VẬN ĐỘNG ổn ĐỊNH của NDĐ đến các CÔNG TRÌNH lấy nước (cơ sở THỦY địa cơ học SLIDE SONG NGỮ)

Chúng ta sẽ nghiên cứu qui luật hình thành hình phễu hạ thấp trong tầng chứa nước áp lực có chiều dày không đổi, khi không có dòng chảy tự nhiên; khi đó dòng chảy ở gần lỗ khoan sẽ l

aquifer, people often use the vertical or horizontal water

collecting project.

 Nhưng công trình tập trung nước thẳng đứng gồm các lỗ

khoan, các giếng thăm dò…; những công trình lấy nước

nằm ngang gồm các kênh thoát nước, các hành lang dẫn nước v.v… Theo mức độ xuyên qua tầng chứa nước, người

ta chia ra các công trình tập trung nước hoàn chỉnh và

không hoàn chỉnh

 But vertical water projects includes the borehole, the

exploration well ; the horizontal water projects includes

drainage channels, water corridors and so on depending

on level through the aquifer, it is divided into centralized

complete and incomplete water collecting project

thickness of the water layer called complete project, and

projects just digging through part of aquifers is called

incomplete projects.

 Nước dưới đất chảy vào lỗ khoan qua phần tiếp nhận nước – trong địa chất thủy văn thường gọi là ống lọc Đặc điểm vận động của nước dưới đất đến các công trình tập trung phụ

thuộc rất nhiều vào cách bố trí các ống lọc trong lỗ khoan.

 Groundwater flows through the borehole to the water

receiving parts - in hydrogeology often called filter (or

screen) Characteristics of groundwater movement to water projects depends on the layout of pipes in boreholes filter.



a) b) c) d) e) f)

Hình 2.2 Sơ đồ kết cấu giếng khi khoan xoay a-f – trong các điều kiện ĐCTV khác nhau; 1- Oáng định hướng, 2- ximăng trám, 3- ống chống khai thác, 4- ximăng trám cách tầng, 5- ống chuyển tiếp, 6- nút bít, 7- măng xông răng trái, 8- ống chống kỹ thuật, 9- ống lọc Mũi tên chỉ chiều cao nâng nước

Figure 2.2 Structural diagram when rotary drilling wells a-f - in the diference hydrogeological conditions; 1 tube orientation,

2 cement fillings, extraction tube 3-, 4- storey cement fillings way, 5- transition tube, cuff buttons 6-, 7- closure teeth left, 8- technical casing, 9- cartridge Arrows indicate

the lifting height of water

Hình 2.3 Sơ đồ kết cấu giếng khi khoan đập cáp a-f: trong những điều kiện ĐCTV khác nhau; 1- Phần thu nước; 2- 4- Oáng khai thác; 5- Oáng lắng; 6- Ximăng trám giữa ống; 7- nút bít; 8 – sỏi sạn; 9-

ống kỹ thuật Figure 2.2 Structural diagram when drilling wells cable dam

a-f - in the hydro-geological conditions vary; 1 part water collection, 2-4- exploitation casing, tubing deposition 5-, 6- cement between the pipe

sealant, 7 Button bits, grit 8-, 9- technical tubes.

Vữa bentonite Sét khối

Đá phiến sét

Oáng PVC cứng

Hố khoan Lớp sạn

lọc

ngược

Oáng lọc dạng khe

Ống chống thép

Vữa bentonite Sét khối

Sỏi sạn và sét

Nút bít cao su

Oáng lọc thép

11

For enhanced collapse strength, internal cross beams

or support rings may

be added.

For inside-out flow, burst and buckling resistance can be increased with external rings and bars.

13

14

Các giả thiết cơ bản

 Mỗi trường hợp sẽ còn có các giả thiết phụ thêm

ngoài các giả thiết chính:

 Tầng chứa nước được giới hạn bởi đáy cách

nước;

 Tất cả các thành hệ địa chất đều nằm ngang và

có phạm vi nằm ngang là vô hạn;

 The basic supposition

 Each case will also include additional

suppositions except the main suppositions:

 Aquifer is limited by the unfiltrated bottom;

 All geological formations are horizontal and

horizontal range is infinite;

Hình V.1 Sơ đồ phễu

hạ thấp khi hút từ LK

a và b- dòng áp lực trong mặt cắt và bình đồ Fig V.1 Schema of cone

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan

 Mặt thế của tầng chứa nước trước khi bắt đầu

bơm hút thì nằm ngang;

 Trước khi bắt đầu bơm hút, mặt thế của tầng

chứa nước không thay đổi theo thời gian;

 Tất cả các thay đổi vị trí mặt thế chỉ do ảnh

hưởng của giếng bơm hút;

 Potentiometric surface of aquifer before

pumping is horizontal;

 Before starting the pump, the potentiometric

surface of aquifer did not change with a time;

 All changes of potentiometric surface just by the

impact of pumping wells;

Hình V.1 Sơ đồ phễu

hạ thấp khi hút từ LK

a và b- dòng áp lực trong mặt cắt và bình đồ Fig V.1 Schema of cone

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan

 Tầng chứa nước đồng nhất và đẳng

hướng;

 Toàn bộ dòng thấm hướng vào tâm giếng;

 Dòng nước ngầm thì chảy ngang;

 Định luật Darci có hiệu lực;

 Aquifer homogeneous and isotropic;

 The entire of flow is directed towards the

well’ center;

 Groundwater flow is the horizontal flow;

 Darci’ law in effect;

Hình V.1 Sơ đồ phễu

hạ thấp khi hút từ LK

a và b- dòng áp lực trong mặt cắt và bình đồ Fig V.1 Schema of cone

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan

hoặc bề mặt tự do ở gần lỗ khoan có dạng hình

phễu (hình phễu hạ thấp) Chúng ta sẽ nghiên cứu

qui luật hình thành hình phễu hạ thấp trong tầng

chứa nước áp lực có chiều dày không đổi, khi

không có dòng chảy tự nhiên; khi đó dòng chảy ở

gần lỗ khoan sẽ là dòng hội tụ phẳng Trong dòng

hội tụ phẳng, trên bình diện các đường dòng sẽ hội

tụ (hình V.1)

When water pumping from the complete borehole,

the pressure surface or free surface near the well

are cone form (cone of depression) We will study

the rules to form a cone of depression in the

confined aquifer with constant thickness, when

there is no natural flow; meanwhile the flow near the

borehole would be a flat convergent flow In flat

convergent flow, on the plane lines of flow will

converge (Figure V.1).

Hình V.1 Sơ đồ phễu

hạ thấp khi hút từ LK

a và b- dòng áp lực trong mặt cắt và bình đồ Fig V.1 Schema of cone

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan

 Còn các mặt đẳng áp sẽ là các mặt trụ có

tâm nằm ở trục lỗ khoan (trên bình diện các

mặt đẳng áp là những hình tròn đồng tâm)

Khoảng cách từ trục lỗ khoan đến điểm

đường cong hạ thấp trùng với mực nước tĩnh

gọi là bán kính ảnh hưởng R

cylinder with center on the axis of borehole

(on plane, isobaric surfaces are concentric

circles) The distance from the borehole axis

to point lower curve coincides with the static

Hình V.1 Sơ đồ phễu

hạ thấp khi hút từ LK

a và b- dòng áp lực trong mặt cắt và bình đồ Fig V.1 Schema of cone

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan

Theo định luật Đacxi lưu lượng qua tiết diện

bất kỳ có thể biểu diễn ở dạng tổng quát sau

any cross section can be expressed in the

following general form

Q = kFI (V-1)

Khi hút nước từ lỗ khoan hoàn toàn chỉnh diện

tích của tiết diện bất kỳ F của dòng nước dưới

đất đến lỗ khoan bằng diện tích xung quanh

của hình trụ bán kính r và chiều cao bằng

chiều dày của tầng chứa nước.

groundwater flow to boreholes equal the

height by the thickness of the aquifer.

Hình V.2 Sơ đồ phễu

hạ thấp khi hút từ LK

a và b- dòng áp lực trong mặt cắt và bình đồ; c- dòng không áp Fig V.2 Schema of cone

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan; c- unconfined flow

Đối với nước áp lực (hình V.1a)

F = 2  mr (V-2)

Đối với nước không áp (hình V.1c)

F = 2  rh (V-3)

Gradien áp lực trong (V-1) được xác định bằng

biểu thức ;

defined by the expression;

Hình V.2 Sơ đồ phễu

hạ thấp khi hút từ LK

a và b- dòng áp lực trong mặt cắt và bình đồ; c- dòng không áp Fig V.2 Schema of cone

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan; c- unconfined flow

dr dH

I 

 khi đó công thức (V-1) viết lại được ở dạng

sau đối với nước áp lực

follows for confined water

 (V-4)

 Đối với nước không áp



 (V-5)

dr

dH rT

dr

dH kmr

dh rkh

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan; c- unconfined flow

 Từ các công thức (V-4) và (V-5) chúng ta thấy

rằng, để chuyển từ công thức (V-4) đến công

thức (V-5) nên tiến hành thay thế như sau

order to switch from formula (V-4) to the

formula (V-5) should be replaced by the

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan; c- unconfined flow

T  k,

H 

22

h

Trên cơ sở đó chúng ta lập công thức đối với

dòng nước áp lực (T không đổi), rồi để nhận

được các công thức đối với dòng nước có mặt

thoáng tự do chúng ta dùng quan hệ (V-6).

confined water flow (T is constant), then to get

the formula for the unconfined (with free

surface) water flows we use relations (V-6).

Hình V.2 Sơ đồ phễu

hạ thấp khi hút từ LK

a và b- dòng áp lực trong mặt cắt và bình đồ; c- dòng không áp Fig V.2 Schema of cone

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan; c- unconfined flow

 Tách biến số và tích phân phương trình (V-4) với các

cận tích phân r  r1 ÷ r2 và H  H1 ÷ H2, kết quả chúng

ta nhận được.

 Separation of variables and integral equation (V-4) with

the integral approach r r1÷r2 and H H1÷H2, the

results we get.

 (V-7)

 Đặc biệt, khi r1 = r0 (r0 – bán kính lỗ khoan), H1 = H0 (H0

– áp lực ở vách lỗ khoan) và r2 = R (R – bán kính ảnh

hưởng hoặc bán kính cung cấp), H2 = H chúng ta có :

 Particularly, when r1 = r0 (r0 - radius boreholes), H1 = H0

(H0 - Pressure in borehole wall) and r2 = R (R –

effective radius), H2 = H we have :

Hình V.2 Sơ đồ phễu

hạ thấp khi hút từ LK

a và b- dòng áp lực trong mặt cắt và bình đồ; c- dòng không áp Fig V.2 Schema of cone

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan; c- unconfined flow

1

2 1

r r

Q H

H







Q H

Q S



 hạ thấp khi hút từ LK Hình V.2 Sơ đồ phễu

a và b- dòng áp lực trong mặt cắt và bình đồ; c- dòng không áp Fig V.2 Schema of cone

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan; c- unconfined flow

Đối với dòng nước không áp có đáy cách

nước nằm ngang (hình V.1c) phương trình

của dòng phẳng hội tụ có thể nhận được từ

phương trình đối với dòng áp lực nhờ quan hệ

(V-6) với H0 = 0,5h2, còn T thay bằng k Kết

quả chúng ta được

isa horizontal (Fig V.1c) equations of

convergent flat flow can get from the equation

for the confined water flow due to the

relationship (V-6) with H0 = 0, 5h2, while T

 (V-10)

Hình V.2 Sơ đồ phễu

hạ thấp khi hút từ LK

a và b- dòng áp lực trong mặt cắt và bình đồ; c- dòng không áp Fig V.2 Schema of cone

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan; c- unconfined flow

0

2 0

r

R k

Q h

h







Biến đổi (V-10) theo trị số mực nước hạ thấp trong

lỗ khoan hút nước

 Transformation (V-10) in value of draw down of

water level in the boreholes

 (V-11)

 Bằng cách tương tự chúng ta có thể nhận được

các công thức đối với các trường hợp có một lỗ

khoan quan sát và hai lỗ khoan quan sát khi hút

nước từ lỗ khoan bố trí trong tầng chứa nước

không áp.

 In the same way we can get the formula for the

case that an observation boreholes and two

observation boreholes while pumping water from

boreholes in the unconfined aquifer

Q S

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan; c- unconfined flow

Khi có 1 lỗ khoan quan sát

 (V-12)

 Khi có 2 lỗ khoan quan sát

 (V-13)

Hình V.2 Sơ đồ phễu

hạ thấp khi hút từ LK

a và b- dòng áp lực trong mặt cắt và bình đồ; c- dòng không áp Fig V.2 Schema of cone

of depression when pumping from borehole a and b pressure flow on section and plan; c- unconfined flow

0

1

2 0

2

1 ln

r

r k

Q h

2

2 ln

r

r k

Q h

h







đến các lỗ khoan, ngoài khái niệm về lưu lượng,

được xác định theo các công thức 7) –

(V-13), người ta còn đưa ra khái niệm tỉ lưu lượng

q Tỉ lưu lượng q của lỗ khoan là lưu lượng khi

mực nước hạ thấp S bằng đơn vị

volume of flow, as determined according to the

formula (V-7) - (V-13), it also introduced the

concept of volume rate q Volume rate q of

borehole is a volume when the water level is

lowered S in units.

 (V-14)

Hình V.3 Sơ đồ phễu hạ thấp khi hút từ LK c- dòng không áp (1- Mực nước tĩnh; 2- Mặt áp lực và mặt tự do; 3- Mặt tự do trong dòng không áp (theo

pt Duypuy) Figure V.3 Schema of cone

of depression when pumping from borehole c- Unconfined flow (1- static water level; 2 presure and free surfaces; 3 free surface in unconfined flow (in Duypuy’ equation)

) /

( l s m s

Q

q 

khi hút nước từ các tầng chứa nước không áp

lực hút nước mạnh mực nước trong lỗ khoan

hoàn chỉnh có thể hạ xuống gần đến đáy h0 = 0

(S = h) Bằng thực tế và nghiên cứu ở phòng thí

nghiệm chứng tỏ rằng khi hút nước mạnh mực

nước trong lỗ khoan có thể đạt đến đáy, nhưng

mực nước ở vách lỗ khoan không thể đạt đến

đáy mà ở một vị trí nào đó và tạo thành bước

nhảy h (xem hình V.3).

the water pumping from the unconfined aquifer

so strongly, water level can down to the bottom

of borehole h0 = 0 (S = h) By practical and

laboratory studies demonstrated that strongly

absorbs water, the water level in the boreholes

can reach the bottom, but the water level in the

outside borehole wall can not reach the bottom,

Hình V.3 Sơ đồ phễu hạ thấp khi hút từ LK c- dòng không áp (1- Mực nước tĩnh; 2- Mặt áp lực và mặt tự do; 3- Mặt tự do trong dòng không áp (theo

pt Duypuy) Figure V.3 Schema of cone

of depression when pumping from borehole c- Unconfined flow (1- static water level; 2 presure and free surfaces; 3 free surface in unconfined flow (in Duypuy’ equation)

mực nước ở vách lỗ khoan và trong lỗ

khoan coi như trùng nhau; còn khi hút

nước mạnh, mực nước hạ thấp hơn, mực

nước trong lỗ khoan luôn luôn hạ thấp hơn

so với mực nước ở vách lỗ khoan

 Many documents have confirmed - only

when absorbs water with very small draw

douwn, the water level in the bore hole

walls and in borehole as identical; even

when strong water absorption, water level

lowered the water level in the boreholes are

always lower than the water level in the

borehole wall.

Hình V.3 Sơ đồ phễu hạ thấp khi hút từ LK c- dòng không áp (1- Mực nước tĩnh; 2- Mặt áp lực và mặt tự do; 3- Mặt tự do trong dòng không áp (theo

pt Duypuy) Figure V.3 Schema of cone

of depression when pumping from borehole c- Unconfined flow (1- static water level; 2 presure and free surfaces; 3 free surface in unconfined flow (in Duypuy’ equation)

Theo Kamenxki G.N sự phát sinh bước

nhảy được giải thích như sau: gần lỗ

khoan các đường dòng có dạng đường

cong, vì vậy đường đẳng áp trong mặt cắt

có dạng đường cong Từ điểm đường

cong hạ thấp gặp vách lỗ khoan lập một

mặt đẳng áp, thì trong mặt cắt mặt đẳng

áp đó là đường cong AB (xem hình V.1c).

 According Kamenxki G.N generation of

jump is explained as follows: line of the

flow near the borehole shaped curve, so

the isobaric line in the curve From the

point of curve having a borehole wall build

a isobaric and in the cross section that is

the curve AB (see Figure V.3).

Hình V.3 Sơ đồ phễu hạ thấp khi hút từ LK c- dòng không áp (1- Mực nước tĩnh; 2- Mặt áp lực và mặt tự do; 3- Mặt tự do trong dòng không áp (theo

pt Duypuy) Figure V.3 Schema of cone

of depression when pumping from borehole c- Unconfined flow (1- static water level; 2 presure and free surfaces; 3 free surface in unconfined flow (in Duypuy’ equation)

bằng áp lực ở điểm A Giả sử mực nước ở

trong và ở ngoài vách lỗ khoan có cùng độ cao

thì nước nằm trong khu vực giữa đường cong

AB và vách lỗ khoan ở trạng thái đứng yên Do

đó muốn nước vận động tự do đến lỗ khoan

phải có sự chênh áp lực, sự chênh áp lực được

thể hiện bằng bước nhảy h.

pressure values at point A Assuming the water

level inside and outside the walls of wells having

the same height, the water in the area between

the curves AB and boreholes in the wall state of

rest Therefore if you want free movement of

water to boreholes to have the pressure

Hình V.3 Sơ đồ phễu hạ thấp khi hút từ LK c- dòng không áp (1- Mực nước tĩnh; 2- Mặt áp lực và mặt tự do; 3- Mặt tự do trong dòng không áp (theo

pt Duypuy) Figure V.3 Schema of cone

of depression when pumping from borehole c- Unconfined flow (1- static water level; 2 presure and free surfaces; 3 free surface in unconfined flow (in Duypuy’ equation)

Nguyên nhân gây ra bước nhảy là do sức

cản vận động trong vùng lân cận lỗ khoan

Trong quá trình hút nước trị số bước nhảy

thường tăng do sự lấp nhét ống lọc, do

quá trình điện hóa, cản trở sự vận động

của nước đến lỗ khoan

The cause of the jump is by resistant of

movement in near of boreholes In the

process of water absorption values of jump

usually increased by fill the filter, by

electrochemical process, hindering the

movement of water to boreholes.

Hình V.3 Sơ đồ phễu hạ thấp khi hút từ LK c- dòng không áp (1- Mực nước tĩnh; 2- Mặt áp lực và mặt tự do; 3- Mặt tự do trong dòng không áp (theo

pt Duypuy) Figure V.3 Schema of cone

of depression when pumping from borehole c- Unconfined flow (1- static water level; 2 presure and free surfaces; 3 free surface in unconfined flow (in Duypuy’ equation)

sự thay đổi đặc điểm vận động của nước dưới đất

trong vùng lân cận lỗ khoan Tức là do chuyển từ

vận động tầng sang vận động rối; chính sự thay đổi

đó phát sinh sức cản bổ sung làm cho mực nước

trong lỗ khoan hạ xuống nhiều hơn ở vách Trong

tính toán địa chất thủy văn trị số h có thể xác định

theo các công thức kinh nghiệm của Abramôv

 Some authors suggest that the generation of the

jump is by the changing characteristics of

groundwater movement in the vicinity of boreholes

That is by move from stratum to turbulence

movement; The main changes arising additional

resistance makes the water level in the boreholes

in the wall down even more In calculating

hydrogeology h values can be determined h values can be determined

according to the formula of Abramov experience.

Hình V.3 Sơ đồ phễu hạ thấp khi hút từ LK c- dòng không áp (1- Mực nước tĩnh; 2- Mặt áp lực và mặt tự do; 3- Mặt tự do trong dòng không áp (theo

pt Duypuy) Figure V.3 Schema of cone

of depression when pumping from borehole c- Unconfined flow (1- static water level; 2 presure and free surfaces; 3 free surface in unconfined flow (in Duypuy’ equation)

Trong các công thức (V-8) – (V-11) chỉ đại lượng

R (R - bán kính ảnh hưởng) thay đổi theo thời

gian hút nước và phụ thuộc rất nhiều nhân tố

như lưu lượng, mực nước hạ thấp và đặc điểm

thấm nước của đất đá Trong tính đoán địa chất

thủy văn người ta thường xác định bán kính ảnh

hưởng R theo các công thức kinh nghiệm hoặc

theo tài liệu hút nước thí nghiệm.

In the formulas (V-8) - (V-11) only quantities R

(R - effective radius) change with the time of

water absorption and depends on many factors

such as water volume, lowering water levels and

waterproof characteristics of the rock In

hydrogeology predictability, it is often defined

radius R according to the empirical formula or

absorbent material experiments.

Hình V.3 Sơ đồ phễu hạ thấp khi hút từ LK c- dòng không áp (1- Mực nước tĩnh; 2- Mặt áp lực và mặt tự do; 3- Mặt tự do trong dòng không áp (theo

pt Duypuy) Figure V.3 Schema of cone

of depression when pumping from borehole c- Unconfined flow (1- static water level; 2 presure and free surfaces; 3 free surface in unconfined flow (in Duypuy’ equation)

lượng của lỗ khoan chúng ta thấy rằng quan

hệ giữa lưu lượng Q và mực nước hạ thấp S

là quan hệ đường thẳng đối với lỗ khoan trong

tầng chứa nước áp lực – công thức (V-9); còn

đối với lỗ khoan trong tầng chứa nước không

áp, quan hệ giữa Q và S là quan hệ bậc hai

parabôn – công thức (V-11)

volume of the borehole we found that the

relationship between volume Q and the draw

down S is linear relationship for boreholes in

the confined aquifer - the formula (V- 9); so for

boreholes in the unconfined aquifer,

relationship between Q and S is quadratic

parabolic relationship - formulas (V-11).

Hình V.3 Sơ đồ phễu hạ thấp khi hút từ LK c- dòng không áp (1- Mực nước tĩnh; 2- Mặt áp lực và mặt tự do; 3- Mặt tự do trong dòng không áp (theo

pt Duypuy) Figure V.3 Schema of cone

of depression when pumping from borehole c- Unconfined flow (1- static water level; 2 presure and free surfaces; 3 free surface in unconfined flow (in Duypuy’ equation)

hệ giữa lưu lượng Q và mực nước hạ thấp S rất

phức tạp; nhiều nhà nghiên cứu cho rằng quan hệ

giữa lưu lượng và mực nước hạ thấp có thể là

 Absorbent actual experiments demonstrate that the

relationship between volume Q and draw down S is

complex; many researchers believe that the

relationship between volume and draw down can be:

1.Quan hệ đường thẳng

1 Linear Relationship

Q = qS (V-14)

 Để xác định lưu lượng của lỗ khoan theo công thức

(V-14), áp dụng điều kiện STK = (1,5 ÷ 1,75) Smax thí

nghiệm.

 To determine the volume of the borehole by the

formula (V-14), applicable conditions STK = (1.5 ÷

1.75) Smax experiments

Hình V.3 Sơ đồ phễu hạ thấp khi hút từ LK c- dòng không áp (1- Mực nước tĩnh; 2- Mặt áp lực và mặt tự do; 3- Mặt tự do trong dòng không áp (theo

pt Duypuy) Figure V.3 Schema of cone

of depression when pumping from borehole c- Unconfined flow (1- static water level; 2 presure and free surfaces; 3 free surface in unconfined flow (in Duypuy’ equation)