BÁO cáo THỦY văn nước NGẦM

Chu trình hình thành nước dưới đất : • Mối quan hệ của nước mặt nước mưa và nước dưới đất: − Nước mưa bổ sung cho các con sông , một con song có thể thu được lượn nước mưa đáng kể, số lư

BÁO CÁO CUỐI KỲ

THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG

Sinh viên thực hiện :

MSSV :

Giảng viên :

Topic : Thủy văn nước dưới đất

Mục lục

I Sự hình thành nước dưới đất

1 Chu trình nước dưới đất

2 Các loại nước trong đất đá

3 Các loại hệ tầng chứa nước

4 Tính chất vật lý của nước dưới đất

II Các phương trình cơ bản của nước dưới đất

1 Phương trình truyền ẩm trong nước

III Các yếu tố ảnh hưởng đến mực nước ngầm

1 Các yếu tố khí tượng

2 Ảnh hưởng từ thủy triều

3 Ảnh hưởng theo tốc độ đô thị hóa

IV Chất lượng nước dưới đất và quản lý các lưu vực

1 Nhiễm bẩn khi sử dụng nguồn nước

2 Chât lượng nước dưới đất

I Sự hình thành nước dưới đất

1 Chu trình hình thành nước dưới đất :

• Mối quan hệ của nước mặt nước mưa và nước dưới đất:

− Nước mưa bổ sung cho các con sông , một con song có thể thu được

lượn nước mưa đáng kể, số lượng mưa rơi chảy vào các con sông

hoặc chảy xuống đất thấm sâu vào các lòng đất

− Mưa khi chảy xuống đất và tùy thuộc vào lượng mưa tùy loại loại đất

mà nó thấm xuống đất Nước chảy xuống đất tiếp tục di chuyển

xuống lớp đá bên dưới cho đến khi mà nơi các lỗ rỗng đều đầy nước

gọi là mực nước ngầm Vận tốc chảy của mạch nước ngầm thấm đất

nhỏ nên khả năng mang nước ít , nước dễ bị đục

− Mùa mưa nguồn nước ngầm sẽ được nước mưa bổ sung,còn mùa khô

ngược lại nước ngầm sẽ bổ sung cho nước mặt

− Các khoáng chất hòa tan trong nước như Canxi , Magie , trong nước

ngầm ít thay đổi và chứa nhiều khoáng chất hơn nước mặt Hàm

lượng Fe2+ , Mn2+ thường xuyên có trong mạch nước ngầm

− Mực nước thủy triều thay đổi dẫn đến thay đổi mực nước ngầm

4

• Chu trình hình thành nước dưới đất

5

• Nước xâm nhập vào hệ thống đất đá từ bề mặt đất hoặc ao hồ sông suối trên mặt đất Nước ngầm vận động chậm chạp trong lòng đất cho đến khi trở lại bề mặt do trọng lực của dòng chảy tự nhiên, do thực vật và hoạt động của con người

Với khả năng trữ nước trong kho chưa ngầm và kết hợp với lưu lượng chảy ra khá nhỏ duy trì sự cung cấp nước cho nguồn nước mặt suốt một thời gian dài

• Các nguồn cung cấp nước cho nước dưới đất :

Ø Mưa

Ø Dòng chảy mặt

Ø Hồ ao kho chứa nước

Ø Cấp nước nhân tạo , khi tưới vượt khả

năng giữ ẩm của đất

Ø Nước ngầm ở vùng ven biển cũng có

thể bị nhiễm mặn khi độ dốc mặt nước

hướng vào đất liền

6

I Sự hình thành nước dưới đất

• Nước sau khi vận chuyển qua vùng đất không bão hòa dưới tác dụng của trọng lực và lực khuyếch tán sẽ tới vùng bão hòa

Lượng nước đến vùng bão hòa phụ thuộc vào điều kiện thủy lực môi trường đất đá xung quanh Nước ngầm chảy ra khỏi lòng đất sẽ chảy vào ao hồ song suối và cuối cùng chảy ra biển cả , trong đoạn đường một phần có thể bốc hơi về khí quyển Bơm nước từ các giếng là một loại xuất lưu nước ngầm nhân tạo

• Quá trình tuần hoàn của nước

7

2 Các loại nước trong đất đá : Nước trong đất đá có thể tồn tại dưới các dạng khác

nhau:thể hơi,thể nước hút,nước màng,nước mao quản, nước dạng tia, thể rắn

• Nước thể hơi : nước có ở trong không khí, lấp đầy các lỗ rỗng trong đất đá Độ đàn hồi hơi nước phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ đất Ban đêm độ đàn hồi hơi nước trong khí quyển lớn hơn không khí trong lỗ hỏng đất đá sự vận chuyển hơi nước vào khí quyển vào không khí trong đất.Nhiệt độ giảm quá trình ngưng tụ hơi nước chuyển từ thể hơi sang thể lỏng Nhiệt độ của đất đá cao một phần chất lỏng trong đất chuyển sang thể hơi Sự dịch chuyển của hơi nước sinh

ra do ảnh hưởng chêch lệch độ đàn hồi hơi nước ở những khu vực khác nhau của khoảng không gian mà hơi nước bao chiếm

• Nước hút : nước được giữ trên mặt các hạt đất đá dưới dạng phân tử tách biệt riêng lẻ Phân tử nước tách biệt này đôi khi hòa hợp hình thành màng nước có độ dày một hai phân tử Khả năng đất đá giữ trên mặt các hạt , trên mặt tường của lỗ hổng một lượng nước hút nào đó gọi là tính hút nước của nó Tổng diện tích trên bề mặt các hạt trong một đơn vị thể tích rất lớn  độ hút nước của chúng cao và ngược lại Lượng hút nước cực đại mà đất đá có thể giữ được ứng với hình thành lơp màng kín dày một hai phân tử , đặc trưng cho độ hút nước cực đại cuả đất đá

8

• Nước màng : khi độ dày của màng nước bao quanh hạt trở nên lớn hơn kích thước một hai phân tử,

chuyển động của nước trong màng ấy phụ thuộc vào qui luật khác với qui luật trong điều kiện độ hút nước cực đại  gọi là nước màng Có thể hình dung như một lớp nước bao gồm vài tằng phân

tử được giữ tầng nọ trên tầng kia Giữa các hạt đất bị bao quanh một lớp nước màng là không khí nên đất có vẻ khô ráo, nước màng chuyển dịch dưới tác động của trọng lực và lực hấp dẫn phân tử

 nước màng chảy thẳng đứng xuống dưới và chuyển từ màng dày sang mỏng

• Nước mao quản : khoảng trống giữa các hạt đất đá còn chưa đầy nước , nước màng không có khả

năng truyền áp lực thủy tĩnh , những khoảng trống mao quản trong đất đầy nước  gọi là nước mao quản Lấp đầy các mặt cắt mao quản nên có thể truyền áp lực thủy tĩnh Chêch lệch áp suất ở 2 điểm nước mao quản có thể chuyển dịch dưới tác dụng của trọng lực và lực mao quản Lực mao quản tác động theohuongws khác nhau cả hướng lên trên , mặt nước phân chia không khí ở trênchống lại trọng lực Dưới tác động lực mao quản từ mặt đất đi lên tới đọ cao lực hút mao quản vành mao dẫn

• Nước trọng lực :do lấp đầy các khoảng trống lớn trong đất đá Nước này không giữ được bằng các lực hút mà ảnh hưởng trọng lực chảy tự do theo hướng dốc Chuyển động dưới dạng tia giọt Chuyển

động của nước tùy theo kích thước lỗ rỗng sẽ có tính chất chảy tầng chảy rối Chảy tầng khi nước

ngấm trong đất là hạt nhỏ , chảy rối khi nước chuyển dịch trong các lỗ hổng lớn và khe nứt

9

3 Phân loại các hệ tầng chứa nước :

• Tầng chứa nước (aquifer ) : là một hệ địa chất trong đó nước có thể chưa và chuyển động chẳng hạn cát, cuội, sỏi , đá Một thành tạo địa chất ngoài việc chứa và chuyển nước thì chỉ được gọi là tầng chứa nước khi nước trong tầng được khai thác Có ý nghĩa quan trọng nhất đối với nước ngầm Phân loại tầng chứa nước có áp và tầng chứa nước không áp Tầng chứa nước bán áp là trung gian

10

• Tầng thấm nước yếu ( aquitard ) : là một hệ địa chất có tính chứa nước và dẫn nước kém Đất thịt , đất sét pha cát là loại đất chứa nước yếu.

• Tầng chứa nước nhưng không thấm nước

( aquiclude ) : là một hệ địa chất có khả năng chứa nước mà không có khả năng dẫn nước Ví dụ : đất sét

• Tầng cách nước ( aquifuge ) : là hệ địa chất không có khả năng chứa nước và cũng không có khả năng dẫn nước Ví dụ : các loại đá granite

qNhiệt độ của nước : nằm gần mặt đất thường thay đổi tùy thuộc vào đặc điểm khí hậu, địa chất,thủy văn và các điều kiện khác Ở VN, nhiệt độ dao động mạnh mẽ nhất với nước

nằm gần mặt đất từ 18 - 20°C đến 26 - 28°C , thay đổi theo thời gian Nước có nhiệt độ

từ 35 - 37°C là loại nước có giá trị nhất dung để chữa bệnh ( tắm ), có nhiệt độ gần với thân nhiệt

qĐộ trong suốt của nước : tùy thuộc vào lượng chất khoáng hòa tan trong nước, hàm

lượng các hỗn hợp cơ học , các chất hữu cơ và các chất keo Chia theo 4 cấp độ trong

suốt – hơi đục – đục – rất đục Nước dưới đất thường thuộc loại trong Xác định độ trong suốt của nước bằng cách nhìn từ trên miệng ống xuống và so sánh với dung dịch chuẩn bằng nước cất

qMàu của nước dưới đất : tùy vào thành phần hóa học và các tạp chất Phần lớn nước

ngầm đều không màu, nước cứng có màu phớt xanh da trời, các muối oxit sắt và

hidrosunfua làm nước có xanh da trời phớt lục, các hợp chất humic hữu cơ làm nước

nhuốm màu phớt vàng, các phân tử khoáng lơ lửng làm nước maug phớt xám

qMùi của nước dưới đất : hầu như không có mùi nhưng đôi khi cũng cảm thấy được Nhìn chung mùi của nước thường liên quan đến các vi khuẩn phân hủy các chất hữu cơ

qVị của nước : do sự có mặt của các hợp chất muối khoáng hòa tan, các khí và tạp chất

khác Nước chứa bicacbonat magie và khí cacbonic thì vị dễ chịu, các chất hữu cơ làm

cho nước có vị ngọt, mặn do sự hòa tan của clorua, đắng khi có sunfua magie và natri 12

4 Tính chất vật lý của nước dưới đất :

qTỷ trọng của nước : được xác định định lượng bằng tỷ số giữa trọng lượng với thể tích trong điều kiện nhiệt đọ nhất định,tỷ trọng của nước ngầm bằng 1ứng với tỷ trọng nước cất ở nhiệt độ 4°C Tỷ trọng của nước phụ thuộc vào nhiệt độ lượng muối và khí hòa tan

và các phần tử lơ lửng Được xác định bằng tỷ trọng kế, xác định theo trị số độ mặn bằng

độ bome ( hàm luongqj muối clorua natru rất lớn )

13

II Các phương trình cơ bản của nước dưới đất

1 Phương trình truyền ẩm trong nước :

Trong môi trường đồng nhất về nhiệt độ nồng độ muối các lực tác động lên phần tử nước: lực hút mao quản và áp lực bên ngoài, các lực trên thay đổi dẫn đến sự xuất hiện gradient cột nước Đó là nguyên nhân gây ra sự chuyển động trong nước ngầm Lúc đầu định luật Darcy rút ra từ quan trắc thực nghiệm :

Nếu �� > 1000 trạng thái chảy rối

Quy luật Darcy khong thể áp dụng vô điều kiện khi số �� > 1 vì khi đó chuyển động

sẽ tuân theo quy luật Phooc-gây-mer:

Grad Φ = a V + b V � � ; ( 0<n<1) 15

II Các phương trình cơ bản của nước dưới đất

2 Định luật Darcy :

• Kỹ sư thủy lực Darcy người Pháp đẫ thực nghiệm dòng chảy qua 1 ống

mẫu cát được dùng để lọc nước Lưu lượng dong chảy qua một môi trường

lỗ rỗng tỉ lệ với cột nước tổn thất và tỉ lệ nghịch với chiều dài của quãng đường dòng chảy Luật Darcy biểu diễn :

q Tốc độ V trong Phuong trình trên gọi là tốc độ Darcy vì giả thiết dòng chảy chảy qua toàn bộ mặt cắt ngang mà không xem xét đến các phần tử rắn và lỗ rỗng ở trong đó Thực ra dòng chảy chỉ tồn tại trong các lỗ rỗng  tốc độ thẩm thấu trung bình :       � ℎ = �.� �

� : độ rỗng của môi trường lỗ rỗng , với môi trường cát độ rỗng � = 33% thì  �ℎ =3V

Không đồng nhất không đẳng hướng :

Tầng chứa nước có áp , có độ dày b : �

�� � � �ℎ �� + �� � � � �ℎ �� + �� � � � �ℎ ��  = S �ℎ ��

Tầng có chứa nước không áp : �� � � � ℎ �ℎ �� + �� � � � ℎ �ℎ �� + �� � � � ℎ �ℎ ��  = S �ℎ ��

18

III Các yếu tố ảnh hưởng đến mực nước ngầm

B = � ∆� ∆ℎ

�

B : hiệu ứng áp suất

� : trọng lượng riêng của nước

∆ℎ : sự thay đổi mực thủy áp

∆�� : sự thay đổi áp suất khí quyển

19

1 Các yếu tố khí tượng :

a Áp suất khí quyển : sự thay đổi áp suất khí quyển gây ra cho dao động mực nước thủy

áp trong tầng ngậm nước có áp Quan hệ nghịch biến là tăng áp suất khí quyển sẽ dẫn đến giảm mực thủy áp và ngược lại Khi thay đổi mực thủy áp với sự thay đổi cảu áp suất được gọi là hiệu ứng áp suất của tang ngậm nước :

b Mưa : không phải là một chỉ thị chính xác của lượng bổ sung nước ngầm do tổn thất trên mặt và

dưới mặt đất cũng như là thời gian vận chuyển của thấm thảng đứng Mực nước ngầm chỉ ra sự

biến động theo mùa do mưa nhưng thông thường còn bao gồm cà xuất lưu tự nhiên và ảnh hưởng của bơm hút Ở vùng không bão hòa phía trên mực nước ngầm có độ ẩm nhỏ hơn hệ số nước ,

nước ngầm sẽ không nhận được lượng nước bổ sung cho đến khi độ hút ẩm được thỏa mãn Sự dẫn

h được tính :

∆ℎ =   ��

�� ;       �� : là phần lượng nước thấm tới mực nước ngầm �� : là độ rỗng hữu hiệu

Khi mưa, nước làm bão hòa tạm thời một lớp nước mặt dồn ép không khí trong vùng đất không bão hòa

và gây ảnh hưởng đến mực nước trong giếng nó sẽ thay đổi đi một lượng

h = � −�� (10m)

c Gió : gió thổi trên mặt giếng gây ra ảnh hưởng thứ yếu đến mực nước ngầm và ảnh hưởng này

thông qua ảnh hưởng của áp suất không khí 20

III Các yếu tố ảnh hưởng đến mực nước ngầm

2 Ảnh hưởng từ thủy triều :

Những tầng ngậm nước tiếp giáp với biển , sự dao động của thủy triều dẫn đến sự biến động của nước ngầm Phương trình vi phân mô tả chuyển động nước ngầm:

Lưu lượng dòng chảy vào trong tầng chứa nước trong nữa chu kỳ : V = ℎ0 2�0��/�

21

III Các yếu tố ảnh hưởng đến mực nước ngầm

3 Ảnh hưởng theo tốc độ đô thi hóa :

• Quá trình đô thị hóa thường gây ra những sự thay đổi mực nước ngầm do kết quả của việc làm giảm lượng

bổ sung nước ngầm và tăng cường việc khai thác nước ngầm Ở những vùng nông thôn, nước dùng thường được lấy từ các giếng nông Hầu hết các nước thải của đô thị lại trở lại đất thông qua các hồ chứa nước bẩn thỉu Do vậy sự nhiễm bẩn tăng lên Nhiều giếng của các hộ dùng riêng phải bỏ đi Người ta phải đặt các hệ thống xử lý nước cống thải , nước mưa trong khu vực

• Điều kiện làm giảm mực nước ngầm : làm giảm lượng bổ sung nước ngầm do lát bề mặt bơm hút tăng giảm lượng bổ sung nước ngầm do hệ thống cống ngầm thu nhận nước thấm từ trên xuống

• Việc khai thác nước dưới đất ở các đô thị nước ta đã và đang có những biểu hiện suy thoái cả chất và lượng khá rõ,thậm chí một số đô thị ở mức báo động.Đặc thù và mức độ khai thác nước dưới đất khác nhau mà mức độ suy thoái tài nguyên nước dưới đất ở các đô thị khác nhau sự suy giảm trữ lượng nước dưới đất

thông qua sự hạ thấp mực nước,sự cạn kiệt các nguồn nước.Tình trạng này xảy ra ở hầu hết các đô thị

Khoan hàng trăm lỗ khoan làm cọc nhồi,gia cố nền móng,đào hàng vạn mét khối đất đá để xây dựng các công trình,san lấp hàng trăm mét vuông ao hồ,trải hàng vạn mét vuông bê tông lên mặt đất.Các hoạt động này không chỉ làm thay đổi môi trường thấm,còn làm giảm lượng nước ngấm từ bề mặt đất xuống cung cấp cho các tầng chứa nước, thu hẹp miền bổ cập cho nước dưới đất.Dẫn đến tình trạng suy giảm lưu lượng

khai thác tại các giếng khoan,tăng độ hạ thấp mực nước,đồng thời còn tạo điều kiện cho nước bẩn từ bề mặt

III Các yếu tố ảnh hưởng đến mực nước ngầm

1 Nhiễm bẩn khi sử dụng nguồn nước :

− Nguyên nhân nhiễm bẩn thường không dễ dàng xác nhận như nước mặt Các nhà khoa học chỉ ra

những nguyên nhân nhiếm bẩn bao gồm: nhiễm do phóng xạ , vật lý, sinh học và hóa học ( vô cở ,

hữu cơ ) Nguồn và nguyên nhân nhiễm bẩn có liên quan mật thiết đến việc sử dụng nước của con

người Các hoạt động sinh hoạt của con người ảnh hưởng đến còn tuần hoàn của nước

− Nguyên nhân chính là từ các nguồn chất thải đô thị công nông nghiệp và nguyên nhân hỗn hợp

Nước thải phụ thuộc vào tính chất thải nơi phát sinh và tình hình thục tế

a. Nhiễm bẩn từ đô thị :

qSự rò rỉ của hệ thống cống nước thải : các hệ thống phải kín nhưng do các hoạt độngn con

người như đào bới để các vật nặng trên hệ thống thải hoặc xe cộ đi lại, các điều kiện tự nhiên

như sạt trượt đất hoạt động đại chấn rễ cây đâm vào  hệ thống nước thải bị rạn nứt, vỡ ra

nước thải thấm vào các tầng đất.trong các chất thải có hợp chất huux cơ vô cơ các vi khuẩn độc

hại với nồng độ cao vào trong nước ngầm Các chất kim loại nậng nguy hiểm As, Cd,Cr,CO,Cu,

Mg,Hg, đi vào nguồn nước

qNhiễm bẩn dưới dạng lóng: các nguồn thải đều được xử lý ở mức độ khác nhau trước khi vào

nguồn mặt Xu thế thải nước vào trong đất đang tăng lên và vùng đất được sủ dụng như một bể

lọc trước khi đưa loại nước này trở lại vòng tuần hoàn chung 23

IV Chất lượng nước dưới đất và quản lý các lưu vực

qChất thải dưới dạng rắn :là nguồn gây bẩn nước ngầm Nước thải bao gồm các chất thải rắn được thải ra mặt đất các phần đất có khe nứt thì phần lớn các chất thải sẽ theo nước xuống làm bẩn nguồn nước ngầm.

qNhiễm bẩn do các hoạt động công nghiệp : quá trình sản xuất có rất nhiều chất độc hại các cặn bẩn bị thải ra , các nguồn này trực tiếp thải ra bằng dòng chảy mặt ra các hệ thống sông suối , khí có nồng độ cao chất độc hại lóc qua các bể đất (landfills) cho thấm xuống đất Tình hình nhiễm bẩn nước từ ngành công nghiệp khá nghiêm trọng

24

b Nhiễm bẩn từ nông nghiệp :

q Do sản xuất nông nghiệp và chăn nuôi Quá trình sinh trưởng

rễ cây và các bộ phận liên quan lấy thức ăn từ đất đồng thời

thải ra các chất và muối Để bảo vệ mùa màng một lượng lớn

thuốc diệt trừ sâu bọ và côn trùng sử dụng nó giết các sinh vật

có ích, thải ra một lượng khổng lồ các chất độc hại vào đất

nước

q Việc chăn nuôi và nguồn phân hữu cơ do gia súc thải ra gặp

nước chảy tràn trên nước mặt đồng thời thấm xuống đất ảnh

hưởng các tầng nước ngầm Lượng vi khuẩn vi trùng trong

chất thải cũng rất lớn là mầm móng gây bệnh cho accs sinh

vật trong vùng bị ảnh hưởng