bài giảng địa chất thủy văn

CHƯƠNG IIINƯỚC NGẦM • Định nghĩa: là loại nước trọng lực dưới đất ở trong tầng chứa nước thứ nhất kể từ trên mặt đất xuống... • Phạm vi phân bố của nước ngầm phụ thuộc vào điều kiện địa

CHƯƠNG III

NƯỚC NGẦM

• Định nghĩa: là loại nước trọng lực dưới đất ở trong tầng chứa nước thứ nhất kể từ trên mặt đất xuống.

Water Quantity-Porosity

The fraction of the volume of a rock or sediment that is open space.

(volume of pores)/(total volume)

Porosity of sediment and rocks

Sand and gravel (well sorted) - 25 - 50%

Mud (clay) – 33-60%

Sandstone or conglomerate - 5 to 30%

Shale - < 10%

Lithification reduces porosity

Igneous and metamorphic rocks: very low, unless fractured

Sand and gravel (mixed) - 22 - 35%

Sand, sandstone: high

porosity and high permeability

Clay: high porosity, very

low permeability

Fractures also important for permeability: connects pores

• Groundwater moves only if sufficient pressure, or head, is available to force water through the spaces between porous aquifer materials

well pores are interconnected The hydraulic gradient, or slope of the water surface between two points in an aquifer, and the aquifer

material determines how rapidly water moves from one location to

another

or head) to low water surface elevations (low pressure or head)

surface elevations (steep hydraulic gradients)

depending on the hydraulic gradient

may be discharged to the earth's surface as a spring, a lake or stream

Flow of groundwater

Flow of groundwater

• Groundwater moves from

areas of recharge (often

highlands) to areas of

discharge (often lowlands)

• Unconfined and confined

aquifers are separated by a

unit of low permeability

(e.g., clay)

• Phạm vi phân bố của nước ngầm phụ thuộc vào điều kiện địa lý tự nhiên, điều kiện địa hình, địa mạo, địa chất của khu vực.

• Theo điều kiện thế nằm:

- Dòng ngầm

Bồn ngầm Dòng bồn ngầm hỗn hợp

• - DÒNG NGẦM

• - BOÀN NGAÀM

• DÒNG BỒN NGẦM HỖN HỢP

• Nước ngầm vận động dưới tác dụng của độ chênh mực nước (chảy từ mực nước cao đến mực nước thấp).

• Nước ngầm thường chứa trong trầm tích bở rời như aluvi, proluvi hoặc trong các dãi cát, đụn cát ven biển

• MẶT NƯỚC NGẦM

Depth to saturated zone

Often slopes toward stream or lakes Often mimics land surface

Điều kiện cung cấp

-Nước mưa khí quyển: chảy qua đới thông khí cung cấp cho nước ngầm

-Nước của các dòng chảy và các vũng nước mặt

Một số nước ngầm chủ yếu

- Nước ngầm trong các thung lũng sông

- Nước ngầm trong các thành tạo trước núi và giữa núi

- Nước ngầm trong các dãi cát, đụn cát ven biển

- Nước ngầm miền núi

Groundwater Motion

moves through small, constricted passages, often along

a tortuous route

Effect of Urbanization?

flow velocity increases as the slope of

the water table increases (gravity)

Movement in Phreatic Zone

Movement in Phreatic Zone

How Fast Does Groundwater Flow?

Slowly: 5-10 ft/year (clays) - 3 ft/day (sorted sand)

Karst-fast (1000ft/day) Flows high to low (gravity)

Figure 15.5

(Skinner and Porter, 2004)

Movement of Groundwater

In the saturated zone, groundwater will flow from

where the water table is high to where it is low

Differences in water table height causes pressure

gradient (pressure change/distance)

Elevation difference between water table at recharge and discharge called hydraulic head (h)

h h

H1

H2ΔZ

A

Flow line

Figure: Flow line in Darcy’ Law

Z

H K

Z

H H

K A

q A

• Q: the volumetric flow rate (cm 3 /day); A: the cross-sectional area (cm 2 )

q: the volumetric flow rate per unit surface area

• K: the hydraulic conductivity (cm/day); h: the hydraulic head (cm)

• z: distance (cm)

West Cell

East Cell

Which direction is

groundwater

flowing?

331 330

329 Scholl et al.,1999

In-Class

Exercise

Norman

Landfill

How long will it

Streams and Groundwater

Gaining Stream – net water flow from

groundwater to stream

Figure 15.3 (Skinner and Porter,

2004)

Streams and Groundwater

Losing Stream – net water flow from stream to groundwater

Figure 15.4 (Skinner and Porter,

2004)

provides ~30% groundwater

used for irrigation in the U.S

Unconfined Aquifer

High Plains aquifer

2004)

Water percolates into a confined aquifer under the pull of gravity.

Bề dày cột nước nhạt ở trung tâm đụn cát có thể xác định như sau:

(H + h).γnhạt = Hγmân  H + h = Hγmặn

h = 0,024 H  H = 42.h

Hay h + H = 43.h(Khi γmặn = 43.h

Bài tập 3:

Xây dựng bản đồ thủy đẳng cao trên nền bản đồ địa hình với tỷ lệ cho trước (Hình 18) với các số liệu cho trước ở bảng 9

3 – Xác định điều kiện bổ cấp và thoát nước ngầm

4 – Xác định đặc điểm mối quan hệ giữa nước ngầm và

nước sông

5 – Xác định độ sâu phân bố và bề dày tầng nước ngầm tại khu vực dự kiến xây dựng một thị tứ (Tại tâm khung hình chữ nhật)

6 – Kiến nghị vị trí đặt các giếng khoan cung cấp nước cho thị tứ đó

C D

Hình 18 Bản

đồ thủy đẳng

cao

1- Giếng khoan

(Bên phải – số

hiệu; bên trái –

Số liệu Xác định Số hiệu

điểm

Cao trình miệng

GK (m)

Mực nước (m)

Cao trình đáy cách nước (m)

Cao trình

mực nước (m)

Bề dày tầng chứa nước (m) 1

27,5 34,2 26,8 21,3 20,0 15,4 18,4 17,7 5,1 14,8 20,4 2,1

41,7 44,3 46,5 38 40 29,9 32 34,8 25,9 28,1 33,0 25,7

Bảng 9

• 2 – Tính bề dày tầng chứa nước ở từng điểm

khảo sát, kết quả đưa trên cột 6 bảng 9.

• 3 – Trên nền bản đồ địa hình, gần từng điểm

khảo sát đưa cao trình tuyệt đối của mực nước

vào phía phải.

• 4 - …… cao trình mực nước (khoảng chênh giữa các đường đẳng cao là 2 m) và xây dựng các

đường đẳng cao.

• 5 – Phân tích các đường đẳng cao ta xác định

được rằng vận động của dòng ngầm diễn ra theo hướng từ đông bắc tới tây nam.

• 6 – Độ dốc thủy lực của dòng ngầm được xác

định tại khu vực A – B và C – D Nó bằng chênh lệch cao trình mực nước giữa các điểm này chia cho khoảng cách giữa chúng Độ dốc thủy lực tại

A – B:

Số liệu Xác định Số hiệu

điểm

Cao trình miệng

GK (m)

Mực nước (m)

Cao trình đáy cách nước (m)

Cao trình

mực nước (m)

Bề dày tầng chứa nước (m) 1

27,5 34,2 26,8 21,3 20,0 15,4 18,4 17,7 5,1 14,8 20,4 2,1

41,7 44,3 46,5 38 40 29,9 32 34,8 25,9 28,1 33,0 25,7

57,0 60,8 73,2 53,7 63,0 45,1 51,6 59,3 44,9 52,7 53,6 45,9

15,3 16,5 26,7 15,7 23,0 15,2 19,6 24,5 19,0 24,6 20,6 20,1

Bảng 9

• Trên bản đồ thủy đẳng cao xác định:

1 Tầng chứa nước nhận được nguồn bổ cấp

trên toàn diện tích phân bố, miền thoát là

dòng mặt (sông).

2 Nước ngầm cung cấp nước cho dòng mặt.

3 Độ sâu phân bố mực nước tại trung tâm khu

thị tứ dự kiến là 18,4m, bề dày tầng nước

ngầm đạt 19,6m.

4 Các giếng khoan cung cấp cho khu thị tứ tốt

nhất nên đặt ở phía tây bắc thị tứ bởi trong trường hợp đó bãi giếng sẽ nằm phía trên

dòng ngầm so với thị tứ, điều này tránh được hiện tượng nhiễm bẩn nước ngầm từ trên

mặt đất