Công trình thu nước trạm bơm cấp thoát nước phần 1

Phén loai theo nhiét dé Nước lạnh : Nhiệt độ nước Nước ngầm của nước ta được phân bố gần như ở khắp mọi nơi Do nước ngầm nằm sâu trong lòng đất và được bảo vệ bởi các tầng cản nước nên

LE DUNG

CÔNG TRÌNH THU NƯỚC

IẠM BỮNI CẤP THOÁT NƯỚC

LOI NOI DAU

Trong :các đô thị và các vùng dô thị hóa, hệ thống thoát nước và hệ thống cấp nước là một trong những hệ thống hạ tầng cơ sở không thể thiếu dược Trong hệ thống cấp nước và hệ thống thoát nước thì công trình thu nước và trạm bơm cấp nước, trạm bơm thoát nước là những công trình rất quan trọng Cuốn sách Công trình thu nước - trạm bơm dược biên soạn dé làm tài liệu giảng dạy, học tập cho sinh viên ngành cấp thoát nước Nó giúp cho sinh viên chuyên ngành sử dụng một cách hiệu quả dề nghiên cứu sâu môn học của mình, biết lựa chọn phương án tối ưu khi thiết kế công trình thu nước hoặc trạm bơm và chọn các trang bị của nó một cách hợp !í Ngoài

ra, sách cũng là một tài liệu bổ ích cho cán bộ kĩ thuật, hoạt dộng trong ` lĩnh vực thiết kế, thi công, quản lí hệ thống cấp và thoát nước Sách được biên soạn theo nội dung môn học Công trình thu - trạm bơm của ngành :Cấp và thoát nước Nội dung sách gồm hai phần : Công trình thu nước và

trạm bơm

Phần công trình thu nước giới thiệu về các loại nguồn nước thiên nhiên được sử dụng trong cấp nước và các loại công trình thu nước tương ứng Với mỗi loại công trình thu nước đều có trình bày một cách chỉ tiết sơ đồ cấu tạo, nguyên tắc làm việc, diều kiện ứng dụng, cách tính toán thiết kế

và quy trình quản lí vận hành

Phần trạm bơm, giới thiệu từng loại trạm bơm sử dụng trong t hệ thống

cấp nước và hệ thống thoát nước Với mỗi loại trạm bơm đều có trình bày cấu tạo, cách tính toán thiết kế, quản lí vận hành

Vì khuôn khổ có hạn nên trong sách chỉ trình bày những kiến thức cơ

Sách dược viết trên cơ sở các tài liệu có liên quan dã xuất bản trong

và ngoài nước, các công trình dã thiết kế, thi công gần dây ở nước ta và kinh nghiệm tích lũy trong nhiều năm giảng dạy của tác giả tại trường Đại

Xin chân thành cảm ơn gido su Tran Hiéu Nhué va céc déng nghiép’ dã đóng góp nhiều ý kiến trong quá trình xây dựng bản thảo

Tác giả

Phần thứ nhất

CONG TRINH THU NUOC

Chương 1

MỞ ĐẦU :

1.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI NGUỔN NƯỚC

“Nước trong thiên nhiên tổn tại ở hai trạng thái chủ yếu : nằm lộ thiên trên mặt đất và

nằm ngầm dưới đất Nguồn nước nằm lộ thiên trên mặt đất gọi là nguồn nước mặt Nguồn nước nằm ngầm:dưới mặt đất gọi là nguồn nước ngầm: hay nước dưới đất Ngoài Tra, còn có nước mưa, nó là nguồn bổ cập cho nước mặt và nước ngầm.: ,

LL Nguồn nước ngầm

- Nối về nước ngầm, cần có khái niệm về tầng chứa nước và tầng cản nước Tẩng chứa nước thường được cấu tạo bởi các phần tử cát, cuội, sỏi, có cỡ hạt và thành phần khoáng chất khác nháu Chúng tạo nên các lỗ hổng: trong lòng d đất Nước ngầm được: chứa: + trong các

lỗ hổng này - tuy HỆ ¬ ¬ en Ee ¬

Tầng cản nước hay còn gọi là tầng cách nước thường được cấu tạo bởi sét, cát kết, cuội kết, Nước không di chuyển qua được các tầng can nước này

Nguồn bổ cập cho nước ngầm là nước mua, nước từ hồ, ao," sông ngòi ¡ thấm qua các lớp

đất và được giữ lại 6 tầng, chứa nước

Các trạng thái tồn tại của nước ngầm tóc

,— O thé khí : Cùng với không khí nằm trong các lỗ hổng của đất đá ˆ

- Ở thể bám chặt : Bao quanh các hạt đất bằng một lớp tất mông, gắn ‹ chặt với đất bằng cdc lực dính, 6 diéu kiện bình thường không thể tách ra được

-6 thé màng mỏng : Nam bao quanh các phần tử đất cát bằng lực phân t tử, có thể di chuyển trong lòng đất đưới ảnh hưởng của lực phân tử nhưng không thể truyền được áp suất

- Nước mao dẫn : Chứa đầy trong các lỗ hổng nhỏ của đất, chịu tác dụng của sức căng mật ngoài và trọng lực Nước mao dẫn có thể di chuyển trong đất và có thể truyền được áp

suất Vùng nước mao dẫn nằm trên mực nước trọng lực.

~ Nước trọng lực hay nước thấm : Chứa đầy trong các lỗ hổng của đất, chuyển động dưới tác dụng của trọng lực và có thể truyền được áp suất

Trong các dạng tổn tại của nước ngầm đã nêu ở trên, chỉ có nước thấm là cớ trữ lượng đáng kể và có khả năng khai thác được Vì vậy, mọi khái niệm được sử dụng để nghiên cứu trong phạm vi cuốn sách này là áp dụng đối với nước thấm và nước ngầm được đề cập đến

ở đây là nước ngầm tồn tại ở thể nước thấm

l.I.I.1 Phân loại :

Có thể phân loại nước ngầm theo bốn cách sau :

1 Phân loại theo uị trí tồn tợi so uới một đất

- Nước ngầm mạch nông : Nằm ngay trong tầng đất trên mặt Đây là loại nước ngầm

không áp Lưu lượng, nhiệt độ và các tính chất khác của nó chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường bên ngoài Mực nước nằm ở độ sâu nhỏ so với mặt đất và thạy đổi phụ thuộc vào sự

thay đổi của thời tiết Độ dao động mực nước, giữa các mùa khá lớn (khoảng 2 + 4m) và

có thể chịu ảnh hưởng của sông suối, bão lũ Loại nước ngầm này có thể sử dụng vào mục đích cấp nước

~ Nước ngầm ở độ sâu trung bỉnh : nằm ở độ sâu không lớn so với mặt đất, thường là nước ngầm không áp, đôi khi có áp cục bộ Tính chất của loại nước ngầm này tương tự nước ngầm mạch nông nhưng chất lượng tốt hơn Nó thường được sử dụng để cấp nước

~ Nước ngầm mạch sâu : Nằm trong các tầng chứa nước, giữa các tầng cản nước Đây

là loại nước ngầm có áp Ưu điểm của loại nước ngầm này so với hai loại trên là lưu lượng, nhiệt độ và các tính chất khác tương đối ổn định Do nằm sâu và được bảo vệ bởi các tầng cản nước nên nó ít chịu ảnh hưởng của môi trường bên ngoài Nước ngẩm mạch sâu thường

có lưu lượng lớn, ổn định, chất lượng tốt nên được sử dụng rộng rãi trong cấp nước

2 Phân loại theo ap luc

Theo áp lực, nước ngầm có thể phân ra : ˆ

- Nước ngầm không áp : tổn tại trong tầng chứa nước nằm trên tầng cản nước đầu tiên (Hinh 1-1a) Phía trên dòng thấm giới hạn bởi mặt tự do và áp suất tại mọi điểm trên mặt

tự do này đều như nhau (thường là bằng áp suất khí quyển) Nước ngầm không áp thường nằm ở độ sâu không lớn nên chất lượng nước không được tốt lắm

- Nước ngầm có áp : Nằm trong tầng chứa nước kẹp giữa hai tầng cản nước (hỉnh 1.lc) hoặc tầng bán thấm (hình 1.1b) Trường hợp sau còn gọi là tầng chứa nước bán áp Nước ngầm ở tầng chứa nước bán áp có sự bổ cập từ tầng chứa nước ở phía trên nên cố thể ảnh

hưởng đến chất lượng nước ngầm của tầng này Tùy thuộc vào độ dốc thủy lực của tầng chứa nước mà áp lực của nước ngầm ở những vị trí khác nhau sẽ khác nhau Nước ngầm

cố áp thường nằm ở độ sâu tương đối lớn nên đã được lọc sơ bộ khi thấm qua các lớp đất

và Ít chịu ảnh hưởng của môi trường bên ngoài Do vậy chất lượng nói chung là tốt hơn so với nước ngầm không áp

3 Phén loai theo nhiét dé

Nước lạnh : Nhiệt độ nước

Nước ngầm của nước ta được

phân bố gần như ở khắp mọi nơi

Do nước ngầm nằm sâu trong

lòng đất và được bảo vệ bởi các

tầng cản nước nên nước ngầm ở _

Tùy thuộc vào hóa địa của

tầng chứa nước và chất lượng

của nguồn bổ cập mà trong nước

ngầm thường có hàm lượng muối

khoáng lớn, nhất là các muối

cứng, nếu dùng để cấp nước cho °

nổi hơi, thường phải làm mềm

Giói thiệu mô hình giếng - tồng chúa nước

I- Tầng chứa nước ; 2- Tang cản nước;

d- Tầng bán thấm

Đặc điểm nổi bật của nước ngầm là có hàm lượng sắt tương đối lớn, đặc biệt là sắt hóa

2 ` > + a sp Te tA

tri hai O mét số vùng, trong nước ngầm còn chứa một lượng mangan đáng kể Công nghệ

xử lí nước ngầm chủ yếu là khử sắt, đôi khi kèm theo cả khử mangan, Silic,

Nước ngầm vùng ven biển thường bị nhiễm mặn, nếu sử dụng để cấp nước thì việc xử

H sẽ rất khó khăn, tốn kém Các vùng ven biển ở nước ta như Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định, mặc dù nguồn nước ngầm rất dồi dào nhưng lại bị nhiễm mặn nên cần phải sử

dụng nước mặt làm nguồn cung cấp nước Do đặc điểm cấu tạo và điều kiện thi công hệ

thống cấp nước sử dụng nước ngầm buộc phải dùng nhiều giếng hoặc nhiều nhóm giếng

Điều đớ có ưu điểm là đảm bảo cho việc cấp nước an toàn nhưng cũng có nhược điểm là chỉ

phí xây dựng công trỉnh thu và trạm bơm cấp một sẽ lớn

1.1.2 Nguồn nước mặt

Nước mặt là loại nguồn nước tổn tại lộ thiên trên mặt đất như nước sông, suối, hồ đầm,

Nguồn bổ cập cho nước mặt là nước mưa và trong một số trường hợp cả nước ngầm Nguồn nước mặt của nước ta rất phong phú và được phân bố ở khắp mọi nơi Đây là loại nguồn nước quan trọng được sử dụng vào mục đích cấp nước

Nguồn nước mặt bao gồm :

1 Nước sông : là loại nguồn nước mặt chủ yếu để cấp nước Hệ thống sông ngòi ở nước

ta có chiều dài khoảng 55000km Trữ lượng nước sông rất lớn Nó có thể đáp ứng được đẩy

đủ nhu cầu phục vụ cho sản xuất và đời sống Đặc điểm của nước sông : ,

Giữa các mùa có sự chênh lệch tương đối lớn về mực nước, lưu lượng, hầm lượng cặn và nhiệt độ nước

Hàm lượng muối khoáng và sắt nhỏ nên rất thích hợp khi sử dụng cho công nghiệp giấy,

dệt và nhiệt điện

Độ đục cao nên việc xử lí phức tạp và tốn kém

Nước sông cũng chính là nguồn tiếp nhận nước mưa và các loại nước thải xả vào VÌ vậy, ˆ

nó chịu ảnh hưởng trực tiếp của môi trường bên ngoài So với nước ngầm, nước mặt thường

có độ nhiễm bẩn cao hơn

2 Nước suối : Ö miền núi, nước suối cũng là một nguồn cấp nước quan trọng Đặc điểm

nổi bật của nước suối là không ổn định về chất lượng nước, mức nước, lưu lượng, vận tốc dòng chảy giữa mùa lũ và mùa kiệt Về mùa lũ, nước suối thường đục, cuốn theo nhiều cây

khô, củi khô rác, cát sỏi, và thường có những dao động đột biến về mức nước và vận tốc dòng chảy Mùa khô nước suối lại rất trong nhưng mực nước lại thấp Nhiều khi mực nước thấp quá mức, không đủ độ sâu cần thiết để thu nước Nếu sử dụng nước suối để cấp nước cẩn

có biện pháp dự trữ, nâng cao mực nước và bảo vệ công trình thu hợp lí

ở Nước hồ đầm : thường trong, có hàm'lượng cặn nhỏ Các hồ lớn, ven hồ có sdng nên nước ven hồ có thể đục Nước hồ đầm thường có vận tốc dòng chảy nhỏ nên rong rêu và các thủy sinh vật phát triển Điều đớ làm cho nước hồ có màu, có mùi và dễ bị nhiễm bẩn

1.2 BAO VE VE SINH NGUON NUOC

Nước thiên nhiên không chỉ sử dụng để cấp nước cho ăn uống, sinh hoạt.mà còn được '

sử dựng cho: nhiều: mục đích khác nữa như nông nghiệp, công nghiệp, giao thông van tai, thủy điện, Bản thân việc sử dụng nước như vậy cũng đã gây ô nhiễm nguồn nước Con

người lại còn xả vào nguồn nước các loại nước thải sản xuất, sinh hoạt, : Nước mưa chảy

trên bề mặt khu dân cư, công nghiệp, nông nghiệp xuống sông, hồ mang theo nhiều rác rưởi,

bui bam, hoa chất, vi trùng, tất cả những điều đó đều làm tăng độ màu, độ mùi và làm

xấu chất lượng nước Để thỏa mãn các nhu cầu dùng nước khác nhau, phải có các biện pháp quy hoạch, cải tạo nguồn nước sao cho có thể kết hợp hài hòa các mục đích sử dụng nước khác nhau và có biện pháp bảo vệ vệ sinh nguồn nước một các hợp lí

_ Bảo vệ vệ sinh nguồn nước là một vấn để vô cùng quan trọng, có, ảnh hưởng lớn đến chất lượng nước thô Nếu vấn đề này không được chú trọng một cách thích đáng sẽ làm chất lượng nước thô bị xấu đi, giá thành xử lí tăng lên và đễ dàng xảy ra bệnh dịch khi có mầm mống gây bệnh

Vùng bảo vệ vệ sinh nguồn nước có 5 thé chia thanh ba khu vực :

1, Khu: bức: nghiêm cẩm : Công trình thu nước nằm trong khu vực này ze) day khong được xây dựng bat ki một công trình kiến trúc hoặc nhà ở nào, cấm xả nước thải, tắm giặt,

bat cá, chăn thả gia súc, cấm sử dung hda chất độc và các loại phân bón Trong phạm vỉ „

khu vực nghiêm cấm có hàng rào bảo vệ, mặt bằng phải được san phẳng và có rãnh thoát nước bề mặt ra ngoài phạm vi khu vực Các nhà ở, nhà công cộng hiện có ở gần phạm vi ' khu vực phải có biện pháp chống ô nhiễm nguồn nước Mặt khác, cán bộ công nhân quản lí công trỉnh thu nước cẩn phải thường xuyên kiểm tra để HP thời phát hiện các nguy cơ gây

trình thu về mỗi phía tối thiểu là 100m Nếu xung quanh hồ dốc khu.vực nay bao g6m toan

- bộ lưu vực chảy xuống bờ lấy cách công trỉnh thu tối thiếu 300m

- Nguồn nước ngầm : Phạm vi khu vực nghiêm cấm được quy định phụ thuộc vào chiều dày tầng cản nước và điều kiện địa chất thủy văn của khu vực khoan giếng

Rhi chiều dày tầng cản nước ở phía mái trên 6m thì bán kính bảo vệ tính từ công trình

thu lấy 25 + 50m

5 ‘ Khi chiều dày tầng cản nước từ 6m trở xuống thì bán kính bảo vệ lấy 50 + 100m

2 Khu vic han ché: La khu vuc ké tiếp khu vực nghiêm cấm đã nêu ở trên Trong khu vực này, nước thải sinh hoạt, sản xuất trước khi xả vào nguồn phải được xử lÍ sao cho thành phần tính chất của nớ phù hợp với các quy định về bảo vệ vệ sinh môi trường và TCVN 5945-1995 Cac nha may, xÍ nghiệp, khu dân cư nằm trong khu vực hạn chế phải được xây dựng hoàn thiện hệ thống thoát nước thải và thoát nước mưa tránh gây ô nhiễm đất và nguồn nước Cấm thải phân, rác, rác thải công nghiệp, hóa chất độc hại trong khu vực này Ngoài ra cần hạn chế đến mức tối thiểu việc xây dựng các công trinh cd thé gây

ô nhiễm nguồn nước và phá hoại tầng chứa nước

Phạm vi của khu vực hạn chế có thể được quy định được theo TCƠN 33-85 với từng loại

nguồn nước

~ Nguồn nước mặt : Với sông lớn lấy về phía thượng lưu 1ð + 20km, sông vừa : 40km

và sông nhỏ bao gồm toàn bộ thượng lưu Ngoài ra, trong phạm vi ð00m tính từ mép nước cao nhất vào bờ (nơi đặt công trình thu) không được xây dựng chuồng trại chăn nuôi hoặc chăn thả gia súc

- Nguồn nước ngầm : Phạm vi của khu vực hạn chế được quy định dựa vào điều kiện

vệ sinh môi trường, điều kiện địa chất thủy văn của khu vực có công trình thu, tính thấm nước của lớp đất trên mặt và nguồn bổ cập cho nước ngầm ở tầng khai thác Thông thường, phạm vi của khu vực này nằm cách ranh giới của khu vực nghiêm cấm 300 + 500m

3 Khu vuc theo dõi : Đây là vành đai bảo vệ ngoài cùng của nguồn cung cấp nước Trong khu vực này cần theo dõi để phát hiện và ngăn chặn kịp thời những hành vi có thể gay 6 nhiễm nguồn nước hoặc gây ảnh hưởng xấu đến tầng chứa nước

¬ Nguồn nước mặt :

Với các sông lớn, khu vực này bao gồm toàn bộ thượng lưu Với các sông nhỏ, khu vực

theo dõi bao gồm toàn bộ thượng lưu và các nhánh bổ cập

~ Nguồn nước ngầm :

Khu vực theo dõi bao gồm toàn bộ vùng bổ cập và nguồn bổ cập của tẩng chứa nước

1.3 PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH THU NƯỚC

Như đã nêu trong mục 1.1, chúng ta có hai loại nguồn nước được sử dụng vào mục đích cấp nước là nguồn nước ngầm và nguồn nước mặt Tương ứng với hai loại nguồn nước đó,

có hai nhớm công trình thu nước : ©

-— Cung trình thu nước ngầm -

- Công trình thu nước mặt

_Ngoài ra, ở những vùng bải đảo hoặc những vùng khan hiếm cả nước ngầm lẫn nước

mặt người ta có thể thu nước mưa để sử dụng cho từng hộ dùng nước nhỏ Trong phạm vi

cuốn sách này không đề cập đến việc thu nước mưa

1.4 NHIEM VU THIET KE CONG TRINH THU NƯỚC

Việc thiết kế hợp lí công trình thu nước có ảnh hưởng đáng kể đến giá thành sản xuất nước và sự làm việc của các công trình xử lí nước Thiết kế công trình thu nước có thể tiến

hành theo các bước sau :

1 Sưu tầm tài liệu :

Những tài liệu cần sưu tầm là những tài liệu giúp cho các nhà thiết kế lấy đó làm cơ sở

để thiết kế ra được một công trình thu nước hợp lí nhất, làm việc có hiệu quả cao và đáp

ứng đầy đủ nhu cầu dùng nước Những tài liệu đó bao gồm :

— Các loại nhu cầu dùng nước

- Bản để quy hoạch của khu vực dùng nước

Trong đó có chỉ rõ các khu vực dùng nước, vị trí các nhà máy, xí nghiệp, các công trình

có nhu cẩu dùng nước lớn: ị ˆ ¬

_ Tài liệu về các loại nguồn nước thiên nhiên có trong khu vực hoặc có thể sử dụng để

- Tài liệu vé tinh hình thủy văn của các loại nguồn nước mặt với các SỐ liệu tích Ty

nhiều năm

cm Tài liệu về, địa chất và địa: chất thủy văn của khu vực dự kiến khai thác nước ngầm

Trong đó cần chỉ rõ cấu tạo của tầng chứa nước, độ sâu mực nước ngầm, nguồn bổ cập và

các điều kiện giới hạn của tầng chứa nước

- Tình hình sử dụng nước, thải nước trong khu vực và các vùng lân cận có liên quan

2 Lua chọn nguồn nước

Trong thực tế, khi thiết kế cấp nước cho một khu” vực có thể gặp trường hợp có một

hoặc nhiều nguồn nước, nhiều loại nguồn nước có thể sử dụng được Khi đó cần phân tích,

so sánh các phương án đưa ra để chọn được phương án tốt nhất về nguồn nước

Các yếu tố cần phân tích :

- Chất lượng nước cần phải tốt Dựa vào tiêu chuẩn chất lượng TCVN 5942- 1995 va TCVN 5944-1995 phan tích theo các chỉ tiêu cấp nước về mặt lí học, hóa học và vỉ trùng hoe

- Lưu lượng cần phải đảm bảo cung cấp đầy đủ cho các nhu cầu dùng nước cả trước mắt

và trong tương lai

~ Gần đối tượng dùng nước Điều này rất quan trọng đối với mục tiêu giảm giá thành sân xuất nước Nguồn nước càng gần đối tượng dùng nước sẽ càng giảm chi phí xây dựng

và quản lí của công trình thu, trạm bơm cấp mội

- Không gây trở ngại cho các nhu cẩu dùng nước khác

- Thi công, quản lí thuận tiện, giá thành hạ

11

Khi gặp trường hợp có thể sử dụng nhiều loại nguồn nước cho một hệ thống cấp nước

mà việc lựa chọn nguồn nước bằng phân tích định tính chưa đủ sức thuyết phục thì cần tiến

hành thiết kế sơ bộ một số phương án và so sánh các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật để lựa chọn

được nguồn nước hợp lí Nếu các chỉ tiêu này lại cũng tương đương thì :

Với nước mặt, ưu tiêu cho nước sông hơn

Với nước ngầm, ưu tiên cho nước ngầm có áp hơn

Vị trí lấy nước nhất thiết phải nằm ở phía thượng lưu so với khu vực dùng nước

Dòng sông có thể có những đoạn bờ lõm và những đoạn bờ lồi Những đoạn bờ lõm, bờ sông có thể bị xới lở, nhưng về mùa lũ, lắng cặn sẽ được tự nạo vét Những đoạn bờ lồi thường bị bồi lấp, nhiều trường hợp bồi lấp rất nghiêm trọng Nếu công trình thu bố tri tai những vị trí thường bị bồi lấp sẽ gây tốn kém cho việc nạo vét mà cửa thu nước vẫn bị bồi lấp hoặc thu được nước không đảm bảo chất lượng và lưu lượng theo yêu cầu Vì thế công

trinh thu nên đặt ở phía bờ lõm và cớ biện pháp gia cố, bảo vệ thích hợp Những nơi có sông

nhánh đổ vào, công trình cũng đễ bị bồi lấp Để tránh hiện tượng này công trình thu nên dat cach vi tri cd sông nhánh một khoảng hợp lí được giới thiệu trên hình 1-2

Chương 2

_ CÔNG TRÌNH THU NƯỚC NGÂM

2.1 PHAN LOẠI CÔNG TRÌNH THU NƯỚC NGẦM

Nước ngầm ở nước ta là một tài nguyên quý và giữ vai trò quan trọng trong cấp nước Công trình thu nước ngầm được sử dụng rất rộng rãi để khai thác nước ngầm mạch nông

hoặc mạch sâu cung cấp nước cho các khu vực dùng nước từ quy mô nhỏ đến quy mô lớn

Theo các loại nước ngầm và cách thu nước, công trình thu nước ngầm có thể chia thành

các loại : -: : ‘

- Giếng khoan

- Giếng khơi

_ Céng trinh thu nước ngầm mạch lộ thiên

- Công trỉnh thu nước thấm

2.2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI GIẾNG KHOAN

2.2.1 Phạm vi ứng dụng

Giếng khoan là một công trình thu nước ngầm mạch s sâu Độ ‹ sâu khoan giếng phụ thuộc vào độ sâu tầng chứa nước, thường nằm trong khoảng từ 20 + 200m, đôi khi có thể lớn hơn Đường kính giếng 150:+ 600mm Tuy nhiên các giếng khoan tay cỡ nhỏ dùng cho các

hộ dùng nước đơn lẻ có thể sử dụng giếng có đường kính nhỏ từ 32 + 49mm ~'

Giếng khoan được sử dụng rộng rãi cho mọi loại trạm cấp nước Các trạm nhỏ có thể chỉ có một giếng Các trạm lớn có thể sử dụng tới ba bốn chục giếng

2.2.2 Phân loại

Hình 2-1 Giới thiệu bốn loại giếng khoan hiện đang được sử dụng

18

Hinh 2-1 Céc loqi giéng khoan

Hình 2-la là giếng khoan hoàn chỉnh, khai thác nước ngầm không áp, đáy giếng z được khoan đến tầng cản nước đầu tiên

Hình 2.1b la giéng khoan không hoàn chỉnh, khai thác nước ngầm không áp, đáy giếng nằm cao hơn tẩng cản nước

Hình 2-lc là giếng khoan hoàn chỉnh, khai thác nước ngầm có áp

- Hình 2-1d là giếng khoan không hoàn chỉnh khai thác nước ngầm có áp

3.2.3 Sơ đồ cấu tạo :

Hình 2-2 giới thiệu sơ đồ cấu tạo giếng khoan

Các bộ phận chính của giếng gồn có : |

1 Của giếng hay còn gọi là miệng giếng Miệng giếng đặt cao hơn sàn nhà trạm Ít nhất

là 0,3m Phần cổ giếng bên ngoài thường được chèn xi măng để, tránh 1 nước từ phía trên

thấm theo cổ giếng xuống Miệng giếng được đậy kín khi khai thác

wd Ong uách dé gia cố, bảo Uệ giếng, tránh sạt lở Thành giếng trong quá trình khai thác _

và ngăn không cho nước chất lượng xấu từ phía trên chảy vào trong giếng Phần ống vách cũng là nơi để lắp đặt máy bơm Ống vách thường dùng vật.liệu thép đen Ống gồm nhiều đoạn nối lại với nhau Chiều dày thành ống 7 + 12mm Ống có thể có một hoặc nhiều cỡ đường kính khác nhau Khi chiều sâu khoan dưới 100m ống vách có thể dùng một cỡ đường kính Chiều sâu khoan lớn, càng xuống phía đưới, đường kính ống vách càng thu nhỏ lại

Lúc đó, ống vách có thể có hai, ba cỡ đường kính Ứng với mỗi cỡ đường kính như vậy

b) 1

Hình 2-2 Sơ đồ cấu tạo giếng khoơn `

a- Ống uách nối uới ồng lọc bằng dai liên hết ; b¬ Ống uách nối uới ống lọc bằng côn nổi

thường có chiều dài từ 2ð + ö0m Đường kính cuối cùng của ống vách được chọn phủ 4 thuộc vào đường kính ống lọc Ở chỗ nối với ống lọc, đường kính trong của ống vách phải lớn hơn đường kính ngoài của ống lọc tối thiểu 50mm, nếu là loại ống lọc bọc” sỏi thi phai lớn, hơn tối thiểu 100mm: Các Cỡ đường kính ống vách và đường kính ống, lọc cần được lựa chọn phù hợp với kết cấu giếng và phương pháp khoan giếng

6 phần có đặt bơm, đường kính trong ống vách cần lớn đường kính ngoài của khối bơm

ít nhất là 50mm Có thể chọn đường kính ống vách và bơm theo bảng 2.1

15

BANG 2.1 - CHON DUONG KINH ONG VACH vA BOM

Luu lugng thiét kế :| Đường kính ngoài Đường kính tối ưu | Đường kính tối thiểu

(/s) © của bơm (mm) của ống vách (mm) | của ống vách (mm)

T- Duong kinh trong.N- Đường hính ngoài

Giếng có độ sâu ð0m trở lại và đường kính dưới 200mm có thể dùng vật liệu PVC làm ống vách

Các đoạn ống vách có thể nối với nhau theo các phương pháp sau:

- Ren ống và măng sông

- Dùng côn nối nếu khoan giếng, có sử dụng dung dịch vữa sét Để giảm tổn thất, góc

côn nên lấy khoảng 15° (Hinh 2-2b)

- Dùng đai liên kết và vữa xỉ măng liên kết nhanh nếu khi khoan giống sử dụng ống

3 Ống lọc : Đặt trong tầng chứa nước, để thu nước từ tầng chứa nước vào trong giếng, đảm bảo cho nước chảy vào giếng với trở lực nhỏ và không mang theo các phần tử đất cát của tầng chứa nước

4, Ong lắng : Nằm kế tiếp ống lọc, có: : đường kính bằng đường kính ống lọc Cấu tạo của

nó là một đoạn ống thép trơn, đầu dưới được bịt kín Chiều dai ong lang 2 + 10m Giéng cang sâu, chiều dài ống lắng càng nên chọn dài hơn Ống lang là bộ phận cuối cùng của giếng để giữ lại cặn; cát trôi lọt theo nước vào trong giếng

9.3.4 Một số vine cấu khi thiết kế giếng khoan

Giếng khoan thiết kế cần phải làm việc ổn định đảm bảo thu được nước có chất lượng ' tốt và đủ lưu lượng yêu cầu Muốn vậy, cần đảm bảo được một số yêu cầu cơ bản sau :

- Chọn tầng chứa nước hợp lí và triệt để khai thác khả năng của tầng chứa nước .Ïrong một mặt cất địa chất xác định có thể có một số tầng chứa nước Cần có đầy đủ các số liệu địa chất thủy văn của từng tầng chứa Trên cơ sở đó, phân tích lựa chọn được tầng chứa nước hợp lí Đó là tầng chứa nước có chiều dày lớn, hệ số thấm lớn, chất lượng nước tốt và

‘lai nim không sâu lắm

- Giếng cần phải làm việc ổn định : mực nước động, thành phần hớa học va vi sinh vat

ổn định trong thời gian khai thác nước

- Có kha nang chống nhiễm bẩn đối với giếng và tầng chứa

- Ong vách phải đủ bền về lực và ăn mòn Đường kính ống vách phải phù hợp với kết cấu giếng, phương pháp khoan và đủ để lắp đặt máy bơm —_

— Ống lọc cần được lựa chọn kiểu loại và tính toán kết cấu một cách hợp lí

2.2.5 Trinh tu thiét ké giéng khoan

“Trude khi tién hanh tính toán cần sưu tầm đẩy đủ các tài liệu cần thiết như đã trình

Trinh! tu thiết kế giếng khoan bao gồm các bước như Sau :

mi ~ Dựa vào “tai liéu khoan tham đồ, xây dựng mặt cất địa chất với si đẩy đủ các số liệu về địa chất và địa chất thủy văn như : cấu tạo địa chất và đặc trưng của các lớp dat đá khoan qua, chiều dày và hệ số thấm của từng tầng chứa nước, nguồn: bổ cập,

;ê Lựa chọn tầng chứa nước và xác định độ sâu khoan giếng

- Dựa vào lưu lượng yêu cầu, sơ bộ chọn.số lượng giếng, sơ đồ bố trí giếng và khoảng cách giữa các giếng lưu lượng thiết kế của mỗi giếng

— Tính toán ống lọc.:: Bao gồm: chọn kiểu loại và xác định chiều dai, đường kính Ong

~ Xác định kha nang cung cap nước của giếng bằng cách chọn trước lưư, lượng rồi “kiểm tra lại độ hạ mực nước trong giếng khi bơm Cũng có thể làm ngược lại, chọn trước độ hạ mực nước rồi kiểm tra lại lưu lượng giếng sao cho giá trị lưu lượng này đáp ứng: được yêu cầu thiết kế dé ra

- Xác định đường kính ống vách sao cho phù hợp nhứử đã trình Đây ở mực 9, 2 3

- Thiét kế phần cách li, bảo vệ

2.3 ỐNG LỌC CỦA GIẾNG | KHOAN

Ong lọc là bộ phận quan trọng nhất của giếng khoan Xót âu É ởng quyết định đến chất lượng làm việc của giếng

Các yêu cẩu đối với ống lọc :

~ Cơ tỉ lệ diện tích lọc lớn

17

— Ngăn không cho cát từ tầng chứa nước và sỏi chèn trôi lọt vào trong giếng Tổn thất

áp lực của dòng chảy vào giếng nhỏ

- Đủ bền về cơ học

- Đủ trống để làm công tác bảo dưỡng định kì

- Chống lại sự ăn mòn và bám cặn

Khi thiết kế ông lọc cần quan tâm đến các van dé sau :

- Chiều dài công tác của ống lọc

- Đường kính ống lọc

- Kích cỡ và hình dạng của khe thu nước

— Lưu lượng nước cần thu

- Vấn đề ăn mòn và bám cặn

2.3.1 Phân loại

Theo cấu tạo, ống lọc có thể phân ra các loại như sau :

1 Ống khoan I6 :

Là các ống gang, thép hoặc thép không rỉ được khoan lỗ Đường

kính lỗ từ 10 + 25mm Ống thép, tỉ lệ diện tích loc 35%, ống gang

25% Ong có thể gồm một đoạn hoặc nhiều đoạn nối lại với nhau

Nhóm ống lọc kiểu này bao gồm các loại : khoan lỗ

- Ong khe dọc : Hình 2-4 Giới thiệu sơ đồ cấu tạo của ống khe dọc Ống loại này được -: chế tạo từ các ống thép, cắt khe hình chữ nhật, gia công trên các máy khía Khe có nhiều

cỡ khác nhau Chiều dài khe từ 20 + 200mm, chiều rộng 2,õ + 15mm Loại ống lọc này có tổng diện tích khe trống không lớn nhưng tổn thất thủy lực lại tương đối lớn

C—

C ¬

Hình 2-4, Sơ đồ bố trí khe của ống khe dọc - co

a- Bố trí so le ; b— Bố trí dối nhau ; Hình 2—5 Kiểu khe trống của

18 Sa ¬

ống lọc này có tổng diện tích các khe lớn nhưng độ

bền không cao

Ống lọc kiểu gờ nổi chế tạo từ các tấm thép được “—

dập để đục khe tạo nên gờ nổi của từng khe trống,: o _

sau đó hàn lại Các khe trống đục theo hàng dọc Loại TT oo

Hinh 2-6 Kiểu khe trống của

Loại ống lọc này, các khe cớ kích thước nhỏ, sắp ống lọc có khe cửa sổ

xếp theo hàng ngang Ống có tổng diện tích khé trống

Ong lọc quấn dây là các ống khoan lỗ hoặc cắt khe, mặt ngoài được quấn dây liên tục

bằng các dây đồng hoặc dây thép không rỉ Dây quấn cớ tiết diện tròn (d = 1 + 2,5mm)

hoặc tiết điện hình nêm, quấn đỉnh nêm quay vào trong Khoảng cách giữa các vòng dây từ

1 + 3,ðmm Giữa lớp dây quấn và cốt ống có đặt các dây thép d = 2 + ðmm dọc theo chiều

đài ống, nằm cách nhau 40 + 50mm

4 Ống lọc bọc lưới

Hình 2-8, giới thiệu cấu tạo của một loại ống lọc bọc lưới Cấu tạo của loại ống này là:

các ống khoan lỗ hoặc khe dọc bọc lưới, tấm

lưới được khâu lại ở chỗ nối Giứa tấm lưới

và cốt ống có các dây thép hoặc dây đồng

đường kính 4 + 6mm quấn vòng quanh ống

cốt kiểu lò xo, vòng nọ cách vòng kia lỗ +

80mm Tấm lưới được đan bằng dây đồng

hoặc dây thép không ri Đường kính dây đan

lưới 0,25 + lImm Kích thước mắt lưới a x

a = 1x l+ 3x 3mm

Các khe lọc này không nhất thiết phải

nhỏ hơn tất cả các loại cỡ hạt của tầng chứa

nước, Ống lọc loại này cấu tạo đơn giản

nhưng dễ bị ăn mòn điện hóa học, các khe

lọc đễ bị cát sỏi vít tắc và tổn thất thủy lực

qua lưới lớn |

Để tránh bị rỉ và ăn mòn có thể sử dụng

ống và lưới là các vật liệu phi kim loại

5 Ong khung xương được chế tạo gồm

các thanh thép dọc và ngang được hàn loại

với nhau Ở hai đầu là hai đoạn ống nối dài

300 + 400mm Các thanh thép dọc có đường

kính 10+ 16mm, đặt cách nhau 20 + 40mm

thanh ngạng là các vòng dỡ ở bên trong, đặt

cách nhau 200 + 300mmn Bên ngoài khung

có thể quấn dây hoặc bọc lưới Hình 2-9 giới

thiệu cấu tạo của ống khưng xương quấn dây

(60 ~ 70%) và tiết kiệm kim loại

6 Ống lọc bọc sỏi : Cấu tạo là các ống

khoan lỗ hoặc khe đọc, bọc lưới (hoặc quấn

dây) rồi bọc một hoặc hai lớp sỏi ở bên ngoài

4- Thanh ngang 5- Day quan 6- Lưới T- Soi

Hình 2-10

Ống lọc bọc sôi

Sỏi có thể bọc từ trên mặt đất hoặc bọc sau khi đã hạ ống xuống giếng Loại bọc dưới giếng

chỉ áp dụng khi khoan có dùng ống lồng

Các ống lọc bọc sỏi được sử dụng với tầng chứa nước là cát nhỏ hoặc cát mịn

Dùng ống lọc bọc sỏi, giếng phải khoan với cỡ đường kính lớn, làm chỉ phí xây dựng tăng Mặt khác, rất khớ bọc sỏi một cách đều đặn xung quanh ống lọc, các hạt sỏi lai có thể không được xếp chặt với nhau, tạo nên khe hở lớn trong vùng bọc sỏi Điều đó gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng làm việc của giếng Loại ống lọc này ít sử dụng trong thực tế

Hinh 2-10 gidi thiệu ống lọc bọc sỏi từ trên mặt đất

Chiều dày lớp sỏi bọc :

+ Ống bọc sỏi từ trên mặt đất, chiều dày lớp sỏi tối thiểu là 30mm

+ Ống bọc sỏi trong lỗ khoan, chiều dày lớp sỏi tối thiểu là 75mm —

2.3.2 Pham vi ting dung

6 phan trén da giới, thiệu một số loại ống lọc thường dùng ngoài ra còn nhiều loại khác nữa Loại ống lọc được lựa chọn phù hợp với cấu tao của tầng chứa nước

œ Nham thạch cứng, ổn định, khe nứt -bé, không din cát : không cần 1 dat ống lọc

ue Nham thạch nửa cứng, không ổn định ; đá dam cuội sỏi cỡ hạt từ 10 + Bð0mm chiếm

trên 50% khối lượng, có thể dùng một trong các loại ống lọc sau :

+ Ống khoan lỗ, đường kính lỗ 10 + 25mm

=: + Ống khe dọc, kích thước khe a x b= 150° + 250 x 10 + 15mm

+ Ong khung xương, kích thước khe 200 x 12mm

® Soi, da dam, cat to có cỡ hạt từ 1 + 10mm Các hạt có kích thước † từ 1 + 5mm chiếm trên 50% khối lượng dùng mệt trong các loại ống sau :

+ Ống khoan lỗ hoặc khe dọc quấn đây

| + Ong khe dọc quấn đây, kích thước khe 50 + '800- x 2, 5 + “5mm |

+ Ống lọc có gờ nổi hoặc khe cửa sổ -

e Cát thô cỡ hat 1 + 2mm chiém trén 50% khối lượng dùng một trong các loại ống sau : + Ống khoan lỗ hoặc khe dọc quấn dây hoặc bọc lưới, mặt lưới l x i1 + 2 x 2mm

+ Ong khung xương quấn dây, khoảng cách giữa các vòng đây từ 1 + 1,5mm

e Cát trung với các hạt có độ lớn 0,25 + 0,ỗmm chiếm trên ð0% phần trăm khối lượng : dùng ống lọc bọc một lớp sỏi

® Cát mịn cớ cỡ hạt 0,1 + 0,25mm chiếm trên 50% khối lượng : dùng ống lọc bọc hai lớp soi

21

2.3.3 Tinh todn 6ng loe

L : Chiều dài công tác của ống lọc (m)

Chiều dài công tác của ống lọc phải nam trong tang khai thác Phần công tác này phải nàm cách đỉnh và đáy tầng chứa nước ít nhất là 0,5 + 1m Giếng khai thác nước ngầm có áp, loại hoàn chỉnh chiều dài công tác của ống lọc lấy bằng 0,7 + 0,9 chiều dày tầng chứa nước

Giếng không áp, đỉnh ống lọc phải nằm thấp hơn mực nước động thấp nhất tối thiểu 3m

V : Vận tốc nước chảy qua ống lọc vào giếng, giá trị vận tốc này cần đảm bảo sao cho nước chảy trong tầng chứa nước đến giếng luôn ở trạng thái chảy tầng

Có nhiều tác giả đã đựa ra công thức xác định trị số V đối với từng loại đất đá Tiến sỉ

CK.Abramop đã đưa ra công thức thực nghiệm xác lập mối quan hệ giữa hệ số thấm EK và gradian áp lực Ï qua công thức :

Hệ số thấm K được xác định bằng thực nghiệm Khi tính toán sơ bộ có thể lấy theo bảng 2-2

3 Cát thô pha sỏi _ð0~+ 100 ` 300 + 500

Q - Lưu lượng thiết kế-của giếng khoan (m?/ng)

L ~ Chiéu dài công tác của ống lọc (m)

V - Vận tốc nước chảy qua ống lọc (m/ng)

Dựa vào giá trị đã tính, chọn đường kính ống lọc theo tiêu chuẩn

3 Chen sbi ống lọc : ho

Sau khi lắp đặt ống lọc, cần chèn một lớp SỎI Ở xung quanh ống lọc Chiều dày của lớp sỏi chèn tối thiểu là 75mm Cỡ hạt của lớp sỏi chèn được xác định dựa vào cấu tạo của tầng chứa nước Mục đích của việc chèn sỏi là ngăn chặn cát từ tầng chứa nước lọt vào 0 trong giéng sau khi bom phat trién Yêu cầu đối với: lớp s sỏi chèn : ộ

- Có hệ số thấm lớn sóc

- Vận tốc nước chảy vào giếng nhỏ

- Bền với các hóa chất

- Dùng sỏi thạch anh sạch, có độ tròn cao

Khi chọn sỏi chèn cần theo các bước sau :

- Xác định cỡ hạt của tầng chứa nước, chọn 70% cỡ hạt giữ lại trên sàng Lấy cỡ hạt trên sàng nhỏ nhất nhân với :

23

4 nếu tầng chứa mịn và đồng nhất

ð nếu tầng chứa thô và không đồng nhất

6 nếu tầng chứa thô và không đồng nhất nhiều

- Vẽ đường cong phân bố cỡ hạt của lớp sỏi chèn với hệ số không đồng nhất nhỏ hơn

AS : Tổn thất mực nước qua ống lọc (em)

Q : Lưu lượng khai thác của giếng (mỶ/ng)

Ð : Độ hạ mực nước trong giếng khi bơm (m)

1 : Hệ số thấm của tầng chứa nước (m/ng)

a : Hệ số phụ thuộc vào kết cấu ống lọc

† Ống khoan lỗ, cắt khe : a=6+8

Ong bọc lưới, quấn dây : a = lỗ + 20

Ống bọc sỏi a= 20 + 25

w : Dién tich xung quanh của ống lọc (m2

_ Công thức Barker va Herbert : |

Theo nghién cứu của tiến si Barker va Herbert (1992) khi nước chảy từ tổng chứa vào trong giếng sẽ có tổn thất thủy lực do nước chảy trong tầng chứa đến giếng, tổn thất khi chảy qua lớp sỏi chèn, tổn thất khi chảy qua khe lọc vào giếng và tổn thất khi chảy từ ống lọc đến bơm Tổng tổn thất đó có thể xác định bằng công thức :

A§ = hrc +hs +hg +he+hr(m) 9 (2-7)

Trong đó AS : Tổng tổn thất mực nước qua ống lọc TC

+ hrc : Tổn thất thủy lực do nước chảy trong tầng chứa đến giếng (m)

Ks : Hệ Số thấm của a lớp soi "chèn Có thể lấy Ks = = 35 - + 50 m/ng

: Bán kính của lớp sỏi chèn tính từ mặt ngoài lớp sỏi chèn đến tâm giếng (m) Ahs : Tén thất thủy lực trong lớp sỏi chèn do ảnh hưởng của chây rối (m)

Q 11 Als = Vs (geum) (x ~ a

œ : Hệ số kinh nghiệm của tổn thất theo chiều dài ống lọc

8 : Hệ số kinh nghiệm tính đến sự mất áp xung lượng trong ống lọc

25

+hr : Tén that thuy luc doc theo ống vach tính từ phía trên ống lọc

D Dạ : Đường kính của hai đầu côn nối

c = 0,2 : Hệ số tổn thất áp lực của côn nối với góc thu khoảng 15°

2.4 TINH GIENG KHOAN LAM VIEC RIENG LE

(2-12)

Trong thực tế, cố trường hợp trạm cấp nước chỉ có một giếng khoan Đó là trường hợp

chỉ cớ một giếng làm việc riêng lẻ trong tầng chứa nước

Như đã trình bày trong mục 2.2.2, có bốn loại giếng khoan được sử dụng để khai thác

nước Khi tính toán, tương ứng có bốn trường hợp cơ bản sẽ trình bày dưới dây

2.4.1 Giếng khoan hoàn chỉnh thu nước có áp

Sơ đồ tính toán được trỉnh bày trên hình 2-11

Trước khi tiến hành bơm nước, mực nước trong giếng là mực nước tĩnh, ngang bằng với mặt phẳng áp lực a-a Gọi độ sâu mực

nước tỉnh tính đến đáy cách thủy là H, H

giảm dần Nước từ tầng chứa bắt đầu

quanh giếng có sự giảm áp lực, tạo F J⁄Z YL ALL, W/, 27 VA

thành mặt đẳng áp có dạng hình phễu,

gọi là mặt cong ảnh hưởng Cắt mặt “- | lị s

ảnh hưởng bằng một mặt phẳng vuông ¬ —Iilịi— =

góc với mặt đẳng áp và đi qua tâm me ipa

giếng được đường cong ảnh huéng ab L

Khoảng cách từ điểm bất đầu có sự '“““““Z⁄⁄2⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄ <<

thay đổi áp lực đến tâm giếng gọi là

bán kính ảnh hưởng, kí hiệu là R Hink 2-11

26

Mực nước trong giếng khi bơm làm việc goi lA mvc nuéc déng (MND) Hiéu sé gita muc

nước tỉnh (MNT) và mực nước động gọi là độ hạ mực nước trong giếng khi bơm, trên

hình 2-11 kí hiệu là S Đây là một đại lượng rất quan trọng khi tính toán giếng khoan Nếu độ hạ mực nước tính ra :

+ Nhỏ quá là chưa sử dụng hết khả năng cung cấp nước của tang chia |

+ Lớn quá sẽ làm tăng cột áp toàn phần của máy bơm, do đó làm tăng chi phi quan li

+ Nếu lớn quá mức là đã sử dụng quá khả năng cung cấp của tầng chứa nước Trường hợp này giếng thường làm việc không ổn định Khi đó cần tăng số lượng giếng lên Khi bơm làm việc, nếu lưu lượng bơm đi bằng lưu lượng nước từ tầng chứa chảy vào giếng, mực nước động trong giếng sẽ không thay đổi Chuyển động của nước ngầm vào giếng khi đó là chuyển động ổn định Độ hạ mực nước 5 không thay đổi và lưu lượng khai thác cũng không thay đổi theo thời gian khai thác

Trường hợp ngược lại là chuyển động không ổn định lưu lượng hoặc độ hạ mực nước

trong giếng thay đổi theo thời gian khai thác:

Việc tính toán giếng khoan ở đây là xác lập mối quan hệ giữa lưu lượng, độ hạ mực nước, bán kính ống lọc với các đặc trưng của tầng chứa nước

i Trường hợp chuyển động ổn định :

Lưu lượng giếng xác định theo công thức Duypuy

Trong do :

K : Hé sé tham cua tang chứa nước

œ : Diện tích giới hạn phần thu r nước vào giếng Với giếng khoan hoàn chỉnh thu nước

có áp diện tích này bằng diện tích xung quanh của hình trụ chiều cao "bằng chiều dày tầng chứa nước m và bán kính x nào đó

—_ dx ca

Theo sơ đồ làm việc của giếng khoan :

+ x biến thiên trong khoảng r + R

+ y biến thiên trong khoảng h+H

Lấy tích phân cả hai vế phương trỉnh (2-14) :

Từ công thức (2-15) có thể suy ra công thức tính lưu lượng của giếng khi chọn trước độ

hạ mực nước trong giếng khi bơm

2,13 Km §

le r Trong các công thức trên :

H : Độ sâu mực nước tĩnh tính đến đáy cách thủy ‹ của tang chứa (m)

h: "Độ sâu mực nước động trong giếng (m)

m : Chiều dày tầng chứa nước (m) _

: Hệ số thấm của tầng chứa nước (m/ng)

: Lưu lượng khai thác của giếng (m”/ng)

oO mè

: Bán kính ảnh hưởng xác định bằng khoảng cách từ tâm giếng tới rìa mặt ảnh hưởng

r : Bán kính ống lọc (m)

S=H- h : Độ hạ mực nước trong giếng khi bơm (m)

2 Trường hợp chuyển động không ổn định

Như đã nơi ở phần trên, khi không có sự cân bằng giữa lưu lượng bơm đi và lưu lượng chảy vào giếng, giếng khoan sẽ làm việc không ổn định Trường hợp này có thể xây ra một trong hai khả năng :

- Nếu bơm ra với lưu lượng không đổi thì độ hạ mực nước trong giếng sẽ thay đổi theo thời gian khai thác và được xác định theo công thức :

Tầng chứa nước có áp, hệ số a thường nam trong khoảng 10% 4 + 10m i, Tầng chứa nước không áp, hệ số a thường từ 100 đến 500 m7/ng

BẢNG 2-8 MỘT SỐ GIÁ TRỊ CỦA HẦM SỐ Eị (-4) _

Nếu nguồn bổ cập của tầng chứa -' : _ —o

không đẩy đủ, độ hạ mức 5 sẽ tăng Tờ Í MNT

nước động (MNĐ) trong giếng sẽ , TV, 7, SS

ngay bi ha thap Dén hic nao dé muc Yd

: LLL) ⁄

nước động hạ xuống thấp hơn tầng

- Nếu giữ cho độ hạ rmmực nước LOTT Porro dS PPFD PP PO

không đổi theo thời gian khai thác

thi lưu lượng bơm sẽ phải thay đổi Hinh 2-12

và được xác định theo công thức :

— 12,56 Km

Trong trường hợp thời gian khai thác nước rất lớn (khi  < 0,1) thì có thể sử dụng công thức (2-15), (2-16) của chuyển động ổn định để tính toán cho chuyển động không ổn định

Nhưng ở đây, bán kính ảnh hưởng R không phải là một đại lượng cố định mà nó tăng dan

= 1,B Vat (2-20) 2.4.2 Giếng không hoàn chỉnh thu nước có áp

Hình 2-13 giới thiệu sơ đồ tính _ R

có áp Nước ngẩm có áp chảy vào giếng _„ a MNT

không hoàn chỉnh với sức cản lớn hơn |

2⁄4

so với giếng hoàn chỉnh Nếu cùng làm

việc ở điều kiện địa chất thủy văn giống

t

9k : Độ hạ mực nước trong giếng

5 : Độ hạ mực nước trong giếng hoàn chỉnh

AE : Độ hạ mực nước trong giếng do tính không hoàn chỉnh của giếng gây nên Giá trị của A5 được xác định theo công thức :

AS) = 0 16 2 ¢ | Tuy (2-29) Với :

(p= 23 2-1 ig Ba | | (2-23)

L : Chiều đài công tác của ống lọc

A : Hàm số, giá trị của nó được tra theo đồ thị hình 2-14 theo tỉ số L/m

khi chiều dày tầng chứa nước rất lớn, lưu lượng của giếng có thể xác định theo công thức :

Công thức này có ưu điểm là vắng mặt bán kính ảnh 2 L

hưởng R, một đại lượng rất khó xác định được chính xác ' -"o-aa 0a 06 08 01m

Ngoài công thức (2-22) ở trên, hiện nay giá trị ASL cũng ˆ Hình 2-14

thường được xác định theo công thức Barker c _` Đồ thị hờm số A

Z‹ : Khoảng cách theo chiều thẳng đứng từ giữa ống lọc đến tâm tầng chứa nước

rs : Bán kính lớp sỏi chèn tính từ tâm giếng đến mặt ngoài lớp sỏi chèn

m : Chiều dày tầng chứa nước

K : Hệ số thấm của tầng chứa

yr: Ban kính ống lọc

31

2.4.3 Giếng khoan hoàn chỉnh thu nước ngầm không áp

Hinh 2-15 giới thiệu sơ đồ tính giếng hoàn chỉnh thu nước ngầm không áp Mực nước

ngầm trong tầng chứa nước A-A Khi bơm chưa làm việc mực nước trong giếng là mực nước

tĩnh, coi như ngang bằng với mức A-A Khi bơm nước ra khỏi giếng với lưu lượng Q, mực

nước trong giếng hạ dần xuống Nước ngầm từ tầng chứa nước bắt đầu chảy vào trong giếng

Mực nước ở xung quanh giếng cũng hạ đần xuống tạo thành phễu hạ mực nước Mặt tự do của phễu hạ mực nước này cũng gọi là mặt cong ảnh hưởng Mực nước B-B gọi là mực nước động Độ sâu mực nước động tính đến đáy cách thủy là ho Đường AB gọi là đường cong ảnh hưởng

w: Diện tích giới hạn phần thu nước vào giếng

Diện tích này bằng diện tích xung quanh của một hỉnh trụ bán kính x, chiều cao y nào

wo = 27XY

Chiều cao y này chính là độ sâu mực nước ngầm phía ngoài giếng

V : Vận tốc trung bình của dòng thấm chây đến giếng

- Lấy tích phân phương trình vi:phan (2-30) CÓ : '

C: Hằng số tích phân Hang số này được xác định từ các điều kiện giới hạn ứng với điểm A Thay vao phuong trình (2-81) có :

Trong đó :

R: Bán kính ảnh hưởng

Họ: Độ sâu mực nước tỉnh tính ứng với điểm A nằm cách tâm giếng một khoảng R

- Thay phương trình (2+ 32) vào (2-ä1) có to Suy ê

Hoặc công thức tính độ hạ mực nước ngầm trong giếng khi bơm :

‘nang @, RF - "

8 = Ho-— Wj Hằ-— 0,731 lế (2-85)

Từ các công thức trên có thể xác định được độ sâu mực nước tỉnh y trong vùng ảnh hưởng của giếng tại điểm nằm cách tâm giếng một khoảng x nào đó để xây dựng đường cong ảnh hưởng theo công thức :

lgỄ

V họ + (Hỗ - hệ) @ 36)

lg

2 Trường hợp chuyển động không ổn định

- Nếu giếng khoan được khai thác với lưu lượng không đổi thì độ hạ mực nước trong giếng khi bơm xác định theo công thức :

Với : K : Hệ số thấm của tầng chứa nước

hp : Chiều dày trung bình của tầng chứa nước trong thời gian khai thác ;

.# : Hệ số phống thích nước

2.4.4 Giếng không hoàn chỉnh thu nước ngầm không áp

Hình 2-16 giới thiệu sơ đồ tính toán giếng khoan không hoàn chỉnh thu nước ngầm không ap

Tương tự như trường hợp giếng có áp, khi giếng khoan không hoàn chỉnh làm việc trong tầng chứa nước không áp, độ hạ mực nước trong giếng cũng tăng thêm một lượng ASo do tính không hoàn chỉnh của giếng gây nên ASo được xác định theo công thức :

34

Q

Ho : Độ sâu mực nước tỉnh tính đến đáy cách

thủy của tầng chứa nước trước khi bơm

8o : Độ hạ mực nước trong giếng hoàn chỉnh xác #

định theo công thức (2-35) và (2-37) ứng với

L, : Chiéu dai phan thu nước thực tế của giếng

SẼ : Độ hạ mực nước thực tế trong giếng không hoàn chỉnh không áp :

2.5 XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CƠ BẢN KHI TÍNH GIẾNG KHOAN:

2.5.1 Bán kính ảnh hưởng :

Bán kính ảnh hưởng R là một đại lượng xác định khớ khăn, phức tạp và cũng khớ chính

xác Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu tạo địa chất của tầng chứa nước, nguồn bổ cập

Cấu tạo của tầng chứa nước có ảnh hưởng rất lớn đến giá trị bán kính ảnh hưởng Cỡ

hạt (hay nói khác đi là độ rỗng) của tầng chứa càng lớn thì khả năng chứa nước càng lớn,

trữ lượng lớn và bán kính ảnh hưởng cũng càng lớn Giá trị của bán kính ảnh hưởng R có

thể tra theo cấu tạo tầng chứa cho trong bảng 2-2

Nguồn bổ cập và giới hạn của tầng chứa nước cũng cần được quan tâm để xác định bán

kính ảnh hưởng Khi lưu lượng khai thác lớn nguồn bổ cập không đẩy đủ thì bán kính ảnh

_ hưởng sẽ tăng theo thời gian khai thác và ảnh hưởng đến giới hạn của tầng chứa Trong

trường hợp này giếng khoan sẽ làm việc không ổn định ; nếu nguồn bổ cập đẩy đủ, bán kính

35

ảnh hưởng hầu như không thay đổi trong thời gian khai thác và tất nhiên trường hợp này giếng khoan sẽ làm việc ổn định

“Trong điều kiện có thể, nên có các lỗ khoan thăm dò và tiến hành bơm thí nghiệm Lúc

đó bán kính ảnh hưởng có thể xác định một cách tương đối đúng theo số liệu của giếng thí nghiệm hoặc giếng đang khai thác trong điều kiện địa chất thủy văn tương tự với giếng thiết

8S lg(Rr-Tm) | |

6 day :

R, r, s : Bán kính ảnh hưởng, bán kính ống lọc, độ hạ mực nước của giếng thiết kế

lạ, ry, 5+ : Bán kính ảnh hưởng, bán kính ống lọc, độ hạ mực nước trong giếng thi

nghiệm hoặc giếng đang khai thác 7

Việc tính toán theo công thức trên, gặp một khó khăn là giếng thiết kế còn nhiều thông

số chưa xác định nên phải tính toán theo phương pháp thử dần để có được phương án

tốt nhất

Ngoài ra bán kính ảnh hưởng cũng có thể xác định theo công thức thực nghiệm :

S : Độ hạ mực nước trong giếng khi bơm (m)

K : Hệ số thấm của tầng chứa nước (m/ng)

- Trong chuyển động không ổn định :

= 1,BVat

a : Hệ số truyền áp (m/ng) _

t : Thời gian khai thác nước (ngày)

2.5.2 Độ hạ mực nước giới hạn

Trong tính toán giếng khoan cũng như trong khai thác: nước, ứng với mỗi trị số Q bơm

ra sẽ cố một trị số độ hạ mức nước Š tương ứng Vấn đề đặt ra là phải chọn được phương

- án hợp lí nhất về lưu lượng khai thác và độ hạ mực nước để giếng khoan hoặc nhớm giếng khoan thiết kế ra kinh tế và làm việc ổn định, đảm bảo yêu cẩu cấp nước cả về khối lượng

và chất lượng Mặt khác, nhất thiết phải bảo đảm :

5 : Độ hạ mực nước trong giếng thiết kế

Đgh : Độ hạ mức nước cho phép lớn nhất của giếng thiết kế

Với giếng khai thác nước ngầm có áp :

| Ssh = H - (0,8 + 0,6) m - A§ - AHb | (2-46)

Với giếng không ap: | a, , - s "

H: Chiều sâu mực nước tỉnh 'tính đến đầy cách thủy khi chua bom -

m : Chiều dày tầng chứa nước có áp TS

AS : Tổn thức mực nước qua ống lọc, xác định theo công thức (2-6) hoặc (2-7)

ARb : Độ sâu đặt bơm dưới mực nước động Độ sâu này có thể lấy từ 2 + ðm 2.5.3 Mối quan hệ giữa lưu lượng, độ hạ mực nước và lưu lượng riêng của giếng Giữa lưu lượng bơm Q và độ hạ mực nước Š trong giếng khi bơm có mối liên hệ lẫn nhau Khi tính toán hoặc bơm thí nghiệm ở một giếng nào đó ta có thể: xác lập được quan hệ

Q = f(Š) hoặc 5 = ø(Ql)

Trong mối quan hệ này cần kể đến các loại tổn thất do

nước chảy trong tầng chứa nước đến giếng, tổn thất khi

chảy qua khe lọc vào trong giếng qua ống lọc và cả '

Để xác lập mối quan hệ giữa lưu lượng và độ hạ mực

nước trong giếng khi bơm, có rất nhiều tác giả và nhiều

phương pháp nghiên cứu Các phương pháp này đều dựa

trên lí thuyết về dòng thấm và mô hình thí nghiệm thấm

— Trường hợp nước ngầm có áp : Mối quan hệ A = f(S)

gan như là bậc nhất (Hình 2- -17) Trường hợp này tỉ lệ giữa

lưu lượng và độ hạ mực nước là một đại lượng không đổi, hoặc gần như không đổi

` “Hình 2-1

S=a= w= q = const

Như vậy q chính là lưu lượng bơm tính bỉnh quân trên một đơn vị chiều sâu hạ mực

nước q được gọi là lưu lượng riêng hay lưu lượng đơn vị của giếng Lưu lượng đơn vị phụ thuộc vào cấu tạo địa chất của tầng chứa THƯỚC Với tang chứa nước cớ: ap, lưu riượng đơn vị

Cát nhỏ 2 + 4 m?/m-h Cát trung 4+8 7 - - Cát thô lẫn sỏi 10 + 12 -

~ Trường hợp nước ngẩm không áp :

Trong tầng chứa nước không áp, khi độ hạ mực nước càng tăng thì chiều dày lớp nước chảy vào giếng càng giảm (với nước có áp, chiếu dày này không đổi) Vì vậy lưu lượng thu

37

được cũng giảm đi Nghĩa là độ hạ mực nước 5 tăng nhanh hơn

so với mức độ tăng lưu lượng Q và lưu lượng đơn vị trong 9

trường hợp này là một đại lượng thay đổi Độ hạ mực nước

càng tăng thì lưu lượng riêng càng giảm Mối quan hệ Q = f(S)

là một đường cong (hình 2-18) ; Trong thực tế, tầng chứa nước Q=í®)

được cấu tạo bởi các phần tử đất, cát, cuội sỏi có hình dạng và

kích thước rất khác nhau nên hỉnh dạng của các lỗ hổng mà

dòng thấm chuyển động qua cũng muôn hình muôn vẻ Khi

bom nước, các loại tổn thất thủy lực xuất-hiện cả trong và

ngoài giếng đều tương đối lớn Với cả tầng chứa nước cóáp và S

không áp, mối quan hệ Q = f(5) luôn luôn khác với lí thuyết

Vì vậy, khi tính toán người ta thường sử dụng các công thức Hinh 2-18

thuc nghiém

Công thức được sử dụng rộng rãi

S=aQ+pQ ~ “ (2-48)

a, 8 là các hệ số được xác định theo số liệu bơm thí nghiệm

Ví dụ : Lần bơm thứ nhất đo được $1, Q)

Lần bơm thứ hai đo được 52, Q2

Theo công thức (2-48) giải hệ hai phương trình sẽ xác định được hệ sé a va B

Mối quan hệ 5 - Q theo công thức (2-48) có thể đưa về dạng bậc nhất :

Nếu có nhiều số liệu thí nghiệm thỉ công thức (2-49) có thể biểu diễn trên đồ thị Nếu

các điểm thí nghiệm nằm trên đường thẳng thì biểu: thức (2-48) thoả mãn Lúc đó có thể

sử dụng đồ thị để tính toán giếng

Trong một số trường hợp, sẽ nhận được kết quả tính toán hợp lí hơn khi sử dụng

công thức :

= pQ pqm _ (2-50) 2-50) 4S a

Với p, m là các hệ số được xác định bằng các số liệu

thí nghiệm Các tính toán cũng tương tự như đối với hệ

a, b là các hệ số được xác định dựa vào các số liệu Q

bơm thí nghiệm như hai trường hợp trên - - - Hinh 2-19

38

2.6 GIENG KHOAN THU NUOC TU NHIEU TANG CHỨA NƯỚC

Trong mục 2.4 ở trên đã trinh bay phương pháp tính các giếng khoan khi làm việc riêng _ lẻ, thu nước từ một tầng chứa nước

Trong thực tế, nhiều khi phải sử dụng giếng khoan khai thác nước từ nhiều tầng chứa: hoặc từ một tầng chứa nhưng có bổ cập từ các tầng chứa khác

2.6.1 Khai thác nước từ nhiều tầng chứa nước :

không có mối liên hệ về mặt thủy lực : Giả TỐ

sử nước ngầm được khai thác từ hai tẩng

chứa nước như trên hình 2-20 Tầng thứ

nước từ tầng thứ nhất với lưu lượng Q sẽ K——

tác tì ưng thế lá với vờ ượng qseó _ LLL, LLL

E

mối quan hệ về mặt thủy lực nên khi giếng

rị, r2 : Bán kính phần ống lọc nằm trong tầng chứa nước thứ nhất và thứ hai

và độ hạ mực nước trong giếng :

- Trường hợp giữa hai tầng chứa nước có mối liên hệ về thủy lực :

Lưu lượng giếng xác định theo công thức : _

2,78 K(mi + m2)5

8 r Km; + Km

2.6.2 Khai thác nước từ một tầng nhưng có bổ cập từ các tầng khác

- Nguồn bổ cập từ phía đáy hoặc mái :

Có nhiều trường hợp khi khai thác nước từ một tầng chứa nhưng tầng này lại có mối liên hệ thủy lực với tầng chứa nước ở phía mái hoặc phía đáy làm cho lưu lượng giếng tăng lên đáng kể Lúc này, lưu lượng giếng có thể xác định theo công thức :

_ 2,73Km5S

R lg~

Ko, mọ : Hệ số thấm và chiều dày tầng bổ cập

- Nguồn bổ cập từ cả đáy và mái :

Trường hợp này lưu lượng giếng cũng xác định theo công thức (2-57) ở trên nhưng đại lượng R tính theo công thức :

Ỏ đây :

¡, mị : Hệ số thấm và chiều dày tầng bổ cập ở phía đáy :

¿, mạ : Hệ số thấm và chiều dày tầng bổ cập ở phía mái

2.7 TÍNH NHÓM GIẾNG KHOAN LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI

Trong thực tế cấp nước, do lưu lượng yêu cầu của các nhà máy nước thường lớn hơn nhiều so với lưu lượng mà một giếng có thể cung cấp được Vì thế phải sử dựng nhóm giếng

để cung cấp nước Rhi có nhiều giếng đồng thời làm việc trong tầng chứa nước, sự làm việc của mỗi giếng đều gây ảnh hưởng đến sự làm việc của mỗi giếng khác trong nhớm Điều đó làm cho mặt ảnh hưởng của nhóm giếng có dạng khá phức tạp Mức độ ảnh hưởng lẫn nhau giữa các giếng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : đặc trưng của tầng chứa nước, lưu lượng khai thác, khoảng cách giữa các giếng, nguồn bổ cập

Việc tính toán ảnh hưởng của các giếng khoan rất phức tạp Nó dựa trên cơ sở lí thuyết

cơ bản về dòng thấm và cơ học chất lỏng Có rất nhiều tác giả đưa ra các phương pháp tính toán nhớm giếng khoan làm việc đồng thời như Đuypuy, Forgaymer, Antopxki, Abramop,

Barker,

40