Thủy văn (chương 6)

Ôpsinicôp, 1949 Loại cơ bản Phụ loại Lọai đặc biệt Nước lỗ hổng Nước khe nứt Nước vùng đóng băng vĩnh cữu Nước vùng hỏa sơn trẻ Nước thượng tầng - Nước thổ nhưỡng - Nước lầy - Nước thượ

CHƯƠNG 6

SỰ TÀNG TRỮ CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT

A PHÂN LOẠI NƯỚC DƯỚI ĐẤT THEO CÁC ĐIỀU

KIỆN TÀNG TRỮ (A.M Ôpsinicôp, 1949)

Loại cơ bản Phụ loại Lọai đặc biệt

Nước lỗ hổng Nước khe nứt Nước vùng

đóng băng vĩnh cữu

Nước vùng hỏa sơn trẻ

Nước thượng tầng - Nước thổ nhưỡng

- Nước lầy

- Nước thượng tầng nằm trên thấu kính không thấm nước

- Nước tacưa và nước cồn cát mọc cỏ (ở hoang mạc)

- Nước trong các dải cát đụn cát (trên bờ biển)

- Nước trong vỏ phong hóa của đá nứt nẻ.

- Nước tầng trên (tầng thoát nước) của khối đá cac-stơ hóa.

- Nước trong mái tầng dung nham và dăm kết tuf

Nước tầng hoạt động Nước chuyển sinh

của mạch nước nóng.

Nước

ngầm - Nước bồi tích- Nước sườn tích, lũ tích

và trầm tích hồ.

- Nước bồi tích cổ.

- Nước trầm tích băng thủy.

- Nước trầm tích của vỏ phong hóa

- Nước ngầm khe nứt.

- Nước khe nứt dạng tầng của đá trầm tích.

- Nước cac-stơ

- Nước trên băng

- Nước giữa băng

Nước có nhiệt độ cao, giàu chất khí.

Nước của các tổ phun khí và các suối phun nhát gừng.

Nước tự

lưu - Nước bồn tự lưu (trong vỉa cát).

- Nước dốc tự lưu (vùng trước núi)

- Nước bồn tự lưu

- Nươc dốc tự lưu - Nước dưới băng Nước khoáng nóng chứa khí

(có khi nước sôi) đi lên theo các đứt gãy kiến tạo.

A PHÂN LOẠI NƯỚC DƯỚI ĐẤT THEO CÁC

ĐIỀU KIỆN TÀNG TRỮ (A.M Ôpsinicôp, 1949)(tt)

Tiêu chuẩn của sự phân chia này là các đặc

điểm về thủy lực của nước dưới đất.

• Nước thượng tầng là nước nằm trong đới không bão hòa nước (đới thông khí), đới chứa nước này có lớp đá cách thủy (sét) lót phía dưới với diện phân bố hẹp.

• Dưới nước thượng tầng là nước ngầm.

• Nước ngầm là vĩa nước bão hòa gần mặt đất nhất và có mặt thoáng, đới chứa nước này có lớp đá cách thủy (sét) lót phía dưới với diện phân bố rộng rãi.

• Nước ngầm (cũng là nước thượng tầng) là nước không áp lực.

• Nước tự lưu là vỉa nước bị kẹp giữa 2 lớp đá cách thủy

(sét không thấm) và có áp lực (có mặt áp lực).

CÁC ĐIỀU KIỆN TÀNG TRỮ CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT

(GƯƠNG NƯỚC NGẦM) (ĐỚI THÔNG KHÍ, THIẾU BẢO HOÀ)Ø

(ĐỚI BẢO HOÀ) (SÔNG HOẶC HỒ)

(NƯỚC THỔ NHƯỠNG)

Trong các loại cơ bản, Ôpsinicôp còn phân ra 2 phụ loại; tùy thuộc vào đặc điểm cấu tạo của tầng chứa nước

- Nước lỗ hổng

• Nước lỗ hổng tồn tại trong các lỗ hổng có kích thước và hình dạng khác nhau của đá chứa nước.

• Nước khe nứt tồn tại trong các khe nứt có nguồn gốc khác nhau của đá chứa nước.

B ĐẶC ĐIỂM CỦA TỪNG LOẠI NƯỚC DƯỚI ĐẤT:

B CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA TỪNG LOẠI NƯỚC

• I NƯỚC THƯỢNG TẦNG:

nước có diện phân bố giới hạn

• Do điều kiện tàng trữ của mình, nước thượng tầng có những đặc điểm sau:

• - Diện phân bố bị hạn chế của mặt nước, thành phần, trữ lượng của nó phụ thuộc bởi khí hậu.

• - Rất dễ bị nhiễm bẩn bởi các loại nước khác như nước thổ nhưỡng, nước lầy

• - Trong đa số trường hợp, nước thuộc loại này không thể làm nguồn cung cấp nước thường xuyên được.

• Nguồn cung cấp cho nước thượng tầng là nước khí quyển

(nước mưa, nước tuyết tan).

• 2 Nước thổ nhưỡng:

• Nước thổ nhưỡng là nước nằm trong lớp thổ nhưỡng Lớp thổ nhưỡng là phàn trên cùng của vỏ phong hóa, trong đó thường chứa

ít nhiều mùn do cây cỏ bị phân hũy tạo thành Loại nước này tồn tại dưới dạng: nước

liên kết, nước mao dẫn, hơi nước Tất cả

chúng đều tạo nên độ ẩm của lớp thổ nhưỡng, song chỉ có nước mao dẫn là giúp cho cây phát triển.

Khi có những cơn mưa rào thì trong lớp thổ

nhưỡng còn có nước thấm lọc và nước chảy

ro ø Chính các loại nước này gây ra hiện

tượng rửa lửa thổ nhưỡng Kết quả của các

quá trình rửa lũa là một số cation như K+, Na+,

Ca++, Fe++, bị mang xuống sâu, khỏi lớp thổ nhưỡng; tạo nên tầng tích tụ trong phẫu diện đất.

Trong những vùng mà mặt thoáng nước ngầm ở gần mặt đất thì lớp thổ nhưỡng có thể nằm trùng với đới mao dẫn (chúng ta nên nhớ lại: trong sét nhẹ, giới hạn cột nước mao dẫn có thể đạt đến 10m, trong á cát 3,5m) Trong trường hợp như vậy, lớp thổ nhưỡng có thể tích trữ một số cation (Na+, Ca++, .) do nước mao dẫn mang lên từ vỉa nước ngầm.

Do đó, tùy thuộc vào điều kiện gương nước ngầm nằm sâu hay nông mà hàm lượng của một số cation hoặc tăng lên hay giảm xuống.

• 3 Nước lầy:

• a Khái niệm về lầy:

• Lầy là một vùng mặt đất có phần đất đá trên cùng thừa ẩm với sự tạo thành một lớp than bùn dầy(>30cm) và hệ thống rễ cây phát triển chỉ trong lớp than bùn ấy, không đạt đến nền đá gốc phía dưới.

• Cần phân biệt lầy và vùng đất bị lầy hóa

Vùng đất lầy hóa là vùng có lớp than bùn mỏng (<

30 cm) và hệ thống rễ cây đạt đến tầng đá gốc phía dưới.

b Nguồn gốc của lầy

• Người ta phân biệt hai loại nguồn gốc chính của lầy như sau:

• - Lầy được xem như giai đoạn kết thúc trong sự phát triển của hồ.

• - Lầy xuất hiện do sự lầy hóa mặt đất.

• Trong quá trình phát triển của minh, hồ sẽ dần dần bị cạn bởi các trầm tích hồ (nếu hồ không bị nâng lên hoặc hạ xuống do các chuyển động kiến tạo) Khi hồ cạn đến mức nào đó thì các loại cây ưa nước (rong, rêu, ) phát sinh và phát triển Các tàn tích bán phân hủy của chúng sẽ tạo nên lớp than bùn và biến hồ thành lầy

• 1- Lầy được xem như giai đoạn kết thúc

trong sự phát triển của hồ.

• Trong quá trình phát triển của mình, hồ sẽ dần dần bị cạn bởi các trầm tích hồ (nếu hồ không bị nâng lên hoặc hạ xuống do các chuyển động kiến tạo)

• Khi hồ cạn đến mức nào đó thì các loại cây ưa nước (rong, rêu, ) phát sinh và phát triển

• Các tàn tích bán phân hủy của chúng sẽ tạo nên lớp than bùn và biến hồ thành lầy

2- Lầy xuất hiện do sự lầy hóa mặt đất

• Hiện tượng lầy hóa có thể xuất hiện trong những vùng sau đây:

• a- Tại những vùng có lớp cách thủy (sét) nằm gần mặt đất Lớp cách thủy này ngăn không cho nước ngầm hoặc nước khí quyển thấm sâu xuống phía dưới, là làm cho phần đất trên lớp cách thủy này luôn luôn thừa ẩm, gây ra lầy hóa mặt đất ở đây

• b- Tại những chỗ lộ nước (nguồn nước) có điều kiện thuận lợi phát triển lầy hóa phần bề mặt quanh nguồn nước

• c- Tại phần cuối của nón phóng vật

2- Lầy xuất hiện do sự lầy hóa mặt đất(tt)

• - Tại những vùng thấp gần bờ biển ngăn cách với biển bởi một gờ cát Ở đây, mặt nước ngầm thường nằm gần mặt đất Sự thừa ẩm ở đây còn có thể gây

ra do nước thuỷ triều tràn vào

• - Tại nhiều cửa sông, vùng đất bị lầy hóa dường như là phần không thể tách rời của vùng ấy Các điều kiện gây ra do sự lầy hóa có nhiều, chúng phụ thuộc vào địa hình, cấu trúc địa chất và khí hậu

• Nhìn chung, lầy hóa hầu như phát triển trên những tầng đá lục nguyên

c Các lọai lầy : Người ta phân ra 3 loại lầy:

• * Lầy thấp: Loại lầy này phát triển tại những vùng thấp của địa hình này và có các đặc điểm:

• - Bề mặt phẳng lõm xuốâng.

• - Nguồn cung cấp nước là nước khí quyển, nước ngầm hoặc nước sông.

• - Hàm lượng khoáng cung cấp cho hệ thống rễ cây lớn.

• - Có môi trường khử, nên dễ dàng tích đọng quặng sắt (sắt nâu hay limonit, sidêrit) Sắt này thường ở dưới dạng khối xốp hay kết von.

• - Ở loại lầy này phát triển các loài thực vật cần nhiều khoáng chất, do đó than bùn ở đây có nhiệt lượng bé.

vùng phân thủy và có các đặc điểm:

• - Bề mặt lồi

• - Nguồn cung cấp nước là nước khí quyển

• - Nghèo lượng khoáng chất

• - Có môi trường ôxy hóa

• - Phát triển các loại cây cần ít khoáng chất, do đó than bùn có nhiệt lượng cao

• * Lầy trung gian: Loại lầy này là loại chuyển

tiếp giữa hai loại lầy trên

c Các lọai lầy (tt)

• * Lầy cao: Loại lầy nỳa xuất hiện tại những vùng phân thủy và có các đặc điểm:

• - Bề mặt lồi

• - Nguồn cung cấp nước là nước khí quyển

• - Nghèo lượng khoáng chất

• - Có môi trường ôxy hóa

• - Phát triển các loại cây cần ít khoáng chất, do đó than bùn có nhiệt lượng cao

• * Lầy trung gian: Loại lầy này là loại chuyển tiếp giữa hai loại lầy trên

4 Nước trong các dải cát, đụn cát ở bờ biển :

• Trong các dãi cát, đụn cát ven biển thường có những tầng nước ngọt Bề mặt thoáng của tầng nước lượn theo bề mặt của đụn cát

• Nguồn cung cấp của nước ngọt là nước khí quyển, một phần ít hơn thì được thấm từ những vùng cao lân cận

• Các nghiên cứu đã xác định rằng, trong những đụn cát và đảo cát như vậy, nước ngọt sẽ dần dần được thay thế bằng nước mặn ở độ sâu nào đấy Ta có thể xác định được độ dày của lớp nước ngọt này

Giả sử lớp nước ngọt phân bố đến độ sâu H so với mực nước biển và phần dâng lên của nước ngọt là h Khi đó, do tỷ trọng của nước biển trung bình bằng

1,024, còn nước ngọt bằng 1, nên ta có thể viết phương trình sau:

1(H + h) = 1,024H Từ đó rút ra: h = 0,024H Nước này có độ khoáng hóa tăng theo chiều sâu

Khi khai thác nước ngọt, không nên lấy với lưu lượng lớn, nếu không độ khoáng hóa của nó sẽ tăng lên

Nước đụn cát được sử dụng rộng rãi trong việc cung cấp nước cho một loạt các thành phố và làng mạc ven biển của Hà Lan

II NƯỚC NGẦM

1 Khái niệm về nước ngầm:

• Nước ngầm là lớp nước đầu tiên kể từ mặt đất xuống Nó tàng trữ trong lớp đá chứa nước (cát, cát kết), mà phía dưới là lớp đá không chứa nước (sét, phiến sét) Phía trên của lớp nước ngầm không bị phủ bởi lớp cách thủy, do đó bề mặt của nước ngầm thì thoáng, không có áp lực Nước ngầm thường không phân bố trong toàn bộ lớp chứa nước

• Bề mặt của nước ngầm gọi là gương hoặc là mặt thoáng của nước ngầm Lớp đất (hoặc đá) chứa nước ngầm gọi là lớp chứa nước(water layer) hay tầng chứa

nước gọi là lớp cách thủy (aquitard)(lớp sét, đá nguyên khối)

• Đối với nước ngầm thì miền bổ sung và miền phân bố trùng nhau Động thái của nước ngầm rất dễ biến đổi theo các điều kiện khí tượng thủy văn

• Tiếp liền với gương nước ngầm là lớp nước mao dẫn, trên lớp nước mao dẫn là đới thông khí (unsatuation zone)

• Gương nước ngầm thường nghiêng về phía địa hình thấp gần nhất (mương xói, khe nứt, thung lũng sông, .) chỉ ở đồng bằng thì gương nước ngầm gần như là mặt phẳng nằm ngang Những nơi này gương nước ngầm là mặt phẳng thì gọi là bồn nước ngầm

ga.water.usgs.gov/edu/watercyclevietnamese.html

Thời gian nước ngầm chảy bên dưới mặt đất.

ga.water.usgs.gov/edu/watercyclevietnamese.html

Phụ thuộc vào

- cấu trúc địa chất

- địa mạo Nước ngầm có những dạng tàng trữ khác nhau.

- Bồn nước ngầm.

- Hỗn hợp dòng nước ngầm với bồn nước ngầm.

• Dòng nước ngầm là lớp nước không áp lực và chuyển động theo hướng nghiêng của mặt thoáng

• Bồn nước ngầm nằm ở các lòng chảo được lấp đầy cát, đá ngấm nước và bão hòa nước Nước ở bồn nước ngầm có mặt thoáng nằm ngang

• Những dòng nước ngầm có lớp cách thủy phía dưới không bằng phẳng , hoặc không nghiêng về một phía thì sẽ tạo nên sự hỗn hợp giữa dòng nước ngầm và bồn nước ngầm

Trên bản đồ, người ta biểu diễn mặt thoáng của nước ngầm bằng các đường đẳng

thoáng như nhau so với mặt nước biển (cách biểu diễn tương tự như cách biểu diễn đường đồng mức).

2 Các loại nước ngầm chủ yếu :

Người ta quan sát thấy có những loại nước ngầm chủ yếu sau:

- Nước ngầm bồi tích

- Nước ngầm trầm tích băng hà

- Nước ngầm ở vùng đồng cỏ, bán sa mạc và sa mạc

- Nước ngầm ở miền núi.

3 Quan hệ giữa nước ngầm và nước bề mặt :

• Nước ngầm thường có quan hệ thủy lực với nước bề mặt (sông, hồ, ao ) Các thung lũng sông có thể được cấu tạo bởi bồi tích, băng tích, mà thành phần là cát, sỏi, và cuội Trong những trầm tích ấy, đôi nơi có chứa nhiều nước ngầm chất lượng cao

• Ở vùng khí hậu ôn đới và nhiệt đới ẩm ướt, sông là nơi

mùa khô ráo thì nước ngầm cung cấp cho sông

• Ở vùng khí hậu khô ráo, sông cung cấp cho nước ngầm

• Do có quan hệ thủy lực, nên nước ngầm ở đới ven bờ

vào mực nước sông

•

ga.water.usgs.gov/edu/watercyclevietnamese.html

III NƯỚC TỰ LƯU :

• Nước tự lưu là nước dưới đất có áp lực và tàng trữ giữa

2 lớp vật liệu không thấm nước

• Khi có lỗ khoan được đặt vào tầng nước tự lưu, thì nước này dưới áp lực của mình sẽ dâng cao lên khỏi mái tầng chứa nước, có khi dâng lên khỏi mặt đất dưới dạng giếng phun

• - Phần lớn nước tự lưu tàng trữ trong phạm vi các cấu trúc địa chất tương đối lớn, cấu tạo bởi các loại đá có tuổi trước đệ tứ Tuy nhiên có một vài nơi, chúng nằm trong các trầm tích đệ tứ Cũng thường thấy nước tự lưu phân bố tại các đới phá hủy kiến tạo

III NƯỚC TỰ LƯU(tt)

• Trong mỗi bồn tự lưu gồm có những yếu tố sau:

1 Miền bổ sung (miền cấp)

• 2 Miền áp lực

• 3 Miền thoát nước

• Trong miền bổ sung (miền cấp), tầng chứa nước

nằm trên mặt đất Ở đây nước có mặt thoáng và trên cơ bản không có gì khác với nước ngầm

•

• Trong miền áp lực (miền chứa) độ cao mà nước có

thể dâng lên nằm cao hơn nóc tầng chứa nước Khoảng cách từ nóc tầng chứa nước tới độ cao ấy gọi

lực có thể dâng lên gọi là mực nước áp lực Đường nối các điểm cùng một độ cao tuyệt đối của mực áp lực, được gọi là đường thủy đẳng áp.

• Trong miền áp lực (miền chứa) chiều dày của tầng tự lưu (M) không thay đổi theo thời gian

dưới dạng nguồn nước lên

• Đối với nước tự lưu, người ta ít chú ý nghiên cứu động thái của chúng, vì động thái của nước tự lưu tương đối cố định, không biến đổi theo thời gian Mấy nét đặc biệt của nước tự lưu có liên quan với điều kiện tàng trữ của nó là:

• - Lưu lượng tương đối cố định không biến đổi theo mùa

• - Nhiệt độ thường cao (t0> 370C) do nước tự lưu nằm

ở những độ sâu lớn

• - Độ khoáng hóa lớn do nhiệt độ cao làm tăng khả năng hòa tan của nước

• - Chất lượng tốt vì phía trên tầng chứa nước được phủ bởi một lớp cách thủy, ngăn không cho nước bị nhiễm bẩn từ mặt đất

• Nước tự lưu đã được nhiều nước trên thế giới dùng cho việc cung cấp nước cho thành phố: Pari (Pháp), Moscơva (Liên Xô),

• Ở nước ta, một số nơi đã tổ chức khai thác nược tự lưu từ thập niên 30 của thế kỷ 20, nhằm đáp ứng những nhu cầu nước cho sinh hoạt và các hoạt động công nghiệp

• Hiện nay, một số khu vực tổng lượng nước khai thác đã vượt qua lượng nước bồi hoàn dẫn đến hiện tượng hạ thấp mực nước áp lực

• Trong tương lai khi công nghiệp của nước ta phát triển cao, những nhu cầu về nước càng tăng, nhất thiết phải:

các tầng chứa nước,

• Có biện pháp quản lý hiệu quả kỹ thuật và

thiểu những tác động tiêu cực đối với môi trường tự nhiên đồng thời, ngay từ bây giờ

• Phải nghĩ đến những giải pháp bổ cấp nhân tạo

cho những vùng có tổng lượng nước khai thác lớn

IV NƯỚC KHE NỨT:

• Nước khe nứt là nước tàng trữ trong các đá mácma, biến chất và trầm tích nứt nẻ

• Căn cứ vào nguồn gốc phát sinh người ta chia ra 3 loại khe nứt chính:

• - Khe nứt kiến tạo liên quan với sự thành tạo các cấu tạo

• - Khe nứt nguyên sinh liên quan với sự thành tạo đất đá

• - Khe nứt phong hóa được tạo nên trong quá trình phá hủy đá khi phong hóa

•