Công trình lấy nước ngầm theo chiều đứng: Là loại giếng đào sâu vào tầng thấm nước, dùng bơm để bơm nước lên hệ thống kênh mương đưa nước đến mặt ruộng.. Vật liệu xây dựng: Gạch đá, ống
Trang 1Giáo trình Thủy Nông 2 CHƯƠNG 11
31
CHƯƠNG 11: BIỆN PHÁP KHAI THÁC NƯỚC NGẦM ĐỂ TƯỚI
Hiện nay yêu cầu nước của các ngành công nghiệp, nông nghiệp ngày càng tăng Do đó việc sử dụng nước mặt ở một số vùng ngặp nhiều khó khăn Vì vậy việc khai thác nước ngầm để đáp ứng nhu cầu trên là hết sức cấp thiết
*Dùng nước ngầm để tưới khi:
- Nguồn nước mặt thiếu
- Không có điều kiện để chuyển nguồn nước mặt từ nơi khác đến
*Ưu điểm:
- Lấy nước tại chỗ, đường kênh ngắn, tổn thất nước ít, hiêu quả lợi dụng nước cao
- Công trình lấy nước ngầm đơn giản, vốn đầu tư ít, hiệu quả cao
- Lượng ngậm bùn cát trong nước ngầm bé, không gây bồi lắng kênh mương
- Dùng nước ngầm để tưới góp phần cải tạo đất mặn
*Nhược điểm:
- Lưu lượng ít, diện tích tưới nhỏ và khá phân tán
- Độ khoáng hoá cao không thích hợp đối với yêu cầu chất lượng nước tưới
- Nhiệt độ nước ngầm thấp ( Nhiều khi không phù hợp với yêu cầu của cây trồng ) ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây trồng
- Khi mặt nước ngầm nằm sâu việc khai thác khó khăn, giá thành đắt
11-1 KHÁI NIỆM NƯỚC NGẦM
I Phân loại nước ngầm:
Trang 232
1.Nước ngầm tầng trên:
-Nước ngầm tầng trên là nước ngầm nằm ở trên tầng không thấm thứ nhất, nằm sát mặt đất, là mặt nước tự do không áp Nguồn nước cung cấp chính cho nước ngầm tầng trên là do mưa ngấm vào đất, ngoài ra nước ngầm tầng trên còn do nước sông, ao hồ, kênh mương cung cấp, do đó chất lượng nước không tốt và trữ lượng nước nhỏ, không ổn định
-Động thái nước ngầm tầng trên phụ thuộc vào: Chế độ mưa, bốc hơi, tình hình thuỷ văn sông ngòi ( Vào mùa mưa : Nước từ sông, ao hồ cung cấp cho nước ngầm, mùa khô nước ngầm lại cung cấp nước cho sông, ao hồ
2.Nước ngầm tầng sâu:
- Nằm ở phía dưới tầng không thấm thứ nhất, thường nằm kẹp giữa các tầng không thấm nên có áp Do nằm dưới tầng không thấm nên nước ngầm tầng sâu không trực tiếp nhận nguồn cung cấp của nước mưa Nơi tiếp nhận nguồn nước là những chỗ từng thấm nước chạy lộ ra mặt đất Chất lượng nước tốt và trữ lượng ổn định
3 Nước ngầm trong khe nứt: Nước nằm trong khe nứt của nham thạch, trữ lượng rất ít không
đáng kể
4 Nước trong hang động: Nước trong hang động còn gọi là nước Kartơ, nằm trong các hang
động do nước xâm thực nham thạch tạo thành, thường có ở các vùng đá vôi
II Yêu cầu chất lượng nước ngầm để tưới cho cây trồng:
1 Yêu cầu về nhiệt độ của nước:
Nước tưới đưa vào ruộng phải có nhiệt độ thích hợp thì cây trồng mới phát triển tốt
2 Yêu cầu về hàm lượng muối ở trong nước:
Tổng số muối tan trong nước ngầm < 1,0 g/l không ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây Tổng số muối tan trong nứơc ngầm 1,0÷4 g/l khi tưới cần phải có biện pháp xử lí thích hợp
11.2 CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC NGẦM
Có hai loại công trình lấy nước ngầm theo chiều đứng và công trình lấy nước ngầm theo chiều ngang Tuỳ theo động thái nước ngầm nằm nông hay sâu mà lựa chọn phương án lấy nước có lợi nhất
A Công trình lấy nước ngầm theo chiều đứng:
Là loại giếng đào sâu vào tầng thấm nước, dùng bơm để bơm nước lên hệ thống kênh mương đưa nước đến mặt ruộng
* Dựa vào vị trí đáy giếng với tầng không thấm ta chia làm hai loại:
- Giếng hoàn chỉnh: đáy giếng đào sâu xuống tầng không thấm (Dễ tính toán)
- Giếng không hoàn chỉnh: Đáy của nó không tiếp xúc với tầng không thấm
Trang 3
Giáo trình Thủy Nông 2 CHƯƠNG 11
33
*Dựa vào kết cấu và phương pháp xây dựng giếng ta chia làm các loại:
- Giếng thùng, giếng ống, giếng chân không, giếng liên hợp
I Giếng thùng:
Là loại giếng có đường kinh tương đối lớn D > 1m Vật liệu xây dựng: Gạch đá, ống bê tông,
bê tông cốt thép, giếng thùng chủ yếu lấy nước nước ngầm tầng trên nên lưu lượng giếng nhỏ và không ổn định Giếng thùng sâu khoảng 10÷20m, cũng có khi sâu tới 40÷60m, 100m Phương pháp đào bằng tay hay máy đào đơn giản
1/ Cấu tạo:
Giếng thùng gồm có ba bộ phận:
- Miệng giếng: Là phần nằm trên mặt đất, nắp đậy và lỗ thông hơi
- Thân giếng: Là phần từ mặt đất đến mực nước ngầm
- Phần vào nước của giếng: Phần nằm sâu dưới mực nước ngầm Đây là bộ phận chủ yếu của giếng ống giếng có bố trí bộ phận lọc nước ở đáy giếng và lỗ vào nước ở thành giếng
Nếu vật liệu làm giếng không phải là những vật liệu tự thấm nước, thì trên thành giếng làm những lỗ vào nước, trong các lỗ đó có những tầng lọc để lọc nước đưa vào giếng
Tầng thấm
Kiểu thẳng góc Kiểu nghiêng
Kiểu chử V
Trang 434
Ngoài ra có thể dùng bê tông rỗng để lọc nước vào giếng Bê tông rỗng có thể làm thành từng đai hoặc từng ô cửa bê tông đúc sẵn
2 Bán kính ảnh hưởng của giếng:
Khi bơm nước trong giếng ra, mực nước trong giếng sẽ hạ thấp xuống một độ sâu S, mặt nước ngầm trong đất sẽ làm thành mội hình phểu mà giếng là trung tâm Hình phểu đó là khu vực ảnh hưởng của nước ngầm khi bơm nước Bán kính hình phểu chính là bán kính ảnh hưởng của giếng R Bán kính ảnh hưởng R có quan hệ đến việc bố trí các giếng vì bán kính R lớn thì khoảng cách lớn và ngược lại
Để xác định bán kính ảnh hưởng của giếng ta thường dùng các phương pháp sau:
a/ Bơm nước thí nghiệm: Đào các hố quan trắc để đo mực nước ngầm ở các vị trí khác nhau,
từ đó ta có thể tính được bán kính ảnh hưởng R của giếng
- Nếu có 2 hố quan trắc:
+ Giếng có áp: logR =
2 1
1 2 2 1
S S
x log S x log S
−
−
+ Giếng không có áp: logR =
2 1
1 2
2 2 1
1
S S
x log ) S H 2 ( S x log ) S H 2 ( S
−
−
−
−
- Nếu có 1 hố quan trắc:
+ Giếng có áp: logR =
1
1
1 log log
S S
r S x S
−
−
Trang 5Giáo trình Thủy Nông 2 CHƯƠNG 11
35
+ Giếng không có áp: logR = 2
1 2
1
2 1
h h
) x log r (log h ) x log r (log H
−
−
−
−
- Nếu không có hố quan trắc:
Q
) h H ( KM 73 ,
+ Giếng không có áp: logR = logr
Q
) h H ( K 365 , 1
2 2
+
−
Ký hiệu:
R: Bán kính ảnh hưởng của giếng (m)
h1: Chiều sâu mực nước trong giếng quan trắc khi bơm nước
S1, S2: Độ sâu hạ thấp của nước ngầm trong hố quan trắc thứ 1 và thứ 2 (m)
x1, x2: Khoảng cách từ giếng đến hố quan trắc thứ 1 và thứ 2 (m)
H: Mực nước ngầm trước khi bơm nước (m)
h: Mực nước trong giếng khi bơm nước (m)
S: Độ hạ thấp của nước giếng khi bơm nước (m) S = H - h
r: Bán kính của giếng (m)
K: Hệ số thấm (m/s)
M: Độ dày của tầng thấm nước của giếng có áp (m)
Q: Lưu lượng bơm nước ra khỏi giếng (m3/s)
b/ Dùng công thức kinh nghiệm:
- Khi biết trước H và S
Công thức Ku sa kin: R = 575 S KH
R,S (m) K: Hệ số thấm (m/s) H: Độ dày của tầng thấm nước (m) Nếu K (m/ngày): R = 1,95S KH ≅ 2S KH (m)
- Nếu không biết trước H thì
Dùng công thức Sichardt :
R = 3000S K (m) Với k (m/s)
R = 10S K (m) Với k (m/ngày đêm)
Trang 636
c/ Dùng những số kinh nghiệm:
Nếu bơm nước hạ thấp mực nước trong giếng xuống 1m thì R được xác định theo loại đất như sau:
Đất cát nhỏ R = 50÷100 m
Đất cát vừa R = 100÷200 m
Đất cát thô R = 200÷400 m
Sỏi và đá cuội R = 400÷600 m
3/ Tính toán lưu lượng của giếng thùng:
Giếng thùng lấy nước tầng trên, để xác định lưu lượng của giếng thùng ta phân 2 trường hợp tính toán:
a/ Giếng hoàn chỉnh:
Lưu lượng chảy vào giếng tại mặt cắt x nào đó = Diện tích qua nước x vận tốc
Q = ω.V = (2 π xy)KJ = 2 xyKπ
dx
dy (K: Hệ số thấm)
x
dx = π
Q∫ = ∫H
h R
r
ydy K
x
Q(LnR - Lnr) = K π (H2 - h2)
Q =
r R
h H K r
R Ln
h H K
log 3 , 2
) (
)
Π
Q =
r
R log
) h H ( K 365 , 1 r
R log 3 , 2
) h H ( K 14
,
3
2 2 2
Nếu thay h = H - S
Q =
r R
S S H K
log
) 2 ( 365
,
Q: Lưu lượng khai thác của giếng hoàn chỉnh không áp (m3/s) hay (m3/ngày)
Trang 7Giáo trình Thủy Nông 2 CHƯƠNG 11
37
K: Hệ số thấm (m/s) (m/ngày)
H: Độ dày tâng thấm nước (m)
h: Độ sâu nước trong giếng (m)
S: Độ sâu hạ thấp của nước trong giếng (m)
R,r (m)
b/ Giếng không hoàn chỉnh:
Dùng công thức kinh nghiệm Damarin
- Khi đáy giếng bịt kín: Q = 1,365K 4
2 2
h
L h 2 h L r
R log
h
- Khi đáy giếng không bịt kín: Q = 1,365K 4
2 2
h
L h 2 h
r 5 , 0 L r
R log
h
Trong đó:
L: Độ sâu mực nước của giếng sau khi bơm (m)
Ha:Độ sâu nước ngầm có ích (m)
Trong trường hợp tầng đất thấm nước rất dày, phạm vi ảnh hưởng không phải toàn bộ tầng nước ngầm mà chỉ trong độ sâu Ha thì phải thay H bằng Ha và h bằng ha vào các công thức trên ha
= Ha - S
Để xác định Ha thì Damarin đã lập ra quan hệ S và Ha để xác định độ sâu nước ngầm có ích
S Ha 0,2(S + L)
0,3(S + L) 0,5(S + L) 0,8(S + L)
1,3(S + L) 1,5(S + L) 1,7(S + L) 1,85(S + L)
Trang 838
II Giếng ống:
Là loại giếng có đường kinh nhỏ, độ sâu giếng lớn, có thể lấy được nước ngầm tầng trên và nước ngầm tầng sâu Giếng ống thường sâu 30÷150m, có khi sâu đến 200m Lưu lượng khai thác của giếng lớn nên diện tích tưới nhiều so với giếng thùng
1/ Cấu tạo:
Giếng ống gồm có 3 bộ phận:
Ôúng thân giếng
Ôúng lọc nước
Tầng thấm nước
Tầng thấm nước
Tầng không thấm
Tầng không thấm
Lưới thép bảo vệ Lổ thoát nước
Bp vào nước
Thân giếng
Miệng giếng
- Miệng giếng: Là phần gần mặt đất, gồm: Hố giếng + Miệng giếng
- Thân giếng: Đoạn từ miệng giếng đến tầng lấy nước Vật liệu thâng giếng bằng: Gỗ, sành nếu giếng sâu dùng ống gang, ống thép
- Bộ phần vào nước: Phần ống lọc nước nằm trong tầng lọc nước Bộ phận này rất quan trọng vì ảnh hưởng đến chất lượng nước và lưu lượng nước được khai thác Yêu cầu đối với bộ phận vào nước:
- Phải kiên cố
- Có tầng lọc để chống được hạt bùn cát vào giếng
- Nước vào giếng dễ dàng
Ngoài bộ phận vào nước nên có lưới lọc nước bao ngoài ống Lưới lọc nước có thể làm bằng lưới sắt, lưới bằng cói, bằng áo dừa
2/ Tính toán lưu lượng của giếng ống:
Giếng ống lấy nước tầng dưới thường có áp
a/ Giếng hoàn chỉnh:
Q = ω.V = (2 π x M)KJ = 2 xMKπ
dx
dy (K: Hệ số thấm)
x
dx = π
Q∫ = π H∫
h
R
r
dy M K 2 x
dx
Q(LnR - Lnr) = 2K M(Hπ - h)
Trang 9Giáo trình Thủy Nông 2 CHƯƠNG 11
39
Q =
r
R log 3 , 2
) h H ( M K 2 r
R Ln
) h H ( M K
Q =
r R KMS r
R
h H KM
log
73 2 log
) ( 73
,
b/ Giếng không hoàn chỉnh: Có 3 trường hợp tính toán
- Nước vào giếng qua thân giếng, có đáy giếng được bịt kín theo Damarin
Q = 4
M
L M 2 M L r
R log
KMS 73 ,
- Nước vào giếng qua thân và đáy giếng R
M
L M 2 M
r 5 , 0 L r
R log
KMS 73 ,
MNN
S
h
M
Trang 1040
- Nước vào giếng chỉ qua đáy mà không qua thân giếng
Q =
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅ +
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
M
R r
M
MS K
2
3 log 6 , 4 1
4
π
π
Nếu tầng thấm quá dày (Tức M quá lớn) thì phạm vi ảnh hưởng hạn chế ở độ dày tầng thấm nước có ích Ma Do đó ta phải thay M bằnh Ma vào các công thức trên Xác định Ma cũng như Ha
III Giếng chân không:
Bịt kín phần trống nằm giữa ống hút của máy bơm và thành giếng, làm cho mặt nước trong giếng không tiếp xúc với khí trời Do đó khi bơm nước, mực nước trong giếng hạ xuống và trên mặt nước hình thành chân không, lưu lượng giếng chân không khai thác được gấp 2÷3 lần giếng thùng
Ôúng áp lực
Đất sét
Tầng lọc đáy
Máy bơm
IV Giếng liên hợp:
Là giếng có bộ phận trên là giếng thùng, bộ phận dưới là giếng ống Giếng liên hợp được
dùng khi:
- Tầng thấm rất sâu, từ giếng thùng đào thành giếng liên hợp để giảm khối lượng đào
- Để lấy nước ở các tầng thấm nước phía dưới
- Dùng giếng ống để lấy nước, giếng thùng để chứa nước (Lấy nước tự chảy hay bán tự chảy)
- Giếng sâu, cột nước bơm của máy bơm có hạn, máy được đặt ở đáy phần giếng thùng
Trang 11Giáo trình Thủy Nông 2 CHƯƠNG 11
41
B Công trình lấy nước ngầm theo chiều ngang:
I/ Cấu tạo:
Ở những nơi nước nằm nông (<5 m), tầng thấm nước nhỏ ta có thể đào các hào tập trung nước
để lấy nước ngầm, các hào này thẳng góc với hướng nước ngầm Hào có thể ở dạng hở hay kín Công trình lấy nước ngầm theo chiều ngang gồm 4 bộ phận:
y
x
R
x
y H
h
sông
b
1/Bộ phận vào nước:
3 4
MNN
1 bộ phận vào nước
2 bộ phận dẫn nước
3 giếng kiểm tra
4 bể tập trung
Đây là bộ phận tập trung nước có độ dốc nhất định để nước tự chảy đến bộ phận dẫn nước Bộ phận vào nước có nhiều kiểu:
- Đào thành đường hào, sau đó xếp tầng lọc ở giữa là lõi đá dăm, phía trên lấp đất
- Thay lõi đá dăm bằng đường ống có lỗ vào nước
- Xây thành đường hầm có bố trí lỗ vào nước phía trên lấp đất
- Nếu lưu lượng lớn, địa chất tốt có thể đào tuy nen
2/ Bộ phận dẫn nước:
Là đoạn nối tiếp từ bộ phận vào nước đến bể tập trung nước Đây là đường hầm kín, không có nhiệm vụ lấy nước ngầm trong đất nên không có tầng lọc và lỗ vào nước
3/ Giếng kiểm tra:
Dùng để kiểm tra, tu sửa những bộ phận nằm dưới đất, đồng thời là đường vận chuyển đất khi thi công đường hầm
4/ Bể tập trung nước:
Có tác dụng điều tiết lượng nước dùng, dùng bơm để đưa nước từ bể tập trung lên hay dùng đường ống để dẫn nước đi
II Xác định lưu lượng lấy vào của công trình lấy nước ngầm theo chiều ngang:
Công trình lấy nước theo chiều ngang có thể lấy nước từ hai bên hay một bên
Trang 12
42
1/ Trường hợp lấy nước một bên:
Lưu lượng tại mặt cắt x nào đó:
Q = ωxVx = LyK
dx dy
Q∫ = H∫
h
R
b
ydy KL dx
Q(R-b) = ( 2 2)
h H 2
Q =
) b R ( 2
) h H (
−
−
Q: Lưu lượng (m3/s)
H: Độ sâu nước ngầm khi không bị ảnh hưởng của công trình lấy nước (m)
h: Độ sâu nước trong đường hầm (m)
L: Chiều dài của công trình lấy nước (m)
R: Chiều rộng ảnh hưởng của đường hầm (m)
K: Hệ số ngấm (m/s)
2/ Trường hợp lấy nước từ hai bên:
Lưu lượng lấy nước vào hai bên đường hầm được tính theo công thức:
Q =
) b R (
) h H (
−
−
12.3 HỆ THỐNG TƯỚI BẰNG NƯỚC NGẦM:
I Nguyên tắc lợi dụng tổng hợp nguồn nước ngầm:
1/ Phải phối hợp chặt chẽ giữa việc lợi dụng nguồn nước mặt đất và nước ngầm:
- Tận dụng nguồn nước mặt đất trước nếu thiếu mới dùng nước ngầm
- Dùng nước trong khu vực tưới (Nước mặt và nước ngầm) nếu thiếu mới điều phối
nước khu vực khác đến
- Công trình khai thác nguồn nước ngầm phải tận dụng tối đa kênh mương sẵn có
2/ Phải phối hợp chặt chẽ giữa thượng và hạ lưu khu vực:
- Ở những vùng có nguồn nước ngầm tương đối phong phú (Vùng đất bằng sát núi) nên tận dụng nguồn nước ngầm, còn nước mặt (Nước của sông suối) đưa về những vùng thiếu nước ngầm ở hạ lưu
3/ Phải tổng hợp nguồn nước ngầm:
Ngoài việc thoả mãn nhu cầu nước tưới còn phải xét đến nhu cầu dùng nước của các ngành khác: Nước dùng cho sinh hoạt, sản xuất, chăn nuôi
II Hệ thống tưới bằng nước ngầm:
Hệ thống tưới nước ngầm có ba bộ phận:
- Công trình lấy nước
- Công trình trữ nước
- Đường kênh dẫn nước
Trang 13Giáo trình Thủy Nông 2 CHƯƠNG 11
43
1/ Bố trí công trình lấy nước (Bố trí giếng):
Nếu nước ngầm là nguồn nước chủ yếu của khu tưới trong trường hợp này khi qui hoạch bố trí các giếng cần căn cứ vào:
- Điều kiện địa chất thuỷ văn ( Trữ lượng và động thái nước ngầm, sự phân bố các tầng đất thấm nước)
- Sự phân bố diện tích tưới, loại cây trồng, nhu cầu tưới
- Địa hình khu tưới (Giếng phải được bố trí ở khu vực cao để việc dẫn nước thuận lợi)
- Công cụ lấy nước và khả năng sử dụng công cụ đó
Hinh thức bố trí:
- Phải xác định được độ sâu của giếng (Căn cứ vào yêu cầu nước và tình hình nước ngầm, xác định chiều sâu giếng để đảm bảo lưu lượng khai thác Q)
- Xác định khoảng cách L giữa hai giếng khác nhau Để các giếng làm việc độc lập thì: L> 2R
- Các giếng nên bố trí thẳng góc với hướng dòng chảy của nước ngầm
- Bố trí các giếng có nhiều cách: Bố trí theo tuyến thẳng, hình vuông, hình hoa mai
Tuyến thẳng phù hợp với vùng có nước ngầm có lưu lượng Q phong phú
Tuyến hình vuông & hoa mai phù hợp với vùng nước ngầm tĩnh và lưu lượng Q bé
2/ Công trình trữ nước
Khi lưu lượng nước ngầm có thể khai thác được quá bé, hoặc khả năng của máy bơm không bơm được nhiều cần phải xây dựng công trình trữ nước.(Kho nước của giếng) bơm nước vào để trữ lại Công trình trữ nước có nhiệm vụ trữ lượng nước các giếng khi không tưới để dùng vào những lúc cần tưới Như thế công trình trữ nước có nhiệm vụ như sau:
- Tăng cường lợi dụng nguồn nước
- Tăng số giờ hoạt động của máy bơm
- Mở rộng diện tích tưới
- Làm tăng nhiệt độ của nước ngầm phù hợp theo yêu cầu của nước tưới
- Nuôi cá
Công trình trữ nước có thể phân theo ba loại điều tiết: Điều tiết ngày, điều tiết theo lần tưới và điều tiết năm