c) Hệ số chứa nước

Chương III: Tài nguyên nước ngầm



-



-



Hệ kề sát nguồn nước: gồm các bồi tích phù sa hình thành nằm dưới lòng dẫn nước

hoặc hình thành cạnh các bãi tràn lũ. Những giếng nước ở đây có địa tầng thấm nước

tốt giáp với dòng chảy nên có một lượng nước khá lớn do lượng thấm từ dòng chảy

mặt vào đất.

Hệ thung lũng chôn vùi: những thung lũng do dòng sông đổi hướng chảy hoặc bị

cướp dòng hình thành nên. Hệ này gần giống hệ kề sát nguồn nước nhưng độ thẩm

thấu và lượng nước ngầm ít, lượng bổ sung nước ngầm ít hơn. Những đồng bằng rộng

phía dưới là những lớp cuội, sỏi, cát không bị nén chặt là nơi chứa nhiều nước ngầm.

Những thung lũng kề sát sườn núi nơi trầm tích nhiều là nơi chứa nước ngầm khá lớn.

Nguồn cung cấp nước chủ yếu là nước mưa hoặc thẩm thấu từ các dòng chảy không

thường xuyên.



III.3.2. Đá vôi

Đá vôi có mật độ, độ rỗng và tính thấm nước thay đổi trong một phạm vi khá lớn tùy

thuộc vào mức độ kết cấu và phát triển của các vùng có khả năng thấm sau khi tích tụ.

Những lỗ rỗng trong đá vôi có thể là các lỗ nhỏ li ti nhưng cũng có thể là các hang động

lớn hình thành nên các dòng sông ngầm. Sự hòa tan CaCO3 do nước đã gây ra nước ngầm

rất cứng. Cũng do hòa tan mà các hang động, lỗ rỗng trong đá ngày càng phát triển, đó là

hiện tượng Karst.



III.3.3. Đá do núi lửa hình thành

Đá hình thành do hoạt động của núi lửa có thể tạo nên một tầng ngậm nước tốt, đặc biệt là

đá bazan. Những lớp cuội, sỏi cát hoặc những vật liệu khác nằm xen kẽ giữa hai lớp dung

nham làm cho đá bazan chứa và chuyển nước tốt. Ngoài ra do hiện tượng phong hóa, do

các vận động nội sinh ra đứt gãy mà đá bazan cũng có khả năng chứa và chuyển nước tốt.



III.3.4. Đá cát

Đá cát và đá dăm kết là các dạng bị xi măng hóa của cát và cuội sỏi. Do đó độ rỗng, khả

năng sản sinh nước ngầm của chúng bị giảm nhỏ do ciment liên kết. Các tầng ngậm đá

cát tốt nhất sản sinh nước ngầm qua các chỗ nối, liên kết của các phân tử cứng (hạt cát).

Đá dăm kết không có ý nghĩa lớn lắm trong việc chứa và chuyển nước ngầm.



III.3.5. Hóa thạch và đá biến chất

Các dạng đá cứng của hóa thạch và đá biến chất không thấm nước nên có thể xem chúng

là những tầng ngậm nước rất kém. Những nơi loại đá này xuất hiện kề sát mặt đất sẽ bị

phong hóa mạnh, dần dần phát triển thành tầng ngậm nước chứa một lượng nước tương

đối nhỏ đủ dùng cho sinh hoạt của một số hộ gia đình.

Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA



87



Chương III: Tài nguyên nước ngầm



III.3.6. Đất sét

Đất sét có độ rỗng tương đối lớn nhưng từng lổ rỗng của chúng lại quá nhỏ nên được xem

là vật liệu không thấm nước. Các tầng đất sét nằm trong một hệ ngậm nước tốt có thể

hình thành nên các tầng ngậm nước bán áp.

III.3.7. Lưu vực nước ngầm

Một lưu vực nước ngầm có thể được xác định như là một đơn vị địa chất thủy văn chứa

một tầng ngậm nước rộng lớn hoặc một vài tầng ngậm nước liên thông và quan hệ qua lại

với nhau. Trong một thung lũng giữa các dãy núi, lưu vực nước ngầm có thể chỉ ở phần

trung tâm của lưu vực dòng chảy mặt. Trong vùng đá vôi và vùng đồi cát, lưu vực nước

ngầm và lưu vực dòng chảy mặt hoàn toàn khác nhau. Khái niệm lưu vực nước ngầm trở

nên rất quan trọng vì tính liên tục thủy lực trong khu vực chứa nước ngầm.

Để xác định lưu vực nước ngầm cần phải có các bản đồ địa chất của khu vực cần nghiên

cứu kết hợp với các tài liệu về địa lý tự nhiên.



III.4. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN NƯỚC NGẦM

III.4.1. Định luật thấm

Trong trường hợp môi trường đất đồng nhất về nhiệt độ, nồng độ muối thì các lực tác

dụng lên phần tử nước bao gồm lực hút mao quản, áp lực bên ngoài và trọng lực. Xét

trong một quá trình nào đó các lực trên thay đổi dẫn đến sự xuất hiện gradient thế của

nước trong đất. Đó chính là nguyên nhân gây ra sự chuyển động của nước trong đất.

Với một môi trường xốp đồng nhất về mặt cấu trúc, tốc độ chuyển động đủ nhỏ để đảm

bảo trạng thái chuyển động là chảy tầng. Quy luật cơ bản về sự chuyển động của dòng

thấm được biểu thị bằng công thức Darcy:

v = k.J

trong đó



(3.4)



v: vận tốc thấm (cm/s)

J: gradian thấm (độ dốc thủy lực)

k: hệ số thấm của môi trường (cm/s)



Trị số v là vận tốc trung bình của dòng thấm “tượng trưng” khi xem toàn bộ dòng thấm

chứa đầy chất lỏng. Vận tốc v còn được gọi là tốc độ Darcy do giả thiết rằng dòng chảy

qua toàn bộ mặt cắt ngang mà không xem xét đến các phần tử rắn và lỗ rỗng trong đó.

Vận tốc trung bình dòng thấm trong lỗ rỗng của đất hoặc đá tính theo công thức:

(3.5)



Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA



88



Chương III: Tài nguyên nước ngầm



trong đó



v’: vận tốc thấm trung bình trong lỗ rỗng của môi trường thấm

n: độ rỗng của môi trường (đất hoặc đá nứt nẻ)



Công thức xác định độ rỗng của môi trường:

(3.6)

trong đó



W’: thể tích phần rỗng

W: thể tích tổng của môi trường thấm



Lưu lượng thấm q xác định theo công thức:

q = v.A (cm3/s)

trong đó



(3.7)



A: diện tích mặt cắt ngang của dòng thấm (cm2)



III.4.2. Phương trình thấm cơ bản

Đối với trường hợp thấm ổn định, nghĩa là vận tốc, áp lực thấm không phụ thuộc thời

gian thì thành phần vận tốc thấm có dạng:



(3.8)



trong đó



h: cột áp thấm



Mặt khác, nước thấm trong đất phù hợp với điều kiện liên tục của chuyển động chất lỏng

không nén được cho nên thỏa mãn phương trình liên tục.

(3.9)

Kết hợp (3.8) và (3.9) ta có:

(3.10)

Nếu gọi thế lưu tốc thấm là ϕ ta có công thức:

ϕ = -k.h



Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA



(3.11)



89



Chương III: Tài nguyên nước ngầm



Dựa vào (3.8) và (3.11) ta có:



(3.12)



Lấy đạo hàm (3.12) và thay vào (3.9) ta có :

(3.13)

Từ (3.9) và (3.13) cho thấy các hàm số cột áp h và thế lưu tốc ϕ là những hàm điều hòa.

Giải các phương trình này với những điều kiện biên cụ thể, ta có thể xác định được cột áp

h và thế lưu tốc ϕ tại bất kỳ điểm nào trong môi trường thấm và từ đó xác định được các

đường đẳng áp h = const và đường đẳng thế ϕ = const. Trên cơ sở đó có thể tính được áp

lực và vận tốc thấm.



III.5. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MỰC NƯỚC NGẦM

III.5.1. Yếu tố khí tượng

a) Áp suất khí quyển

Sự thay đổi áp suất khí quyển gây ra do sự dao động mực nước thủy áp trong tầng ngầm

nước có áp. Mối quan hệ đó là mối quan hệ nghịch biến có nghĩa là khi tăng áp suất khí

quyển sẽ dẫn đến giảm thủy áp và ngược lại. Khi sự thay đổi áp suất khí quyển được biểu

thị bằng cột nước, tỷ lệ sự thay đổi mực thủy áp với sự thay đổi của áp suất được gọi là

hiệu ứng áp suất của tầng ngậm nước.

(3.14)

trong đó



B: hiệu ứng áp suất (nằm trong khoảng 20 ÷ 70%)

γ: trọng lượng riêng của nước

Δh: sự thay đổi mực thủy áp

Δpa: sự thay đổi áp suất khí quyển



Xem tầng ngậm nước như là một vật thể đàn hồi. Nếu Δpa là sự thay đổi áp suất khí

quyển, Δpω là kết quả thay đổi áp suất thủy tĩnh ở đỉnh của tầng ngậm nước có áp và ΔSc

là ứng suất nén được tăng lên trên tầng ngậm nước thì:

Δpa = Δpω + ΔSc

Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA



(3.15)

90



Chương III: Tài nguyên nước ngầm



Δpa



Tầng có áp

Biên trên tầng

ngậm nước



Tầng ngậm nước



Δpω



Hạt cát



ΔSc



Hình 3.6. Minh họa tầng ngậm nước và các thông số tính toán

Tại giếng hút nước từ tầng ngậm nước có áp

pω = pa + γh



(3.16)



Cho áp suất khí quyển tăng thêm Δpa thì

pω + Δpω = pa + Δpa + γh



(3.17)



Ta thấy rằng Δpω < Δpa do đó h’ < h. Như vậy mực nước trong giếng hạ thấp xuống khi

áp suất khí quyển tăng lên.



Mặt đất



pa



Mực thủy áp

pa + Δpa



h



pω



h'



Tầng ngậm nước



pω + Δ pω



Hình 3.7. Độ chênh mực nước và áp suất khí quyển trong giếng nước

Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA



91