Bài giảng Mô hình nước dưới đất: Chương 1 - TS. Nguyễn Mai Đăng

Chia sẻ: Hấp Hấp | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

168
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Mô hình nước dưới đất - Chương 1: Các tính chất vật lý của các tầng chứa nước" cung cấp cho người học các kiến thức: Sự xuất hiện nước ngầm, môi trường lỗ rỗng, các loại tầng chứa nước, mực nước thủy áp. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Mô hình nước dưới đất: Chương 1 - TS. Nguyễn Mai Đăng

MÔ HÌNH NƯỚC DƯỚI ĐẤT Chương 1: CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA CÁC TẦNG CHỨA NƯỚC (Physical ProperMes of Aquifers) TS. Nguyễn Mai Đăng Bộ môn Thủy văn & Tài nguyên nước dang@wru.vn; 0989.551.699
Tóm tắt các đề mục •  Sự xuất hiện nước ngầm –  Phân bố nước trong tầng sát mặt •  Môi trường lỗ rỗng (Porous Medium) –  Độ rỗng (Porosity) –  Hàm lượng ẩm đất (Moisture Content) –  Kích thước hạt (Pardcle Size) –  Áp suất mao dẫn (Capillary Pressure) –  Đường cong đặc inh độ ẩm đất (Soil Moisture Characterisdc Curves) –  Hệ số thoát nước (nhả nước) và giữ nước đơn vị (Speciﬁc Yield and Retendon) •  Các loại tầng chứa nước (Aquifer Types) –  Lượng trữ trong các tầng ngậm nước (Aquﬁer Storage) •  Mực nước thủy áp (Piezometric head)
Sự xuất hiện nước ngầm Occurrence of Groundwater •  Nước ngầm xuất hiện khi nước xâm nhập vào tầng sát mặt thông qua các khe nứt và lỗ hổng trong đất và đá •  Mực nước ngầm tầng nông (Shallow water level is called the water table) 3
Phân bố nước trong tầng sát mặt •  Phân chia thành các vùng Biểu đồ phân bố đất khác nhau Biểu đồ phân bố ẩm –  Phụ thuộc vào % không (Moisture Proﬁle) (Soil Proﬁle) Mô tả (Descripdon) gian lỗ rỗng thay thế bởi nước •  Unsaturated Zone –  Nước được lưu giữ bởi các lực hút mao dẫn, độ ẩm vùng này xấp xỉ độ ẩm đồng ruộng (ﬁeld capacity)trừ khi đang trong quá trình thấm •  Soil moisture zone –  Nước chuyển động xuống trong khi thấm và lên trong khi bốc hơi •  Capillary fringe –  Lớp này đạt bão hòa ẩm ở đáy (Saturated at base) Độ ẩm –  Đạt độ ẩm đồng ruộng ở bão đỉnh (Field capacity at top) •  Saturated Zone hòa –  Các lỗ rỗng bão hòa hoàn toàn (Fully saturated pores) Độ ẩm đồng ruông (Field capacity): -‐ Là lượng nước còn giữ lại được sau khi thấm trọng lực (Water remaining a‹er gravity drainage) Độ ẩm cây héo (WilMng point): -‐ Là lượng nước còn giữ lại được sau khi thấm trọng lực & bốc hơi (Water remaining a‹er gravity drainage & evapotranspiradon)
Môi trường lỗ rỗng (Porous Medium) Mặt cắt ngang của lớp đất •  Nước ngầm (Groundwater) –  Là tất cả các lượng nước bên dưới bề mặt đất (All waters found beneath the ground surface) –  Xâm chiếm các lỗ rỗng (Occupies pores) •  Môi trường lỗ rỗng (Porous media ) –  Vô số các lỗ rỗng có kích thước nhỏ (Numerous pores of small size) Có kích thước đều) Có kích thước không đều) –  Các lỗ rỗng chứa chất lỏng như nước và không khí (Pores contain ﬂuids e.g., water and air) –  Các lỗ rỗng đóng vai trò như một đường ống để dẫn nước (Pores act as conduits for ﬂow of ﬂuids) •  Các loại đá (Type of rocks) –  Số lượng, kích thước, và sự sắp xếp của các lỗ rỗng ảnh hưởng đến sức chứa nước và dòng chảy trong địa tầng. •  Các dạng lỗ rỗng không đồng đều (Pores shapes are irregular) –  Sự khác biệt trong khoáng chất hình thành nên các loại đá Đá có thể hòa tan (đá vôi) –  Quá trình địa chất hình thành nên Đá tinh thể khe nứt (đá các hình dạng lỗ rỗng. granite) Mặt cắt ngang của lớp đá
Kích thước hạt của các loại đất (Par%cle Size of Some Soils) 6
Độ rỗng (Porosity) Soil volume V •  Là sự chiếm giữ của khoảng trống (Saturated) Pore trong môi trường xốp (Property of with the voids of the porous medium) water •  Nó = % của tổng dung ich bị chiếm giữ bởi các khoảng trống (% of total volume occupied by voids) solid
Độ rỗng (Porosity) Độ rỗng: tổng dung ich của Soil volume V đất có thể được lấp đầy bởi (Saturated) Pore nước Vi V − Vs with φ= φ = water V V V = Tổng dung ich của khối đất đá xem xét solid Vi = Dung ich khoảng trống Vs = Dung ich phần chất rắn ρm = mật độ hạt (grain density) φ= m ρ − ρd ρ = 1− d ρd = mật độ khoảng trống (bulk ρm ρm density) Tỷ lệ khoảng trống Vi φ e= = (Void RaMo): Vs 1 − φ
Các giá trị Mêu biểu của độ xốp Typical Values of Porosity Material Porosity (%) Peat Soil (đất pha than bùn) 60-80 Soils 50-60 Clay 45-55 Silt (phù sa) 40-50 Med. to Coarse Sand (TB đến thô) 35-40 Uniform Sand (cát đều) 30-40 Fine to Med Sand 30-35 Gravel 30-40 Gravel and Sand 30-35 Sandstone (sa thạch) 10-20 Shale (đá phiến sét) 1-10 Limestone 1-10 9
Độ ẩm đất (Moisture Content) Độ ẩm đất: = tỷ lệ phần dung Soil volume V (Unsaturated) ich nước trên tổng dung ich khối đất đá xem xét: VW Pore θ= V with air V = Tổng dung ich khối đất đá Vw = Dung ich nước Vi = Dung ich lỗ rỗng Vs = Dung ich phần chất rắn Độ bão hòa của đất (Saturadon, % water content): VW θ S= = 0% < S < 100% Vi φ
Phân bố kích thước hạt (Par%cle Size Distribu%on) Sand 49% Clay 40% Các đặc tính đất Bùn, của một mẫu đất lấy phù sa ở đảo Síp (Cyprus) Đất sét Cát 11
Sức căng mặt ngoài (Surface Tension) •  Bên dưới bề mặt giao diện (interface) –  Lực tác động cân bằng lên tất cả các hướng •  Tại bề mặt giao diện Bề mặt giao diện (interface) Không khí –  Một số lực bị triệt dêu –  Các lực cùng kéo các phân tử xuống –  Giống như màng tế bào kéo căng bề mặt Nước Lực tổng •  Bề mặt giao diện bị uốn cong hợp hướng –  Áp suất cao hơn về phía lõm vào bên •  Sự tăng lên của áp suất được cân trong bằng bởi sức căng bề mặt –  σ = 0.073 N/m (tại 20oC) Không có lực tổng hợp (bị triệt tiêu) •  Áp suất mão dẫn –  Liên quan đến áp suất trên cả 2 phía của mặt giao diện
Áp suất mao dẫn (Capillary Pressure -‐ Pc) Cách 1: tính Pc P Air The image cannot Bên trong ống áp suất âm T Solid h e nên nước bị hút lên Solid (Negative ψ Pressure) Water Tại mặt nước ap suất = 0 P Càng xuống sâu dưới nước áp suất r càng lớn (Positive pressure) ψ: cột nước mao dẫn γ: trọng lượng riêng của nước σ: sức căng bề mặt Áp suất pair = 0 không khí pc = pair − pw = γψ Áp suất pw = −γψ nước 2σ 2σ pc = γψ = γ = rγ r
Áp suất mao dẫn (Capillary Pressure) Cách 2: tính Pc Air θ The ima T h Negative pressure Solid Solid Water Positive r pressure Chất lỏng dâng lên trong ống do lực hút của lỗ (áp suất mao dẫn) cho đến khi cân bằng với trọng lực 2 σ cosθ (2πr ) = γπr ψ (trọng lực nước trong lỗ) (lực hút mao dẫn) 2σ ψ= rγ 2σ 2σ pc = γψ = γ = rγ r
Phân bố áp suất tầng sát mặt (Subsurface Pressure Distribu%on) z   Cột nước do áp suất mão Ground surface dẫn bên trên mực nước Pressure is ngầm là: negadve above water table ψ = ψ (θ ) ψ Unsaturated zone   Phân bố áp suất thủy Water table z = 0; p = 0 ¢nh bên dưới mực nước Pressure is posidve below ngầm (nơi p = 0) là: water table d1 ∂p Saturated zone P = γd1 > 0 = −γ ∂z p0
Đường cong đặc ‡nh của nước trong đất (Soil Water Characteris%c Curves) Vùng thấm (Vadose Zone) Porosity Đường cong đặc tính của nước trong đất The image cannot be displayed. Your computer may not have enough Capillary Zone •  Cột nước áp suất mao dẫn: ψ = ψ (θ ) •  Và phụ thuộc vào: –  Phân bố kích thước của lỗ –  Độ ẩm đất
Độ dâng cao mao dẫn trong đất (Capillary Rise in Soils) Độ dâng mao dẫn trong các mẫu vật liệu tự nhiên (không đầm chặt) - Sỏi mịn - Cát rất thô - Cát thô - Cát trung bình - Cát mịn Very fine sand - cát rất mịn Clay - sét (sau 72 ngày) (vẫn còn dâng lên sau 72 ngày) Đô dâng cao mao dẫn đo được sau 72 ngày; tất cả các mẫu hầu như đều cố cũng độ rỗng 41%
Hệ số thoát nước & giữ nước (Speciﬁc Yield & Reten%on) •  Hệ số thoát nước đơn vị (Speciﬁc Yield -‐ SY) –  Sy Là tỷ số giữa lượng nước thu được (bởi thoát trọng lực khi mực nước ngầm hạ thấp 1 khoảng ∆h) so với tổng dung ich: gravity drainage volume Sy = total volume –  Sy cũng được xem là độ rỗng hữu hiệu (efecdve poprosity) •  Hệ số giữ nước đơn vị (Speciﬁc RetenMon -‐ Sr) –  Là lượng nước còn lại sau khi thoát do trọng lực (độ ẩm đồng ruộng -‐ ﬁeld capacity) S r = φ − S y volume drained = S y ΔhA
Quan hệ giữa độ rỗng, hệ số thoát nước (nhả nước) và giữ nước đơn vị (Porosity, Speciﬁc Yield, & Speciﬁc Reten%on) Sr = φ − S y φ(%) Sy Sr
Các loại tầng ngậm nước (Aquifer Types) Vùng bổ cập nước ngầm Giếng •  Aquifer phun –  Chứa & chuyển nước –  Phù sa tự nhiên, cát, sỏi, đá cát. •  Aquiclude –  Chứa, nhưng không chuyển nước –  Đất sét and pha đá phiến sét –  Các biên không thấm của các tầng ngậm nước •  Aquitard –  Chuyển nước, nhưng ko giữ nước –  Đá phiến sét và pha sét –  Các lớp có áp thấm nước yếu •  Tầng chứa nước có áp •  Tầng ngậm nước không áp (Conﬁned aquifer) (Unconﬁned aquifer) –  Có áp suất lớn hơn áp suất khí –  Có tồn tại mực nước ngầm quyển –  Có biên bởi các lớp không –  Có biên bởi mực nước ngầm thấm