Bài giảng thủy văn nước dưới đất

• Chất lỏng – Khối lượng riêng ρ = khối lượng trong một đơn vị dung tích – Trọng lượng riêng γ=ρ g = trọng lượng trong một đơn vị dung tích – Trọng lực riêng SG= ρ/ρ w = tỷ lệ của k

• Định luật Fourier – Nhiệt được từ

nơi có nhiệt độ cao đến nơi có

nhiệt độ thấp

• Định luật Ohm – Điện được

truyền từ nơi có hiệu điện thế cao

đến nơi có hiệu điện thế thấp

• Định luật Fick – Vật chất được

truyền từ nơi có mật độ cao đến

nơi có mật độ thấp (truyền chất)

dx

dT kA

Q − =

dx

dV A

định thông qua thí nghiệm của Darcy, nó bắt

nguồn từ các phương trình của Navier-Stokes.

Fick.

trình liên tục (bảo toàn vật chất - khối lượng)

được sử dụng để xây dựng nên phương trình

nước ngầm.

• Chất lỏng

– Khối lượng riêng ( ρ ) = khối lượng trong một đơn vị dung tích

– Trọng lượng riêng ( γ=ρ g) = trọng lượng trong một đơn vị

dung tích

– Trọng lực riêng (SG= ρ/ρ w ) = tỷ lệ của khối lượng riêng chất lỏng so với nước

– Độ nhớt ( µ ) = sự kháng cự của bản thân chất lỏng khi nó chuyển động

• Môi trường xốp

– Các tính chất chứa (độ rỗng, kích thước hạt, tính đàn hồi) – Tính chất chuyển động (truyền dẫn)

• Tetrachloroethylene-PCE

• Khối lượng riêng tăng khi tăng ha-lo-gien hóa

• Nếu khác nhau về khối

lượng riêng so với nước

là 0.1% sẽ tạo nên sự

chìm sâu

IV Định luật Darcy

/echo.epfl.ch/VICAIRE/

Datum plane

IV.1 Thí nghiệm Darcy

Q ∝ 1 − 2

L

h K

Δ

K= hệ số truyền dẫn thủy lực [L/T]

p g

V z

p g

V

+ +

+

= +

2 2 1

1

2 1

2

h h

h z

p z

• Bỏ qua động năng (kinetic energy), vì coi vận tốc dòng chảy ngầm nhỏ

K =

Đặc tính môi trường lỗ rỗng

Đặc tính chất lỏng:

Nước ¹ NAPL Nước ¹ Không khí

Đá vôi Karst

Đá basalt

Đá lửa và đá biến chất bị gãy

Đá vôi và đá trầm tích

Sét, cuội do băng tan

Phù sa, hoàng thổ Cát phù sa Cát sạch

Sỏi

K =

Đặc tính môi trường lỗ rỗng

Đặc tính chất lỏng:

Nước và NAPL Nước và Không khí

NAPL (Non-Aqueous Phase Liquid): chất lỏng không hòa tan

trong nước

Constant: g = 9,81 m/s2

(dựa vào đặc tính môi trường xốp + chất lỏng)

flow Vertical

µ

ρ g k

phương pháp Kozeny – Carman

• Khả năng truyền dẫn là tính chất kết hợp của môi trường xốp và chất lỏng

• Nó làm cho chất lỏng dễ dàng chuyển động trong môi trường xốp

K =

2 2

3 2

) 1

c: tham số, được xác định theo biểu thức.

• Thí nghiệm đảm bảo chênh cột

nước không đổi (H), và tạo ra lưu

Cấp nước liên tục

Nếu đầy sẽ tràn ra ngoài

Đảm bảo cột nước không đổi

H

Q column = π column 2 dt

dh r

Q tube = π tube 2

dt h

dh K

L r

2

ln

b

b t

L r

r K

column tube

t t

b h

t b

tube

column

Nước chảy trong ống

(tube): Nước chảy trong cột đất

(column) nên theo Darcy:

hướng ( Heterogeneity and Anisotropy )

www.usgs.gov

III.1 Dòng chảy song song theo các tầng

) (

i

i i

i

i i

i

i

K

b W

h h

x

h K b

Q Q

K b K

1

i

i i

Parallel b K

b K

K b

b K

Q h

b

h W

K Q

−

= Δ

72

4 ft

q n boundary =

0

=

boundary n

• Do vậy dòng chảy đơn vị là

q = ΔQ

Δb = −K

Δh Δl

h n

n

Q n

Q

f f f f

đơn giản

H n

n Kb

dâng (Flow Net Under a Dam)

– Cột nước bên trên đập > cột nước bên

dưới đập

– Xuất hiện các đường đẳng thế

– Dòng chảy hướng về phía hạ lưu

reservoir

dam

Hướng dòng chảy ngầm Cao trình mực nước ngầm

recharge discharge

2 1

θ

θ q q

h K∇

x

q q

h x h

K K

K

K K

K

K K

K q

q q

zz zy

zx

yz yy

yx

xz xy

xx

z y x

Phương trình này biểu diễn theo 3 chiều

y

h K

q

x

h K

q

zz z

yy y

xx x

h x h

K K

K q

q q

zz yy

xx

z y x

0 0

0 0

0 0

Bài tập chương 1 – 2

1 Một giếng khoan vào tầng ngậm nước Holocen (không áp) có lưu lượng bơm 50 m3/h, độ rỗng hữu hiệu của tầng ngậm nước là 0.2 Nếu bơm trong 3 giờ liên tục mà diện tích khu vực bị hạ thấp mực nước ngầm là 1000 m2 thì độ hạ thấp mực nước ngầm trung bình bằng bao nhiêu?

2 Một tầng ngậm nước Holocen (không áp) có diện tích 2000 km2 và độ rỗng hữu hiệu 20% Trong khu vực có lượng mưa trung bình hàng năm 400 mm, giả thiết rằng chỉ có 35% lượng mưa hàng năm được bổ cập cho nước ngầm Hãy xác định:

a Lượng bổ cập tự nhiên hàng năm theo đơn vị m3/h

b Độ gia tăng của mực nước ngầm do lượng bổ cập này

3 Một giếng bơm ở tầng nước ngầm không áp với lưu lượng 1 m3/phút, nếu bơm liên tục trong 1 ngày thì đo đạc được tổng dung tích phễu mực nước ngầm hạ thấp là 14400 m3 Hãy tính độ rống hữu hiệu (hệ số trữ nước) của tầng ngậm nước đó

Chương 3 – 4

1 Hệ số truyền dẫn thủy lực ở tầng ngậm nước đồng bằng ven biển Atlantic biến đổi từ 10 ~ 50 m/ngày, độ rỗng hữu hiệu bằng 25% Giả thiết dòng chảy ngầm có trạng thái ổn định và dòng đều, bề dày tầng bão hòa ước tính 50m, gradient thủy lực khoảng 0.001 Hãy tính toán lưu lượng chảy trong tầng ngậm nước đó? Tổng lượng nước ngầm chảy vào đại dương trong phạm

vi 1 km bờ biển là bao nhiêu?

2 Hệ số truyền dẫn thủy lực trong tầng ngậm nước là 10 m/ngày, độ rỗng hữu hiệu là 0.25 Giả thiết dòng chảy ngầm ở trạng thái ổn định và đều, bề dày tầng bão hòa là 50m, độ nhớt động học là 0,9 cp, lưu lượng đơn vị là 0,01 m/ngày Tính toán hệ số Reynolds? Kiểm tra dòng chảy trường hợp này có tuân theo định luật Darcy được không?

Chương 5 – 6

1 Một tầng ngậm nước có áp có bề dày 8m và hệ số truyền dẫn thủy lực 2 m/ngày-đêm, mực thủy áp đo được tại giếng A là 10 m và tại giếng B là 12 m, hai giếng A và B cách nhau 1,5 km Hãy vẽ hình mô tả cấu trúc và các tham số tầng ngậm nước; xác định hướng dòng chảy và lưu lượng trong tầng ngậm nước đó?

2 Có tầng nước không áp và có áp được ngăn cách bởi 1 tầng thấm nước yếu Tầng thấm nước yếu có bề dày b’ = 3m, hệ số truyền dẫn thủy lực K’ = 7,2.10-5 cm/s Mực thủy áp

và mực nước ngầm đo được tại các giếng quan trắc lần lượt là 6,2 m và 5,0m Hãy vẽ hình mô tả cấu trúc và các tham số của các tầng nước ngầm; xác định hướng dòng chảy

và lưu lượng đơn vị trao đổi giữa hai tầng ngậm nước đó?

3 Hai con sông A và B cách nhau khoảng cách L và mực nước tại 2 con sông đó luôn duy trì ở cao độ HA = 10,80m và HB = 7,53m Giữa 2 con sông này tồn tại một tầng ngậm

nước bề dày b = 8m, hệ số truyền dẫn thuỷ lực K=20cm/ngày-đêm Hãy xác định hướng của dòng chảy ngầm và lưu lượng chảy trong tầng ngậm nước đó

4 Một tầng ngậm nước có áp, có 3 lớp đất song song với nhau Bề dày của 3 lớp lần lượt

từ trên xuống dưới là 15m, 25m, và 20m; hệ số truyền dẫn thủy lực của 3 lớp lần lượt từ trên xuống dưới là 30 m/ngày, 10 m/ngày, và 40 m/ngày Có hai giếng quan trắc đặt tại

vị trí A và B đặt cách nhau nhau 2000 m, mực thủy áp tại A và B là 109 m và 105 m Hãy xác định lưu lượng dòng chảy ngầm chảy trong tầng ngậm nước đó?

5 Một con đê sông mô tả như hình vẽ, có các thông số hệ số truyền dẫn thủy lực 0.2 cm/s, mực nước sông là 8m, lưu lượng thấm qua đê 5 m3/ngày, chiều rộng của đê L = 175 m Hãy xác định mực nước phía trong đồng?

6 Tầng ngậm nước có áp được xây dựng hai giếng quan trắc để đo mực thuỷ áp: đo được cột nước từ đáy tầng không thấm phía trên tại mặt cắt A là 5 m và tại mặt cắt D là 2,5 m

Từ mặt cắt A đến mặt cắt D có 3 lớp đất khác nhau: từ mặt cắt A đến mặt cắt B dài 300

m và có K = 15/ngày; từ mặt cắt B đến mặt cắt C dài 600 m; từ mặt cắt C đến mặt cắt D dài 400 m và có K = 10/ngày Nếu lưu lượng chảy qua 1m chiều rộng của tầng có áp là 0,01 m3/h thì hệ số truyền dẫn thuỷ lực của lớp đất từ B đến C là bao nhiêu?

Bài tập chương 7 + 8 Dòng chảy vào giếng và các biên nước ngầm