intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Ảnh hưởng của khai thác nước ngầm đến lún sụt mặt đất

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST
Báo xấu
7
lượt xem 2
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khi khai thác nước ngầm mực nước bị hạ xuống, kết quả là làm cho cân bằng áp lực bị thay đổi. Áp lực địa tầng tăng lên khi mực nước ngầm hạ sâu, đất đá bị nén ép và do đó dẫn đến lún đất. Bài viết Ảnh hưởng của khai thác nước ngầm đến lún sụt mặt đất đề cập đến phương pháp xác định độ hạ thấp mực nước ngầm và độ lún đất khi khai thác nước ngầm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Ảnh hưởng của khai thác nước ngầm đến lún sụt mặt đất

  1. Tạp chí KH&CN- Trường Đại học Bình Dương, Vol.4 № 1/2021 ẢNH HƯỞNG CỦA KHAI THÁC NƯỚC NGẦM ĐẾN LÚN SỤT MẶT ĐẤT Nguyễn Xuân Mãn1,3, Nguyễn Văn Ngà2, Đào Văn Tuyết3, Nông Nguyễn Minh Thúy3 1 Đại học Mỏ - Địa chất 2 Sở Tài nguyên – Môi trường Tp.HCM 3 Trường Đại học Bình Dương Ngày nhận bài: 21/12/2020 Biên tập xong: 24/02/2021 Duyệt đăng: 15/03/20221 TÓM TẮT Hiện nay việc khai thác nước ngầm phục vụ cho cuộc sống ở các đô thị lớn diễn ra với mức độ ngày càng gia tăng. Việc khai thác nước ngầm kéo theo hàng loạt sự cố không mong muốn; một trong các hiện tượng đó là lún sụt mặt đất. Đây là vấn đề có tính cấp bách và thời sự. Vấn đề lún sụt mặt đất đòi hỏi phải có những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiêm để dự báo sớm và đưa ra những giải pháp phòng ngừa phù hợp. Trong bài viết này các tác giả đã sử dụng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm để xác định sự hình thành phễu hạ thấp mực nước và độ hạ thấp mực nước trong khai thác nước ngầm. Kết quả nghiên cứu cho thấy: - Lún sụt mặt đất có liên quan chặt che với độ hạ thấp mực nước ngầm do khai thác. Mức độ hạn thấp mực nước ngầm phụ thuộc vào độ lớn của lưu lượng hút, bán kính ảnh hưởng của phễu hạ thấp mức nước, hệ số thấm của đất tầng chứa nước, đường kính của giếng khoan nước và các yếu tố thủy văn khác. - Độ hạ thấp mực nước trung bình phụ thuộc vào khoảng cách giữa các giếng, hệ số tương tác giữa các giếng của hệ thống giếng khai thác nước ngầm. Từ đó các tác giả đưa ra cách xác định độ lún mặt đất nhằm dự báo sụt lún có thể xảy ra, giúp cho công tác phòng tránh kịp thời. Từ khóa: Lún sụt mặt đất, phễu hạ thấp mực nước, bán kính ảnh hưởng, giếng khai thác nước ngầm. 1. Đặt vấn đề: Bài viết đề cập đến phương pháp xác định độ hạ thấp mực nước ngầm và độ Khi khai thác nước ngầm mực nước lún đất khi khai thác nước ngầm. bị hạ xuống, kết quả là làm cho cân bằng áp lực bị thay đổi. Áp lực địa tầng 2. Xác đinh các thông số của vùng hạ tăng lên khi mực nước ngầm hạ sâu, đất thấp mực nước do khai thác nước đá bị nén ép và do đó dẫn đến lún đất. ngầm Khi bơn nước lên theo các giếng đứng với lưu lượng Q, sẽ hình thành 15
  2. TC KH&CN- BDU, VOL.4 № 1/2021 Nguyễn Xuân Mãn và cộng sự phễu hạ thấp mực nước. Phễu này có x lg   dạng hình nón ngược: đỉnh là điểm hạ H 2 = (H - S) +   (H − S )S , m (3) r ( ) 2 thấp mực nước tại thành giếng, đáy có x lg R r dạng hình tròn với bán kính R. Chiều cao của hình nón là độ hạ thấp mực Trường hợp tầng chứa nước có áp: nước S, bán kính đáy R được gọi là bán kính ảnh hưởng. S= Q lg R ( r) ,m (4) 2,73k M 2.1. Bán kính ảnh hưởng R: Trong đó:M - chiều dày tầng chứa Bán kính ảnh hưởng R là một hàm số nước có áp, m; của hệ số thấm k, hệ số nhả nước , chiều dày tầng chứa nước, thời gian Phương trình đường hạ thấp mực nước: bơm, nguồn cung cấp nước và quan hệ x Q lg thuỷ lực của nước dưới đất. Hx = H − S + r , m; (5) 2,73 k M Người ta có thể dùng phương pháp bơm ép nước thí nghiệm để xác định Trong trường hợp tầng chứa nước có bán kính R hoặc xác định bằng công nhiều lớp có hệ số thấm khác nhau thì thức thực nghiệm. sử dụng hệ số thấm tương đương, xác định như sau: 2.2. Xác định độ hạ thấp mực nước S: Trường hợp tầng chứa nước không k td = k h i i , m/ngày-đêm; (6) áp với giếng bơm hoàn chỉnh mối quan h i hệ giữa lưu lượng hút Q và độ hạ thấp Trong đ: hi - chiều dày của các lớp mực nước S theo Đuypuy như sau: đất, m; ki - hệ số thấm của lớp đất thứ i, H 2 − h2 m/ngày-đêm; Q = 1,336k , m3/ngày-đêm (1) lg R − lg r 2.3. Hạ thấp mực nước khi có hệ Biến đổi đưa đến: thống giếng khai thác Q lg( R / r ) Khi khai thác nước ngầm phục vụ S=H-h = H- H − 2 , m (2) cho đời sống, người ta dùng bãi giếng. 1,336 k Bãi giếng có thể bố trí theo tuyến hay Trong đó: H - chiều cao mực nước, theo đỉnh một đa giác trên khu vực nào m; r - bán kính giếng hút nước, m; k - đó. Thường thì khoảng cách các giếng hệ số thấm, m/ngày- đêm; Phương trình cần bố trí sao cho: L ≤ 2 R. đường hạ thấp mực nước tại vị trí x cách giếng bơm sẽ là: 16
  3. TC KH&CN- BDU, VOL.4 № 1/2021 Ảnh hưởng của khai thác nước ngầm … + Trong trường hợp giếng hoàn tổng lưu lượng khai thác bằng nhu cầu chỉnh trong tầng nước không áp lưu sử dụng). lượng giếng đơn xác định như sau: 3. XÁC ĐỊNH ĐỘ LÚN ĐẤT DO 1,366 k (2 H − S ) S Qd = ,m3/ngày-đêm; KHAI THÁC NƯỚC NGẦM L 2,73R1 R2 lg + 2 r L2 3.1. Khi khai thác nước ngầm thường (7) là bố trí hệ thống giếng như hình 3 + Trong trường hợp giếng hoàn Giá trị hạ thấp mực nước trung bình chỉnh trong tầng chứa nước có áp thì được xác định như sau: lưu lượng giếng đơn xác định như sau: 1 L  Sx =  H L −  hx d x  , 2,73k M S L  Qd = ,m3/ngày- 0 L 2,73 R1 R2 (1 lg + 2 r L2 1) đêm; (8) Phương trình đường cong Hx xác + Chiều cao mực nước giữa 2 giếng định theo S.P. Avrianop như sau: kề nhau:  x H x = H − S 1 −  ; m,  L   R H a = H - S1 - 0,44   , m; (9)  ( R1 + R2 )   (1 2) Trong các công thức (7), (8) và (9) các ký hiệu như sau: L - khoảng Thay (12) vào (11) ta có: cách giữa 2 giếng, m;r - bán kính giếng 1  x   L bơm, m;H - chiều cao mực nước không Sx = H −   H − S 1 − R  dx L 0     áp, m;M - chiều dày tầng chứa nước có áp, m;k - hệ số thấm của tầng, m/ngày-  L  = H (1 −  ) + S 1 −  đêm;R1, R2 – bán kính ảnh hưởng ở  2R  phía bơm nước và ở phía miền cung (13) cấp;  - hệ số, xác định như sau : Trường hợp bố trí L = 2R ta có: ( R1 + R2 ) L S x = H (1 −  ) . = ; A = 1,733 lg ; ( R1 + R2 ) + 2 LA 2 r Thay  vào (12) ta có: (10) Số lượng giếng cần thiết được tính từ điều kiện sau: Qcần thiết =  Qd (tức là 17
  4. TC KH&CN- BDU, VOL.4 № 1/2021 Nguyễn Xuân Mãn và cộng sự   Trong tầng có áp, độ hạ thấp mực  ( R1 + R2 )  nước Sx (tính bằng mét) tương ứng với S x = H 1 −   (R − R ) + 2 L.0,733 lg L  S  độ tăng áp lực là x , kG/cm2. 2 r  1 2   10   3.3. Độ lún được xác định như sau:  (R1 + R2 )  = H 1 −  k   (R + R ) + 1,466 L lg L  l = p nn − n k nep M  ,   (16)   n  2 r  1 2   Trong đó:l - trị số độ lún mặt đất, (14) m; p - mức tăng áp lực tự nhiên do hạ 3.2. Độ tăng áp lực do hạ thấp mực thấp mực nước ngầm; knn - hệ số nhả nước ngầm: nước đàn hồi của lớp đá, xác định theo Trong tầng không áp, độ tăng áp lực thí nghiệm hút nước lỗ khoan (theo kết xác định như sau: quả thí nghiệm của Liên đoàn ĐCCT – ĐCTV phía Nam tại lỗ khoan 02T ở  n  p = S x 1 −  n , kG/cm2, (15) Thới Tam Thôn thì knn = 2,21.10-3); M  100  - chiều dày tầng chứa nước; Knep Trong đó: n - độ rỗng của lớp đất đá; - hệ số nén của nước, lấy bằng 4,74.10- n – tương tự của nước 5 R R S k H 2r Hình 1. Giếng hoàn chỉnh trong tầng chứa nước không áp 18
  5. TC KH&CN- BDU, VOL.4 № 1/2021 Ảnh hưởng của khai thác nước ngầm … R H S 2r Hình 2. Giếng hoàn chình trong tầng chứa nước có áp GK GK H H 2 R L Hình 3. Hệ thống giếng hoàn chỉnh có phễu hạ thấp mực nước giao nhau 4. Xác định độ lún do xói ngầm. vùng khai khoáng… Dưới đây trình bày phương pháp xác định độ lún do hiện Nhiều trường hợp do dòng nước tượng xói ngầm. ngầm chuyển động với gradient lớn, tốc độ lớn, môi trường đất đá có nhiều lỗ Ta coi xói ngầm có bản chất như việc rỗng, xốp... Sẽ tạo ra hiện tượng xói con người tạo ra một không gian ngầm ngầm: hiện tượng cuốn hạt đất đá đi (xây dựng công trình ngầm) trong địa khỏi vị trí ban đầu và tạo ra không gian tầng. Bài toán có thể đưa về xét ảnh trống rỗng trong địa tầng. Lúc này địa hưởng của công trình ngầm (không gian tầng phía trên các vùng trống rỗng đó bị ngầm) đến giá trị sụt lún bề mặt đất. nén ép, sụp xuống gây sụp lún bề mặt Công trình ngầm trong nền đất yếu và của khu vực đó. Diện tích vùng sụp lún bão hoà nước sẽ gây một hậu quả: làm có thể đến hàng ngàn ha. Nguyên nhân cho mặt đất bị lún. Lún hầm Văn Thánh gây ra xói ngầm cũng liên quan đến ở Tp. Hồ Chí Minh là một trong những khai thác nước quy mô lớn, tháo khô cảnh báo về vấn đề này. Trong báo cáo 19
  6. TC KH&CN- BDU, VOL.4 № 1/2021 Nguyễn Xuân Mãn và cộng sự này đề cập đến việc xác định đường Giả sử trong lòng đất người ta đào cong lún mặt đất khi tạo ra không gian một khoảng trống để làm công trình ngầm (công trình ngầm). Phạm vi đề ngầm (hình vẽ 4). Các kích thước hình cập: chỉ xét yếu tố gây lún mặt đất do học được cho trước. Chúng ta cần xác tạo ra khoảng không trong lũng đất. định hình dáng đường cong lún, độ lớn cực đại và lún tại tọa độ x. 4.1. Đặt bài toán: Hình 4. Sơ đồ bố trí công trình ngầm 1-mặt đất ban đầu; 2- đường lún; M- chiều cao công trình H- chiều sâu đặt công trình ngầm;  - góc ảnh hưởng.  4.2. Giải bài toán theo mô hình toán - V = −2 C ( x)dx; C ( x) - tọa độ dịch cơ: mô hình dẻo 0 Đối với Tp.Hồ Chí Minh thì đất đá chuyển đứng. (17) địa tầng là yếu, sét chứa nước. Lớp đất - Chuyển dịch theo phương thẳng đá được diễn tả bằng mô hình dẻo là đứng của đất đá nóc trực tiếp trên công phù hợp. trình ngầm là đại lượng lớn nhất và Chấp nhận một số giả thiết sau đây bằng: aM. khi giải bài toán theo mô hình đất biến - Chuyển dịch ngang của các điểm dạng dẻo: nằm trên trục đối xứng (oy) sẽ bằng 0. Tại mặt cắt ngang bất kỳ của lớp đất - Khi tọa độ (x) ra khá xa trục đối đá phía trên công trình ngầm nằm xứng thì độ lún tiến tới 0, đường cong ngang thì sụt lún xảy ra như nhau với lún tắt. một thể tích đất đá bằng chính đất đá sụt - Chuyển dịch đất đá của môi vào công trình ngầm, tức là: trường phía trên một đường hầm phân tố cơ bản không ảnh hưởng tới dịch chuyển của các điểm nằm phía trên của 20
  7. TC KH&CN- BDU, VOL.4 № 1/2021 Ảnh hưởng của khai thác nước ngầm … các đường hầm phân tố cơ bản khác bên  v x v x v x  2 cạnh nã.  t + v z x + v x y = X +   v x  Để diễn tả quá trình biến dạng dẻo  v y v y v y   + vz + vx = Y +  2v y của đất đá (hình 5) có thể sử dụng các  t x y   v x v y phương sau đây:  + =0  x y (18) Hình 5. Sơ đồ tính lún theo mô hình dẻo của lớp đất đá phía trên CTN 1- Bề mặt đất; 2- đường hầm (công trình ngầm). 3- đường hầm phân tố cơ sở; 4- đường lún do đường hầm cơ sở 3 tạo ra; 5- Đường lún tổng cộng. Trong các công thức (14):  - độ một điểm trên bề mặt (y = H) ứng với nhớt của môi trường; v x , v y - các thành một đường phân tố hầm cơ sở sẽ là: phần dịch chuyển;  2 - toán tử aM x Sx = th( )dx , 2 H Laplace; X,Y – hình chiếu tổng lực trên các trục x và y;  - mật độ của đá. (1 9) Khi xác định lún tại thời điểm (giai Trong đó: S - thành phần dịch đoạn) cuối của quá trình dịch chuyển có chuyển đứng do đường hầm phân tố tạo v v y thể bỏ qua thành phần x và (coi ra;  - đại lượng đặc trưng t t cho tính chất cơ lý của đất đá; th – hàm v x , v y là các hàm không đổi theo thời 1 tang hyperbolic (𝑡ℎ𝑥 = ( 𝑒 𝑥 + 2 gian). Sử dụng các giả thiết trên, có thể l l rút ra thành phần dịch chuyển đứng cho 𝑒 −𝑥 ) ). Tích phân (15) từ − đến + 2 2 21
  8. TC KH&CN- BDU, VOL.4 № 1/2021 Nguyễn Xuân Mãn và cộng sự cho ta toàn bộ độ lún do công trình 4.4 - Ví dụ tính toán: ngầm tạo ra: Ví dụ 1: Giả thiết M=10m; a = 0,2;  = 4 ; l = 400m; H = 20m; l/2 =200 aM   x −l /2  x + l / 2  Thay số: S ( x) = − th  H  − th  H  2      0,20.10  x − 200 x + 200  S ( x) = − th(4. 20 ) − th(4 20 ) , (20) 2   Giá trị  có thể được lựa chọn bằng (21) việc so sánh đường lún S(x) xây dựng Lập bảng tính S(x) (do đối xứng nên theo phương trình (16) với đường lún tính víi x  0; x = 0  22 0). Kết quả tính quan sát trên thực tế cho phù hợp. cho trong bảng 1. Bảng 1. Giá trị S(x) theo x x 0 50 100 150 190 200 210 220 S(x) 2,0 2,0 2,0 1,9999 1,9640 1,000 0,0359 0,0006 Ví dụ 2: Theo các giả thiết như trong ví dụ 1, cho  = 2,6,8 xác định S(x). Kết quả tính cho trong bảng 2. Bảng 2. Giá trị S(x) theo x x 0 50 100 150 190 200 210 220  2 2,0 2,0 1,9999 1,9999 1,7615 1,0000 0,2384 0,0359 4 2,0 2,0 2,0 1,9999 1,9640 1,000 0,0359 0,0006 6 2,0 2,0 2,0 2,0 1,9950 1,0000 0,0049 0,00001 8 2,0 2,0 2,0 2,0 1,9993 1,0000 0,0006 0,2 10-6 Ví dụ 3: Giữ nguyên các giá trị như ở ví dụ tính toán 1, thay đổi giá trị H=10, 20, 30 và 40 xác định S(x). Kết quả tính cho trong bảng 3. Bảng 3. Giá trị S(x) theo x x 0 50 100 150 190 200 210 220 H 10 2,0 2,0 2,0 2,0 1,9993 1,0000 0,0006 0,2 10-6 20 2,0 2,0 2,0 1,9999 1,9640 1,000 0,0359 0,0006 22
  9. TC KH&CN- BDU, VOL.4 № 1/2021 Ảnh hưởng của khai thác nước ngầm … 30 2,0 2,0 2,0 1,9999 1,8700 1,0000 0,1299 0,0096 40 2,0 2,0 1,9999 1,9999 1,7615 1,0000 0,2384 0,0359 Dựa vào các kết quả tính toán cho thấy - Hạ thấp mực nước ngầm (hoặc với mô hình đất biến dạng dẻo thì: giảm mức áp lực của nước có áp) sẽ làm - Đường cong lún trên mặt đất do xây tăng áp lực hữu hiệu lên đất và đó là dựng công trình ngầm có giá trị cực đại nguyên nhân làm cho đất bị nén lún, cố tại x = 0 và trên vùng lân cận với x = ± kết - kết quả là làm địa tầng lún sụp. l/2; đối xứng qua trục y; sẽ tắt dần khi - Khi khai thác với tốc độ lớn và x tiến đến một giá trị giới hạn ( x ≥ | l/2 gradient áp lức lớn trong tầng chứa + 0,1. l/2 | ) nước gồm đất bở rời, xốp, thành phần - Trị số lớn nhất của độ lún phụ thuộc hạt theo kích thước khác nhau sẽ dẫn nhiều vào chiều cao công tŕnh M, chiều đến xói ngầm và tạo nên không gian sõu H và cỏc yếu tố địa chất của mụi trống trong địa tầng – đây cũng là trường đất đỏ thụng qua tham số. nguyên nhân dẫn đến sụp đất. - Khi độ sâu đặt công trình không lớn - Độ lún mặt đất phụ thuộc không chỉ H ≤ (4-5)M, thì giá trị độ lớn cực đại ít vào độ tăng áp do hạ thấp mực nước mà thay đổi theo H. còn phụ thuộc vào hệ số nhả nước đàn 5. Kết luận hồi của lớp đá, chiều dày tầng chứa - Độ hạ thấp mực nước ngầm do khai nước, độ rỗng của lớp đất đá... thác phụ thuộc vào độ lớn của lưu lượng - Báo cáo đề cập đến phương pháp hút, bán kính ảnh hưởng của phễu hạ xác định lún đất do khai thác nước ở hai thấp mức nước, hệ số thấm của đá tầng khía cạnh: chứa nước, đường kính của giếng + Khai thác nước ngầm làm giảm áp khoan nước và các yếu tố thủy văn lực hay hạ thấp mực nước ngầm dẫn khác. đến tăng áp lực hữu hiệu nên đất đá địa - Trong khai thác nước ngầm bố trí tầng – nguyên nhân lún sụp đất. hệ thống giếng khai thác gần nhau, độ + Khai thác nước ngầm làm nảy sinh hạ thấp mực nước trung bình phụ thuộc hiện tượng xói ngầm, tạo không gian vào khoảng cách giữa các giếng, hệ số trống trong địa tầng - dẫn đến sụp đất. tương tác giữa các giếng . TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Liên đoàn Địa chất Thủy văn - Địa chất Công trình Miền Nam. Báo cáo Quy hoạch và sử dụng nước ngầm Thành phố Hồ Chí Minh, 12/2001. 23
  10. TC KH&CN- BDU, VOL.4 № 1/2021 Nguyễn Xuân Mãn và cộng sự [2] Nguyễn Uyên. Cơ sở địa chất và nền móng công trình, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2004. [3] Sở Tài nguyên và Môi trường Tp.HCM. Tóm tắt Đề án Xây dựng mạng quan trắc lún đất do khai thác nước dưới đất Vùng phía Nam, Tp.HCM, 09/2005.\ EFFECTS OF UNDERGROUND WATER EXPLOITATION ON THE LAND SUBSIDENCE ABSTRACT At present, the exploitation of groundwater for living in big cities is increasing. The exploitation of underground water led to a series of unexpected incidents; One of the phenomena is land subsidence. This is an urgent and topical issue. The issue of land subsidence requires theoretical and rigorous studies to early forecast and provide appropriate preventive measures. In this article, the authors have used theoretical and empirical methods to determine the formation of funnels to lower water levels and to lower water levels in groundwater extraction. Research results show that: - Land subsidence is closely related to the groundwater level reduction due to exploitation. The low level of underground water level depends on the magnitude of the suction flow, the influence radius of the funnel lowering the water level, the permeability coefficient of the aquifer, the diameter of the borehole and other hydrological factors. -The average lower water level depends on the distance between the wells, the interaction coefficient between the wells of the system of underground water exploitation wellsFrom there, the authors give a way to determine the land subsidence in order to predict the possible subsidence, which helps prevent timely work. Key words: Land subsidence, hopper lowering water level, impact radius, groundwater extraction well. Liên hệ: Nguyễn Xuân Mãn Đại học Mỏ - Địa Chất Số 18 Phố Viên - Phường Đức Thắng - Q. Bắc Từ Liêm - Hà Nội E-mail: mannxdoky@gmail.com 24
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2