạn khô.
Nƣớc thƣợng tầng thƣờng nằm trên các lớp thấm nƣớc yếu hoặc không thấm nƣớc nhƣ á sét, sét. Các lớp không thấm nƣớc này nằm giữa lớp thấm nƣớc.
Hình 1: Nước thượng tầng (phần ghi chú)
Nguồn cung cấp cho nƣớc thƣợng tầng là nƣớc khí quyển. Địa hình có ảnh hƣởng rất lớn đến sự hình thành nƣớc thƣợng tầng. Trên các sƣờn dốc, nƣớc mƣa chủ yếu tạo thành các dòng chảy trên mặt, chỉ có một phần rất ít thấm xuống đất. Do vậy, tại những nơi đó nƣớc thƣợng tầng không có hoặc chúng tồn tại trong một thời gian ngắn.
Ở các miền đồng cỏ hay trên các vùng phân thuỷ bằng phẳng hay trên các bậc thềm sông thì có những điều kiện thuận lợi để tạo nên nƣớc thƣợng tầng.
Nƣớc thƣợng tầng thƣờng có những đặc điểm sau:
Nƣớc thƣợng tầng
Lớp không thấm nƣớc
- Diện phân bố bị hạn chế bởi kích thƣớc của các thấu kính không thấm nƣớc.
- Sự dao động mảnh liệt của mặt nƣớc, thành phần, trữ lƣợng của chúng thay đổi tuỳ thuộc vào khí hậu.
- Rất dễ bị nhiềm bẩn bởi các loại nƣớc khác nhƣ nƣớc thổ nhƣỡng, nƣớc lầy,…
- Trong đa số trƣờng hợp, nƣớc thuộc loại này không thể làm nguồn cung cấp nƣớc thƣờng xuyên đƣợc.
3.1.4. Nước trong các dải cát, đụn cát ở bờ biển.
Trong các dải cát, đụn cát ven biển thƣờng có những tầng nƣớc ngọt. Bề mặt thoáng của tầng nƣớc lƣợn theo bề mặt của đụn cát. Hình 2:
Hình 2: Sự phân bố của nước trong đụn cát
Nguồn cung cấp cho tầng chứa nƣớc này là nƣớc khí quyển, một phần ít hơn là thấm từ những vùng cao lân cận.
Các nguyên cứu đã xác định rằng trong những đụn cát và đảo cát nhƣ vậy, nƣớc ngọt sẽ đƣợc thay thế dần bởi nƣớc mặn ở độ sâu nào đấy. Ta có thể xác định đƣợc độ dày của lớp nƣớc ngọt này, hình 3:
Giả sử nƣớc ngọt phân bố đến độ sâu H so với mặt nƣớc biển và phần dâng lên của nƣớc ngọt là h. Do tỷ trọng của nƣớc biển trung bình bằng 1,024, còn nƣớc ngọt bằng 1, nên có thể viết chƣơng trình nhƣ sau:
1(H+h) = 1,024 H
Từ đó rút ra: h = 0,024 H
24 1 H
Nƣớc này có độ khoáng hoá tăng theo chiều sâu. Khi khai thác nƣớc ngọt không nên lấy với lƣu lƣợng lớn, nếu không độ khoáng hoá sẽ tăng lên (thành phần giống nƣớc biển).
3.2. Nƣớc ngầm
3.2.1. Khái niệm nước ngầm:
Nƣớc ngầm là lớp nƣớc đầu tiên kể từ mặt đất xuống. Nó đƣợc tàng trữ trong lớp chứa nƣớc mà phía dƣới nó là lớp không chứa nƣớc (sét, phiến sét,…). Phía trên của lớp nƣớc ngầm không bị phủ bởi lớp cách thuỷ, do đó bề mặt của nƣớc ngầm thì thoáng, không có áp lực. Nƣớc ngầm thƣờng không phân bố trong toàn bộ lớp chứa nƣớc.
Bề mặt của nƣớc ngầm đƣợc gọi là gƣơng hay mặt thoáng của nƣớc ngầm. Lớp đất chứa nƣớc gọi là lớp chứa nƣớc hay tầng chứa nƣớc. Lớp không thấm nƣớc phía dƣới tầng chứa nƣớc là lớp cách thuỷ (sét, đá nguyên khối). Động thái của nƣớc ngầm thay đổi theo điều kiện khí tƣợng thuỷ văn. Tiếp liền với gƣơng nƣớc ngầm là lớp nƣớc mao dẫn, trên lớp mao dẫn là đới thông khí.
Gƣơng nƣớc ngầm thƣờng nghiêng về phía địa hình thấp gần nhất (mƣơng xói, khe nứt, thung lũng sông,…). Chỉ ở đồng bằng thì gƣơng nƣớc ngầm gần nhƣ là mặt phẳng nằm ngang. Những nơi có gƣơng nƣớc ngầm là mặt phẳng gọi là bồn nƣớc ngầm. Tuỳ thuộc vào đặc điểm cấu trúc địa chất mà nƣớc ngầm có những dạng tàng trữ khác nhau.Ngƣời ta chia ra 3 dạng tàng trữ:
- Dòng nƣớc ngầm
- Bồn nƣớc ngầm
- Hỗn hợp dòng nƣớc ngầm với bồn nƣớc ngầm
Dòng nƣớc ngầm là lớp nƣớc không áp lực và nƣớc chuyển động theo hƣớng độ nghiêng của mặt thoáng (hình 4).
Bồn nƣớc ngầm nằm ở các lòng chảo đƣợc lấp đầy đất đá ngấm nƣớc và bảo hoà nƣớc. Nƣớc ở bồn nƣớc ngầm có mặt thoáng nằm ngang. Hình 5:
Những dòng nƣớc ngầm có lớp cách thuỷ phía dƣới không bằng phẳng hoặc không nghiêng về một phía thì sẽ tạo nên hỗn hợp giữa dòng nƣớc ngầm và bồn nƣớc ngầm. Hình 6:
Hình 6 Hỗn hợp dòng nước ngầm và bồn nước ngầm
Trên bản đồ địa chất thuỷ văn ngƣời ta biểu diễn mặt thoáng của nƣớc ngầm bằng đƣờng thuỷ đẳng cao. Cách biểu diễn tƣơng tự nhƣ đƣờng đồng mức.
3.2.2. Các loại nước ngầm chủ yếu:
- Nƣớc ngầm trầm tích băng hà,
- Nƣớc ngầm ở vùng đồng cỏ, bán sa mạc, sa mạc.
- Nƣớc ngầm ở miền núi.
ở đây chúng ta cần chú ý loại đầu tiên và cuối cùng.
Nước ngầm bồi tích: nằm trong các lớp bồi tích, cát, cuội, Loại nƣớc này quan sát thấy ở đồng bằng hay ở các bậc thềm sông.
Đặc điểm của nó là tốc độ chảy không lớn, độ dốc của mặt thoáng bé, và phân bố ở độ sâu từ 0 m đến 10 -12m. Phần lớn nƣớc ngầm bồi tích thuộc về nƣớc ngọt và có thành phần là bicacbonat canxi. Nguồn cung cấp của nƣớc ngầm là nƣớc khí quyển. Đối với các bậc thềm sông miền núi thì ngoài nƣớc khí quyển, nƣớc ngầm còn nhận đƣợc lƣợng nƣớc bề mặt chảy từ sƣờn thung lũng. Loại nƣớc ngầm này đƣợc sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt.
Nước ngầm ở miền núi: chủ yếu là nƣớc sƣờn tích, lũ tích, nƣớc khe nứt.
Nƣớc di chuyển mạnh. Do bị chia cắt xâm thực sâu vào vỏ phong hoá và vào khe nứt chứa nhiều nƣớc ngầm, nƣớc ngầm lộ ra mặt đất khắp nơi dƣới dạng nguồn nƣớc xuống.
3.2.3. Quan hệ giữa nước ngầm và nước bề mặt:
Nƣớc ngầm thƣờng có quan hệ thuỷ lực với nƣớc bề mặt (sông, hồ, ao,…). Các thung lũng sông có thể đƣợc cấu tạo bởi bồi tích mà thành phần là cát, sỏi, cuội. Quan hệ giữa nƣớc ngầm và nƣớc bề mặt có thể khác nhau tuỳ thuộc vào đặc tính của các đƣờng đẳng áp cao.
Hình 7: Ba dạng quan hệ thuỷ lực giữa nƣớc ngầm và nƣớc sông (theo P.P. Cli-men- tôp)
A –Nƣớc ngầm thoát ra sông; B –Sông cung cấp cho nƣớc ngầm; C –Trên bờ trái sông cung cấp cho nƣớc ngầm và trên bờ phải nƣớc ngầm cung cấp cho sông.
Ở khí hậu khô ráo thƣờng sông cung cấp cho nƣớc ngầm (hình 7B). Còn trong trƣờng hợp thứ 7C thì tuỳ thuộc vào lớp cách thuỷ phía dƣới của nƣớc ngầm mà một phần sông do nƣớc ngầm cung cấp, phần còn lại nƣớc sông cung cấp cho nƣớc ngầm, trong hình 7C lớp cách thuỷ bên dƣới nằm nghiêng từ trái sang phải.
Do có quan hệ thuỷ lực với nƣớc sông nên gƣơng nƣớc ngầm ở đới quen bờ luôn thay đổi độ sâu tuỷ thuộc vào mực nƣớc sông, hình 8.
Hình 8: vị trí của gương nước ngầm ở đới quen bờ phụ thuộc vào mực nước sông.
3.3. Nƣớc tự lƣu. 3.3.1. Định nghĩa
Nƣớc tự lƣu là nƣớc dƣới đất có áp lực và tàng trữ trong lớp chứa nƣớc nằm giữa hai lớp vật liệu không thấm nƣớc (hình 9). Khí có lỗ khoan đƣợc đặt vào tầng chứa nƣớc tự lƣu thì nƣớc này dƣới áp lực của mình sẽ dâng lên cao khỏi mái tầng
Hình 9: lát cắt bể nước tự lưu (theo A.M. Ôpsinicôp)
A –Phạm vi phân bố nƣớc tự lƣu: a –vùng cung cấp; b –vùng áp lực; c –vùng thoát nƣớc
B –Phạm vi phân bố nƣớc ngầm: H1 –Áp lực dƣơng; H2 –Áp lực âm
M –Bề dày vỉa áp lực
Phần lớn nƣớc tự lƣu tàng trữ trong phạm vi các cấu trúc địa chất tƣơng đối lớn, cấu tạo bởi các loại đá có tuổi trƣớc Đệ tứ. Tuy nhiên có một vài nơi, chúng nằm trong trầm tích Đệ tứ. Cũng thƣờng thấy nƣớc tự lƣu phân bố tại các đới phá huỷ kiến tạo.
3.3.2. Các dạng nƣớc tự lƣu 3.3.2.1. Bồn tự lƣu
Trong mỗi bồn tự lƣu gốm các yếu tố sau: 1 –miền bổ sung; 2 –miền áp lực; 3 –miền thoát nƣớc.
Trong miền bổ sung (miền cấp), tầng chứa nƣớc nằm trồi lên trên mặt đất. Ở đây nƣớc có mặt thoáng và trên cơ bản không có gì khác so với nƣớc ngầm.
Trong miền áp lực (miền chứa) độ cao mà nƣớc có thể dâng lên nằm cao hơn nóc tầng chứa nƣớc.Khoảng cách từ nóc tầng chứa nƣớc tới độ cao ấy gọi là cột nƣớc
Đƣờng nối các điểm cùng một độ cao tuyệt đối của mực áp lực, đƣợc gọi là đƣờng thuỷ đẳng áp.
Trong miền áp lực (miền chứa) chiều dày của tầng tự lƣu (M) không thay đổi theo thời gian).
Ở miền thoát nƣớc, nƣớc tự lƣu chảy ra mặt đất dƣới dạng nguồn nƣớc lên.
3.3.2.2. Dốc tự lƣu
Ngoài các bồn tự lƣu, nƣớc ngầm có áp còn thấy dƣới dạng các dốc tự lƣu. Chúng phân bố ở các vùng núi và vùng trƣớc núi. Dốc tự lƣu là bồn tự lƣu đặc biệt không đối xứng, hình 10.
Hình 10: sơ đồ dốc tự lưu.
Miền bổ sung (a) và miền thoát (c) trong dốc tự lƣu nằm gần nhau. Trong ranh giới giữa hai miền ấy có thể lộ ra đồng thời nguồn nƣớc lên và nguồn nƣớc xuống.
Trƣờng hợp trong bồn tự lƣu không thấy miền thoát rõ rệt (bồn tự lƣu đối xứng) thì ta có bồntự lƣu với sự trao đổi nƣớc chậm chạp, hình 11.
Sở dĩ có trƣờng hợp này vì tầng chứa nƣớc lộ ra mặt đất với cùng một độ cao tạo nên hai miền cung cấp cho cùng một bồn tự lƣu.
Hình 11: Bồn nước tự lưu với sự trao đổi nước chậm chạp.
a –vùng cấp; b –vùng áp lực
Có những trƣờng hợp một số bồn tự lƣu nằm xen kẻ nhau, mỗi bồn đều có thể có mặt áp lực của mình.
Trong trƣờng hợp địa hình thuận: thế nằm hƣớng tà của lớp phù hợp với sự hạ thấp của địa hình, ta sẽ thấy áp lực của bồn dƣới cao hơn bồn trên, hình 12.
Hình 12: sơ đồ phân bố xen kẽ các bồn tự lưu –trường hợp địa hình thuận
Trƣờng hợp ngƣợc lại (địa hình nghịch - thế nằm hƣớng tà của tầng chứa nƣớc không phù hợp với sự nâng lên của địa hình): mực áp lực của bồn dƣới sẽ nằm thấp hơn so với bồn trên, hình 13.
Ranh giới giữa nƣớc gọt và nƣớc khoáng
Hình 13: trường hợp địa hình nghịch
Nếu lỗ khoan hoặc giếng khoan thông qua hai bồn tự lƣu để chúng thông với nhau thì nƣớc bồn trên sẽ chảy xuống bồn dƣới (trong trƣờng hợp địa hình nghịch). Các lỗ khoan hay giếng khoan nhƣ thế này gọi là lỗ khoan hấp thu.
Đối với nƣớc tự lƣu, ngƣời ta ít chú ý nghiên cứu động thái của chúng vì động thái của nƣớc tự lƣu tƣơng đối cố định, không biến đổi theo thời gian. Máy nét đặc biệt của nƣớc tự lƣu liên quan đến điều kiện tàng trữ của nó:
- Lƣu lƣợng tƣơng đối ổn định không biến đổi theo mùa.
- Nhiệt độ thƣờng cao (t0
>370C) do nƣớc tự lƣu nằm ở những độ sâu lớn.
- Độ khoáng hoá lớn do nhiệt độ cao đồng thời động thái ít thay đổi theo mùa nên làm tăng khả năng hoà tan của chúng.
- Chất lƣợng nƣớc tốt vì phía trên của tầng chứa nƣớc có lớp cách thuỷ, ngăn không cho nƣớc nhiễm bẩn trên mặt ngấm xuống.
Ở nƣớc ta, một số nơi đã tổ chức khai thác nƣớc tự lƣu từ thập niên 30 của thế kỷ 20, nhằm đáp ứng nhƣ cầu nƣớc cho sinh hoạt và công nghiệp. Hiện nay, một số khu vực tổng lƣợng nƣớc khai thác đã vƣợt qua lƣợng nƣớc bồi hoàn dẫn đến hiện tƣợng hạ thấp mực áp lực. Trong tƣơng lai khi công nghiệp của nƣớc ta phát triển cao, những nhu cầu về nƣớc ngày càng tăng, nhất thiết phải điều tra, tính toán lại khả năng cung cấp nƣớc của tầng chứa nƣớc, đồng thời phải có biện pháp quản lý hiệu quả kỹ thuật và tổng lƣợng khai thác nhằm hạn chế ở mức tối thiểu những tác động tiêu cực đối với
môi trƣờng tự nhiên,…đồng thời, ngay từ bây giờ phải nghỉ đến những biện pháp bổ cập nƣớc nhân tạo cho những vùng có tổng lƣợng nƣớc khai thác lớn.
3.4. Nƣớc khe nứt
Nƣớc khe nứt là nƣớc tàng trữ trong các khe nứt của đá magma, biến chất, trầm tích. Căn cứ vào nguồn gốc phát sinh, ngƣời ta chia ra 3 loại khe nứt chính:
- Khe nứt kiến tạo
- Khe nứt nguyên sinh liên quan đến sự thành tạo đá.
- Khe nứt phong hoá đƣợc tạo nên liên quan đến các quá trình ngoại sinh
Thƣờng chúng ta gặp tổng hợp ba loại khe nứt trên. Mức độ chứa nƣớc của đá nứt nẻ phụ thuộc rất lớn vào loại khe nứt và sự liên hệ giữa chúng với nhau.
Trong các vùng phát triển khe nứt kiến tạo, phần lớn nƣớc đƣợc quan sát thấy trong các đứt gẫy, trong các đới phá huỷ kiến tạo (phay thuận, phay nghịch, địa hoà,…). Nƣớc ở vùng này thƣờng là nƣớc áp lực, các nƣớc khoáng và nƣớc nóng có liên quan tới các khe nứt, đứt gẫy sâu.