Nghiên cứu địa chất thủy văn công trình: Phần 2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:116

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 của cuốn sách "Địa chất thủy văn công trình" tiếp tục để cập đến những nội dung về: dòng thấm tới công trình khai thác nước dưới đất; dòng thảm tới công trình hạ thấp mực nước ngầm và tháo khô hố móng; dòng thấm trong vùng tưới; các mô hình nước dưới đất;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu địa chất thủy văn công trình: Phần 2

Chương 4 DÒNG THẤM TỚI CÔNG TRÌNH KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT §1. CÁC LOẠI CÔNG TRÌNH KHAI THÁC NUỚC DUỚI ĐẤT N guyên tắc chung để chọn loại công trình khai thác nước dưới đất là làm sao khai thác được lượng nước nhiều nhất mà khôn s gây tác hại tới môi trường (lún sụt m ặt đất,...) với chi phí nhỏ nhất cho thi công và vận hành trong điều kiện kỹ thuật cho phép. Thông thường có loại c ô n s trình khai thác nằm ngang và thẳng đứng. I. C ông trình khai thác nước nằm ngang Các công trình khai thác nước nằm ngang như các hành lang ngầm , hào thu nước kín, bể thu nưóe mạch, thường được sử dụng để khai thác nước ở vùng có các nón phóng vật, vùng có tầng chứa nước m ỏng, các dải cáL, đảo cát ven biển. Ở các vùng này, do đặc điểm hình thành đất đá chứa nước có chiều dày m ỏng, thường là nước ngầm có chiều sâu thế nằm khòng lớn hoặc do đặc điểm thuỷ địa hoá chỉ cho phép khai thác nước dưới đất ở phần trên cùns cùa m ặt cắt (các dải cát, đụn cát ven biển, các đảo cát,...). Do trữ lượng tĩnh không đáng kể hoặc không được xâm phạm (gây nhiễm m ặn) nên chỉ có thể khai thác phần trữ lượne động tự nhiên hoặc nhân tạo. Còng trình thu nước nằm nganơ thường gồm có: 1. bộ phận thu nước; 2. bộ phận dẫn nước 3. bể tập trung nước và 4. máy bơm để bơm nước vào các ống dẫn chính hoặc tới nhà máy xử lý nước. Bộ phận thu nước có nhiệm vụ tăng diện tích thu nước dưới đất trong m ột khoảng chiều sâu không lớn. Với m ột trị số hạ thấp mực nước không lớn phải thu được m ột lượng nước đủ lớn theo thiết kế. Khi khai thác trữ lượng động tự nhiên hay nhân tạo, công suất của bộ phận thu nước tính theo công thức: Q = a Bq (4.1) Trong đó: B - chiều dài bộ phận thu nước; q - lưu lượng đơn vị dòng ngầm; a - hệ số sử dụng trữ lượng động dòng ngầm ( a < 1). Các cống trình thu nước thấm ven bò sông hoặc cắt qua sông thì tính toán lượng nước chảy đến theo các sơ đồ thấm khác nhau bằng các công thức thủy động lực tương ứng. Việc thi công các bộ phận thu nước có thể bằng phương pháp hở hay phương pháp ngầm. Khi bề dày tầng chứa nước mỏng, nước dưới đất nằm không sâu (< 10m), đất đá bở 89
rời, không ổn định thì nên thi công bằng phương pháp hở. Tiến hành đào m ột hào vuông góc với hướns chả) của nước dưới đất với kích thước và chiều sâu tính toán, càng sâu dưới mực nước tĩnh (vào m ùa kiệt nhất) càng tốt, sau đó đổ sỏi sạn để tạo tầng lọc ngược, rôi đặt ÒI12 lọc kiêm óng dẫn nước vào giữa lớp sạn sỏi và lấp đi cho phẳng như địa hình cũ (hình 4.1). Do nước tự cháy từ bộ phận thu nước đến bể chứa theo ống dẫn kiêm ống lọc nên cần thiết kê bộ phân lliu nước hơi nghiêng vể phía bể chứa. Bè tập trung nước hoặc giếng đứng có kích thước khác nhau tuỳ theo yêu cầu thiết k ế nhưng phải có chiều sâu lớn hơn vị trí nước chảy từ ống dẫn nước vào bể. Bè chứa cần có nắp đậy và ống thông hơi. Trường hợp nước dưới đất ở độ sâu lớn (> 10m) thì dùne phưứng pháp ngầm: đào hành lang ngầm như kiểu dào lò ngang. Trong trường hợp do đất đá không ổn định, thi công tốn kém, người ta đào giếng đến độ H ìn h 4.1: Công trình thu nước sâu cần thiết rồi đóng các ống lọc cấm nằm ngang vào nằm ngang tầng chứa nước đê tăng diộn tích thu nước của giếng. 1. Đ ất sạn thấm nước; 2. M ực nước ngầm; 3. Ông dẫn nước Các ông lọc cắm có thể dài 6 -r 7m dược đóng vào thành giếng theo các hướng khác nhau. Với kỹ thuật hiện nay, có thê khoan các lỗ khoan nghiêng 5° - 15°, sau đó chuyển sang khoan nằm ngang hoặc dốc lên. Các lỗ khoan ngang có thể dài tới .1,5km , ở độ sâu 10 -r 30m với đường kính tới l,4m . Các lồ khoan này dùng để lắp đặt ống dẫn nước, dầu khí, nước thài qua sông, cảng, đường phố. II. Công trình khai thác nước thẳng đúng Công trình khai thác nươc thẳng đứng thường là các lỏ khoan khai thác nước, chúng có thể là các giếng đơn hoạt động độc lập để cấp nước cho m ột cụm dân cư nhỏ hoặc tập trung một số giếng trên diện tích nhất định tạo thành bãi giếng của nhà m áy nước, lúc này các giếng hoạt đòng tương hỗ lẫn nhau. Một lỗ khoan khai thác nước gồm có: ống chống, ống lọc và ống lắng (hình 4.2). Khi thiết kế lỗ khoan khai thác nước phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Đủ lớn và đủ sâu để máy bơm hoạt động bình thường. - Khả năng thu nhận nước của Ông lọc phải lớn hơn công suất m áy bơm. - Cấu tạo lỗ khoan bảo đảm có thể đặt m áy bơm ở dưới mực nước động ít nhất từ 2 đến 3 mét. - Không cho nước trên m ặt đất chảy xuống tầng chứa nước qua m iệng lỗ khoan và qua khe hở giữa thành lỗ khoan và thành ngoài ống chống. - Đảm bảo lỗ khoan không bị hỏng trong thời gian sử dụng. 90
H ìn h 4.2: Côm> trình thu nước thẳng dứng 1. GiếrnỊ khôrnỊ hoàn chinh thấm quư vách; a) Ong lọc không ngập; b) Ong lọc ngập, 2. G iếng khòn g hoàn chinh thám qua vách và đáy; 3. G iêng không hoàn chinh thấm qua đáy. Ở các m ạch lộ, người ta xây dựng các còng trình thu nước dạng điểm để khai thác nước dưới đất. Trước tiên cần khơi nguón dọn sạch vị trí lộ nước để nước thoát ra dễ dàng hơn. Sau đó xây tầng lọc ngược và bê thu nước. Phía trên tầng lọc ngược phải có lớp đất sét chống thấm để nước m ặt không ngấm xuống làm nhiễm bẩn m ạch nước. Ở nòng thôn có thể dùng giếng và lỗ khoan nhỏ kèm bơm tay để khai thác dưới đất. Các lỗ khoan này có đường kính 50 - 60m m . sâu từ 15 đến 120m. Phần trên của lỗ khoan là ống câm bằng nhựa cứng - dẻo, phần dưới 3 - 6m là ống lọc đục lỗ dạng khe. Dòng thấm tới công trình khai thác nước nằm ngang sẽ được trình bày mục §2 chương 5 (Dòng thấm tới công trình hạ thấp mực nước ngầm nằm ngang). Sau đây ta chỉ nghiên cứu dòng thám tới công trình khai thác nước thẳng đứng như các giếng, hố khoan. §2. DÒNG THẤM Ổ n ĐỊNH TỚI CÒNG TRÌNH KHAI THÁC NUỔC I. Đậc trưng của dòng thấm gán giếng khoan đứng Giếng có thể đặt trong tầng áp lực hay không có áp lực và được gọi là giếng có áp và giếng không áp. Thường các giếng làm việc độc lập với nhau là các giếng đơn. Khi các giếng ờ gần nhau có phạm vi ảnh hường chung thì có giếng tác dụng tương hỗ. Khi ống lọc choán hết chiều dày tầng chứa nước là giếng hoàn chỉnh, ngược lại là giếng không hoàn chỉnh (hình 4.3). W777777777>777 1 1a 2 2a 3 3a H ìn h 4.3: Cúc loại giếng không úp 1, la. G iếng hoàn chỉnh; 2, 2a. G iếng không hoàn chỉnh thấm qua vách và đáy; 3, 3a. G iếng không hoàn chỉnh thấm qua đáy.
M ột giêng đứng khi hút nước thì mực nước hay mực áp lực ở vùng gần giếng hạ thấp, hình thành phễu hạ thấp mực nước hay mực áp lực. Bán kính vùng hạ thấp gọi là bán kính ảnh hường R. v ể lý thuyết thì trị sô bán kính ảnh hưởng R sẽ tăng đến vô cùng theo thời gian hút nước. Tuy nhiên trong thực tế R là m ột đại lượng xác định trong những điều kiện cụ thể của hô' khoan và tầng chứa nước, thời gian hút,... B— J 1. K hi mực nước dưới đất nằm ngang thì hình f V f* f m K phễu hạ thấp trên m ạt cắt là hai đường cong đối xứng, còn trên m ặt bằng là những đường tròn đồng lâm (tâm cùa những đường tròn này trùng với tâm giếng). Các đường dòng trên m ặt bằng sẽ theo hướng các bán kính của đường tròn. Do vậy dòng thấm gần giếng là dòng thấm hội tụ - phóng xạ, đối xứng qua trục giếng (hình 4.4). Giá trị bán kính ảnh hưởng R phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hệ số thấm , độ cấp nước và bề dày tầng chứa nước, trị số hạ thấp mực nước trong giếng, điều kiện cung cấp và quan hệ thuỷ lực của H ìn h 4.4: Dòng thấm tầng chứa nước này với các tầng chứa nước nằm ỏ gần giếng khoan trên và dưới. Do vây trong thưc tế có thể xác định R- Bán kính ảnh hưởng. Vùng cấp nước gần đúng R theo các cône thức kinh nghiêm . trùng với vùng ảnh hưởng của giêhg, Khi hút nước trong cát, thường xác định R theo mũi tên là đường dòng tới giếng. công thức cùa K uxakin l.P: R = 2S y Ị ĩĩk , m (4.2a) Trong -ió: s - trị số ha thấp mực nước trong giếng, m; H - bể dày tầng chứa nước không áp hay trị số áp lực của tầng có áp, m; k hệ số thấm của đất, m/ngđ. Khi tầng chứa nước có bề dày lớn, dòng thấm- ổn định thì có thể tính R theo công thức của Zikhard: R= 10 s ypk , m (4.2b) Cozen đưa ra công thức lý thuyết để tính bán kính ảnh hưởng không ổn định: R= | f (4-2c) Trong đó: t - thời gian hút nước, ngày; ịi - độ cấp nước, phần đơn vị; Ọ - lun lượng giếng, m 3/ngđ; k - hộ sô' thấm, m/ngđ. 92
Công thức này xét đầy đủ nhất các yếu tô ảnh hưởng đên phễu hạ thấp mực nước khi hút. Khi khôn? có tài liệu thực nghiệm, độ cấp nước có th ả lấy giá trị theo bảng 4.1 (theo G irinxki N.K,...)- Bảng 4.1 Đất đá Đọ cãp nước |J. Ghi chú Cuội và sỏi 0,35 - 0,30 Cát hạt lớn 0.30 - 0,25 Cát hạt trung 0,25 - 0,20 Cát hạt nhỏ 0.20-0.15 Đối với cát chứa sét Cát hạt mịn 0 .1 5 -0 .1 0 lấy nhỏ hơn giá tri Đá nứt nẻ mạnh 0 01 -0.002 nêu trên 0,05 Đá nứt nẻ 0.002 - 0,0002 Đá karstơ hoá mạnh 0,15-0,05 Đá karstơ 0,05-0,01 Đá karstơ yếu 0.01 -0,005 Theo đề nghị cua V iện thiết kế thuý cò n s Liên bang Nga, khi độ hạ thấp mực nước vài r và kéo dài vài ngày, có thể lấy giá trị bán kính ảnh hướng R theo bảng 4.2. Báng 4.2 Tên đất đá Bán kính ảnh hưởng R, m A cát 10 20 Cá, hạt mịn 20-50 Cát hạt nhỏ 50-75 Cát hạt trung 75 - 100 Cát hạt lớn 100- 150 Cát chứa sòi 150-200 Khi hút nước từ hố m óng hay dùng thiết bị hạ thấp mực nước ngầm có bán kính dẫn dùng r0 tới 40 50m, thì bán kính ảnh hường R0 của hệ thống tích từ tâm vùng tháo khô được tính theo: R0 = K- f r , (4 2d) Trong đó R được tính theo các cóng thức đã nêu trên. 2. Khi mực nước dưới đất nằm nghiêng, điều này thường xảy ra trong thực tế thì phễu hạ thấp mực nước (hay mực áp lực) không đối xứng do m ở rộng nhiều hơn về phía thượng lưu (hình 4.5). Toàn bộ vùng lấy nước được bao quanh bởi đường phân thuỷ dưới đất. Bên Igoài đường phân thuỷ, dòng thấm sẽ đi lướt bên canh giếng và chỉ có dòng thấm bên trong đường phân thuỷ mới bị thu hút vào giếng. 93
\ V\ \ \ ' U W T \ \ \ \ (\* \ { \ Ú \ \ u V\ u \ u \ < V\ 'I \ 'v ^ vv v' \ \ \ Hinh 4.5: V ÙI1 nước chay den qiếniỊ khi có dòng ngầm ỊỊ a) Mạt rắt ngang; b) Trường áp trên mặt bâníỊ a) 1 ầng chứa nước có áp Khi thấm ổn định, phương trình đường biên vùng cấp nước cho giếng theo Todd (1980), Grubb (1993) có dạng: X = -------------^ ------- (4.3) tg(2rc k b i y / Q ) Tiong đó: X và y - các toạ độ của điếm trên đường bién; Ọ - lưu lượng bơm (m 3/ngđ); 94
k - hệ số thấm (m/ngđ); b - bể dày bão hoà ban đầu của tầng chứa nước, m; i - gradien thuỷ lực của trường thấm khi không có giếng; tg (y) - bằng radian. Có hai lời giải biên cho phương trình (4.4); các lời giải này không rút trực tiếp từ dạng phương trình nêu trên. Khoảng cách xc từ giếng hút đến biên hạ lưu của vùng cấp nước (điểm dừng): x c = ----- --------- (4.4) ( 2r c kbi ) Nửa chiều rộng lớn nhất ymax vùng cấp nước khi X là vô tận: y™ = ± 7 ^ -7 7 (4.5) (2 k b i) Để vẽ vùns cấp nước, trước tiên dùng phương trình (4.6) xác định chiếu rộng lớn nhất vùng cấp nước, sau đó thay các giá trị y nhò hơn vào phương trình (4.4) để tìm vị trí vùng cấp nước. Cuối cùng tìm điểm dùng theo phương trình (4.5). b) Tầng chứa nước không áp Grubb (1993) đã cho phương trình xác định hình dạng vùng cấp nước khi biết cột nước của hai giếng dọc theo trục hướng chảy, h| - cột nước ở thượng lun và h2 - cột nước ở hạ lưu: X= — -----------1 (46> 7 k(hf-hị)y/QL] 1 Trong đó: X và y - các toạ độ của đường biên vùng cấp nước; Q - lưu lượng hút, m 3/ngđ; k - hệ số thấm , m/ngđ: tg (y) - bằng radian. Nừa chiều rộng lớn nhất vùng cấp nước khi X tới vô cùng: y " “ ■ 1 k(h| h^)
T n ( T * ? X ( 7 % f y * y * 7 i Hình 4.6: Sit.lo tạo thànli hước Iiluiy mực nước ở vách ịỊÌèhịỉ B Theo Kamenxki G.N sự phát sinh bước nháy được giải thích như sau. Ớ gần giếng các dườns dòns có dạng đường cong nên đường đẳng áp trong m ặt cắt có dạng đường cong. Từ điểm đ ư ờ n s cong hạ thấp ờ vách giếng lập một mặt đắng áp, thì trong m ặt cắt là đường cons AB. Trên đuờng AB có áp lực không đổi và có trị số áp lực ở điểm A. G iả sử mực nước ơ trong và ở vách giếng có cùng độ cao thì nước ở trong khu vực giữa đường cong AB và vách ]ỏ khoan ở trạng thái đứng yên. Do đó m uốn nước vận động tự do đến lỗ khoan phải có sự chênh áp lực thê hiện qua bước nhảy Ah. Giá trị Ah gần đúng cho giếng theo A bram ôp S.K: m (4.9b) Trong đó: a - hệ sô' kinh nghiệm phụ thuộc kết cấu bộ lọc; Q - lưu lượng m ột giếng, mVngđ; s - độ hạ thấp mực nước trong giêng, m; k - hệ sô thấm, m/ngđ; F - điện tích bề m ặt làm việc của bộ lọc, bằng 2 m ì, m 2(r - bán kính, / - chiều dài bộ lọ c) §3 DÒNG THẤM Ổ n ĐỊNH TỚI GIÊNG ĐƠN I. Giếng hoàn chỉnh 1. Trường tìỢỊ) giếng có áp Khi chảy tầng, phương trình lưu lượng giếng đơn hoàn chỉnh (hình 4 .7 ) của Duypuy có dạng: (4.10) R Trong đó: k - hệ số thấm đất đá, m/ngđ; M - bề dày tầng chứa nước, m; s - trị số hạ thấprnưc áp lực, m; R - bán kính ảnh hưởng của giếng, m; r - bán kính giếng, ni. H ình 4.7: Giếng dơn hoàn chỉnh 96
Tung độ đường cong mực áp lực được tính theo phương trình: , 0 .3 6 6 Q (lg x - l gr) m y = h + --------------------------. rr> (4.11) y kM hoặc (4.1 1) Ig R - Igi 2. Tnỉờììg liỢỊ) giếng nước ngầm (hình 4.8) Lưu lượng siếng đơn hoàn chỉnh (hình 4.8) xác định theo Duypuy: 1,36 k (H 2 - h 2 ) Q = m '/ngd (4.12) lg R - Igr 1,36k(2H - S ) S hay Q = mVngđ (4.12') lg R - Ig r Bỏ qua bước nhảy mực nước, tung độ đường cong mực nước tới giêng xác định gần đúng theo: 0,73Q (lgx - l gr) (4.13) y = i p + 7 - — •m 172 ,„2 I 2\ lg X — l g r (4.13') hay y= h + (H - h ) —— :—— , m V lgR-lgr Hình 4.8: Giếng nước ngầm hoàn chinh L ĩ I Lưu lượng của giếng gần sông với khoảng cách tới m ép sông / < 0,5R tính theo: ^ 1,36k (H 2 - h 2) _ 3/ , Q = — — ---------- , m /ngđ (4.14) lg21-lgr 3. Trường hợp giếng có úp - không ÚỊ) Khi chảy tầng, lưu lượng giếng có áp - khòng áp (hình 4.9) được tính theo: _ l,36k|(2H - M ) M - h 2 Ọ = , m '/ngd (4.15) IgR - l g r Tung độ đường cong vùng ha thấp mưc nước xác định theo (4.13), còn vùng hạ thấp mực áp lực theo: 0 ,3 6 6 Q (lgx - Iga) y= M+ (4.16) kM 97
Hình 4.9: Giếm; có áp - không áp .V:: 0 ầ ; 0 i I :. Khoàng cách a phân chia vùng thấm có áp và không áp có thể xác định theo: , , l,36k 2 . 2\ lg a = l g r + — ( M - h ) (4.17) 2 ,7 3 kM ( H - M ) hoặc lg a = lg R - (4.17') " ~ Q II. G iếng không hoàn chinh 1. TrườiiỊỊ họp giêng không áp a) Giếng chỉ thấm qua vách Lưu lượns giếng không áp không hoàn chỉnh (hình 4.10) được xác định gần đúng theo côns thức kinh nghiệm của Zam arin - Forgaym e: ,2 /2 h a - / l,3 6 k (H j - h ạ ) Qkhc = Q hc X J — — - , m3/ngđ (4.18) V ha lgR-lgr Trong đó: R Q hc - lun lương giếng hoàn chỉnh, m 3/ngđ; / - chiều dài phần làm việc của ống lọc hay phần giếng cho nước thấm qua, m; ha - bé dày tầng chứa nước, tính từ mực nước trong giếng khi hút đến giới hạn của đới hoạt động; H ình 4.10: GiêhíỊ khôiHỊ áp H a - bề dày đới hoạt động, m. khôniỊ lioàn chỉnh Phụ thuóc vào đỏ hạ thấp mực nước s, bề dầy đới hoạt động H a theo Zam arin được tính như sau: Khi s = 0,2 (S + /) H a = 1,3 (S + /) s = 0,3 (S + /) H ,= 1,5 (S + /) s = 0,5 (S + /) H ,= 1,7 (S + /) (4.19) s = 0,8 (S + /) H a = 1,85 (S + /) s = 1,0 (S + /) H , = 2,00 (S + /) 98
Sau khi xác định H a, tính ha = H a - s. Dựa trên công thức (4.18), hệ số hiệu chỉnh cho giếng không hoàn chỉnh phụ thuộc vào giá trị — được cho trong bảng 4.3. Bàng 4.3 ha Ma / ’ / 1.5 2,0 2,5 3.0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 Qkhe _ g Qhc 0.87 0,78 0.71 0.65 0,58 0,52 0,48 0,41 0,37 ~ = |3 1,15 1,28 1,41 1.54 1,74 1,93 2,11 2,42 2,70 Qkhc Tung độ đirờnq con e niực nước cho siên g khòng hoàn chỉnh khi X từ X| = H đến R có thê xác định gần đúng theo: ,2 0,73Q (lgx - lg r) y 3 =- f h; + (4.20) \ J kB Giá trị B lấy trong bảng 4.3, còn Q xác định theo(4.18). b) Giếng có bộ lọc không ngập toàn bỏ (mưc nước hạ thấp trong phạm vi bộ lọc) Khi 2 Ìếng có bộ lọc với chiều dài / < 0,3H, xác định lưu lươnơ tới giếng theo công thức 2 ần đúng của Babuskin V.Đ. (hình 4.11): Q = l,36kS / +s + ■ / , n r/n g đ (4.21) H ình 4.11: Giếng khôntỊ úp bộ , R , 0,66/ lọc khôn (Ị ngập toàn bộ lg - lg — r r y Khi chiều dài bộ loc lớn (/ > 0,3H ), lưu lương giếng xác định theo Babuskin V.Đ: Ọ = l , 36kS / +s 2m , m /ngđ (4.22) f ỉ +T ' , 4m lg r .a 21g T 1 4 m - A A 2 r 18 R Trong đó: m - khoảng cách từ bộ lọc đến đáy cách nước (hình 4.1 1), m; A - giá trị phụ thuộc vào u = — , được xác định theo đồ thị ở hình 4.13. m 99
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Hình 4.12: Giếm! khòm' áp có hộ lọi dài khôn# m>ập toàn hộ H ình 4.13: Đồ thị xác định A = f(a ) c ) G ièns co bò lọc ngàp (mực nước hạ thấp ở trên bộ lọc) Khi bỏ loc ơ gán mực nước tĩnh và bộ lọc ờ nửa trên tầng chứa nước (hình 4.14) thì xác đinh Um lương siêng theo công thức Babuskin V.Đ: ^ 2,73 k/s _ 3 , ^ Ọ = ------- — — - , m /ngđ (4.23) 0 ,5 B - lg - c Trong đo: c - khoáng cách từ mực nước tĩnh đến m ép trên ống lọc, m; c +1 , B - giá trị phu thuôc —— , xác định theo đổ thị ở hình 4.15. c +B 2,0 1,6 12 0,8 0,4 / 0 C±1 1,0 / 3 0 50 7,0 90 11,0 -0,4 c / -08 - 1,2 / / • 1.6 1 ■2 ,0 -2,4 -B Hình 4.14: Giên\J ( ó hò lot n^ậ/i Hình 4.15: Đồ thị xác định B = f d) Giếng chi thấm qua đáy Khi — < —, lưu lương giếng không áp chí cho nước qua đáy theo công thức Babuskin V.Đ: 2nk rS ọ = (4.24) n + r (I + l,18lg — ) 2 T 4H Các ký hiéu chơ trong hình 4. 100
e) G iếng thấm qua vách và đáy Khi đáy có hình bán cầu, lưu lượng xác định theo: l,36k(/0 - / 2) - 1 C 2 3, , 0 = ------ — --------+ 27ĩk Sr , m /n g đ (4.25) lgR-lgr Với đáy phẳng: Q - — ỄMÍo— ỉ _ l + 4 |c rs 5 mVngđ (4.26) lcs R - l g r c 2. Trườìig họp giếng có áp a) G iếns chi thấm qua vách Lưu lượng ° ’èng khỏne hoàn chỉnh xác định gần đúng theo: . l_ 2Ma - / _ 2 .7 3 k M.,s / 2Ma - / , m3/ngđ (4.27) Q khc _ Q hc - \M a Is R - lg r ỵ M a M Trona đó: Q h. - kai lượng giếng hoàn chinh theo công thức (4.10), mVngđ; / - chiểu dài bộ lọc, m; M a - bề dày hoạt độns tầng chứa nước có áp, xác định theo (4.19). M Phu thuộc vào — - , hệ số hiệu chinh có thê lấy theo bảng 4.3. Khi bó loc kề nóc tầng chứa nước (hình 4.16) hay kề đáy cách nước và chiều dài bộ lọc I < 0.3M, xác định lưu lượng theo G hirinxki N.K: 2,73k/s (4.28) Q = l g ( l ,6 /) - l g r Còn khi bộ lọc ờ giữa tầng chứa nước thì có lưu lương lớn hơn khi bộ lọc nằm kề đáy cách nước và xác định theo: 2,73k / s Q = (4.29) l g ( 0 ,6 6 / ) - l g r Khi chiều dài bộ lọc / > 0,3M , lưu lượng giếng H ình 4.16: Giếng có áp xác định theo Macket: không liuàn chỉnh 2 ,7 3 k M S Q= (4.30) 91 4 M - _ 4M 21g A' a 2 ơ. r R 101
Trong đó: a = — - tỉ sô' chiều dài phần làm việc của bô loc với bể dày tầng chứa nước; M A - hệ sô phụ thuộc vào a ; được xác định theo đồ thị ở hình (4.13). b) Giếng chí thấm qua đáy Theo Forgaym e, lưu lượng giếng có đáy hình bán cầu đào tới m ái tầng chứa nước có bề dày vò tận bằng: Q = 2 7irSk , m3/ngđ (4.31) T rons đó: k - hệ sô thấm đất đá, in/ngđ; r - bán kính trong của giếng. Các ký hiệu còn lại ờ trên hình 4.17. T uns độ đường cong mực áp lực tính theo phươns trình: - ị\_ _ 0 y=h+ , in (4.32) 27k ơ T X. Đối với giếng có đáy phẳng: H ình 4.17: Giến\> có áp chỉ thấm qua đúy Q = 4 r s k , m Vngđ (4.33) Khi tầng chứa nước có bề dày giới han, lun lương giếng khi có đáy bán cầu và — < — M 2 đươc tính theo công thức Babuskin V.Đ: 27irSk Q = — m3/ngđ (4.34) R 1+ 1 + 1,18 Ig M 4M và với giếng đáy phẳng: 271 rS k Ọ = mVngđ (4.35) TI r R + I 1 + 1,18 2 M 4M Tevenhe đưa ra công thức tính lưu lượng giếng có bề dày giới hạn: Q = 7ĩrSk In 1+ (4.36) H Mặc dù còng thức (4.36) cỏ cơ sở lý thuyết không chặt chẽ nhưng cho kết quá sát thực tế. M Các cóng thức (4.31) và (4.33) chí dùng cho giếng có đáy bán cầu khi — < 3 ,2 và đáy H M phăng - khi — < 1,3 . H 102
c) G iếng thấm qua cả vách và đáy Khi công thức tính ------------- ---------T c c siếng thấm qua vách (4.10) và qua đáy (4.36), ta có phương c ------------- ------------ lưu lượng * c I trình gần đúng lưu lượng giếng thấm qua cả vách và đáy: _ 2, 73 k / s C i . f l 2 M Q = — — -------- h 7 i r S k l n 1 + — — , n r/n g đ (4.37) lgR-lgr ^ H III. G iếng trong lớp khòng đồng nhát Trong thièn nhiên thưòng tồn tại các lớp khỏng đổng nhất vể tính thấm theo phương thẳng đứns. Việc chọn c ô n s thức tính toán cần thận trọng khi sử dụng các phương trình chuyển độns nước dưới đất trong lớp đồ n s nhất và lưu ý đặc biệt câu trúc phân lớp của tầng chứa nước. 7. Tầng à ĩứ ii tiư ớ c hai ló]) không áp Khi tầng chứa nước có hai lớp với hệ sò thám khác nhau (hình 4.18), đề nghị dùng công thức sau: K3 6 k : ( h; - hp) 2 .73k ,h , ( h 2 - h 0 ) Q = (4.38) l gR - l gr lgR-lgr hoặc 1,36 k; Q = 2 h , ^ - + h 2 + h 0 (h 2 - h o) (4.39) lgR-lgr V K: J Trong đó k| và ko - các hệ sỏ thấm cùa lớp dưới và lớp trên, các ký hiệu còn lại ở trên hình 4.18. R 1- fS T 1 r 4' !ỵịs L Ẽ ' ^ y h2 Hình 4.18: Giếm’ khôtHỊ áp from* 1 k \ rần ạ chửa nước l ó hai lớp ù 0 1 ộ t jj'; ộ X\Ó ; .0' ọ ;: X K Ọ o Q 'O f A Q •°. : 0. ■1 $ ò'ò VVÀ •õ: :o :° < I- T Bé dày không đóng nhất có thể thay bằng bề dày đổng nhất và sử dụng các công thức thóng thường khi đưa vào chúng giá trị hệ sỏ thấm trung bình. Ta có: 1,36 k, h ( H 2 - h 2 ) Q = (4.40) lgR-lgr Trong đó: ktb - hệ số thấm trung bình cho vùng từ vách giếng đến giới hạn vùng ảnh hường. Khi hút nước, ktb xác định theo: 103
V _ 2 k 1h| -+-k2( h 2 + h 0) (4.41) ,b ~ 2 h| + h -----;-------- -----t 2 + h Q Kết quá tính theo công thức (4.39) và (4.40) là như nhau. 2. TầiiiỊ chữa nước 3 lóp vờ nhiều lóp Phươim trình xác định lưu lượng tới giếng trong tầng chứa nước có 3 lớp (hình 4.19): 1,36k 3(h j - h ụ ) 2 ,7 3 k 2h 2(h j - h Q) 2 ,7 3 k ,h , ( h 3 - h Q) Q = + (4.42) IgR - Ig r lg R -lg r Hình 4.19: GièhiỊ không áp trong tần i; chứa nước 3 IỚỊ1 Biến đổi phươnơ trình này, ta nhận được: 1,36 Q = -(2hịk, + 2 h 2k 2 + h 3k 3 + h 0k 3) ( h 3 - h 0 ) (4.43) Ig R - lg r Khi có nhiều lớp với bề dày các lớp không lớn thì có thể dùng công thức (4.40) với ktb là hệ sò thấm trung bình trong vùng ảnh hưởng của giếng. Khi độ hạ thấp mực nước s ở trong vài lớp trên cùng, xác định k(b theo công thức: k;b H + k 'b .h Mb (4.44) H+h Trong đó: kỊb và k ? - hệ số thấm trung bình của lớp ở tiết diện ngoài vùng ảnh hưởng và tại giếng. H và h - chiều cao mực nước khi hút ngoài vùng ảnh hưởng và ở giếng. §4. DÒNG THẤM TỚI GIÊNG TUƠNG H ỗ Khi cấp nước cho nhà máy nước ở một bãi giếng thường dùng một nhóm giếng tương hỗ với số lương giếng không lớn. Vùng phân bố tầng chứa nước khá lớn so với vùng bố trí các giếng khoan hoàn chinh, có thể xác định lưu lượng của mỗi giếng khi có hai giếng có áp tương hỏ ơ trong vùng biên cấp hình tròn (hình 4.20). 27ikmS Q (4.45) R_ In 2r L 104
Ở đây: k - hệ số thấm đất đá; m - bề dày tầng chứa nước; s - Độ hạ thấpmực áplực; R - bán kính ảnh hưởng của giếng; r - ....................... l2 Lưu lượng mỏi giếng trons ba giếns tương hỗ bò trí ở đinh tam giác đều trong vòng biên cấp hình tròn (hình 4.21) xác định theo: _ 2ĩikmS Q = (4.46) Lưu lượng mỏi hố khoan trong bón hố khoan tương hỗ phân bò ớ sóc hình vuông khi biên cấp hình tròn (hình 4.22) xác định theo: Hình 4.21: Ba qiếng khoan tươiiq hỗ Hinh 4.22: Bốn hô khoan tươnỵ hỗ Với tầng chứa nước không áp, có thế sử dụng các công thức trên khi thay m bằng H - —, s tron^ đó H - bề dày tầng chứa nước. 105
V í dụ 4.1: Hô khoan có d = 200m m trong lớp chứa nước bồi tích có bề dày 7,25m. Tỷ trọng cát là ô = 1,67, độ rỗng n = 37%, độ chứa nước phân tử lớn nhất W pt = 6,2% , hệ số thấm k = 0 ,0 0 0 lm /s. Xác định lưu lượng hố khoan khi hạ thấp mực nước 3,5m trong 3 ngày, lưu lượng đon vị và trị sô hạ thấp mực nước ở tiết diện cách hô' khoan 30m. B à i giãi: Đò chứa nước phân tử lớn nhất trong đơn vị thể tích: a = W pt. ỗ = 6,2 . 1 ,6 7 = 10,35% Độ rỗng hoạt động (độ cấp nước): |i = 37 - 10,35 = 26,65% Bán kính ảnh hưởng R: Hkt 7,25.0,0001.86400.3 R =2 =2 = 53m 0,2665 Lưu lượng giếng theo công thức Duypuy (4 12’): 1,36 k ( 2 H - S ) S = 1,36.0,0001(2,7.25-3,50)3,50 _ 0 0 0 1 9 2 lg R -lg r Ig 5 3 -lg 0 ,1 0 Tung độ đường cong mực nước cách hố khoan 30m tính theo công thức (4.13): u2 . 0 , 7 3 Q ( l g x - l g r ) y= h + ---------- -2 ^--------- , ^ 2 . 0 ,7 3 -0 ,0 0 1 9 2 ( l g 3 0 - l g 0,10) = 3,75 + ------------------ — — ------- ---- — = 6,98 m 0,0001 Độ hạ thấp mực nước ở điểm đó: s = 7,25 - 6,98 = 0,27m Từ lun lượng khi s = 3,50m, tính lưu lượng đơn vị theo: 1,36 k (2 H - 1 ) 1,36.0,0001 (2 .7 ,2 5 -1 ) q= = 0,00067 m 3/s lg R -lg r Ig 5 3 -lg 0 ,1 0 V í dụ 4.2: Hố khoan sâu 14,66m đường kính 200mm đặt trong lớp cát có hệ số thấm :d=a20:d k = 0,00012m/s, mực nước ngầm cách mặt đất 2,66m. - 1 : í Bô lọc lưới có đường kính 152mm, với chiều dài 5m ;-ỊO r e có đáy được bịt bang nút gỗ (hình 4.23). I J i l i Xác định lưu lượng giếng khi độ hạ thấp mực nước là 4,5m. Hình 4.23: Cho ví dụ 4.2 106
B à i giải: H ô khoan không hoàn chỉnh có bộ lọc ngập nước chỉ thấm qua vách giếng (qua thành ống lọc). Có thê tính Q theo các công thức sau: 1. Tính theo còng thức của Forgayme có xét đến đới hoạt động theo Zamarin E. A: Khi s = 4,5m, / = 5,Om, độ hạ thấp s = 0,47 (S + /). Bể dày đới hoạt động theo Zamarin. H a = 1,67 (S + /) = 1,67 (4,5 + 5,0) = 15,86m Chiều cao mực nước hạ thấp trên đáy đới hoạt động ha = 15,86 - 4,50 = 1 l,36m. Xác định bán kính ảnh hường theo (4.3): R = 10.4,5 yf\Õ Ã = 145m Xác định lưu lượng hô' khoan theo công thức: l,3 6 k (H ;-h a) 2 n_ 12 h a - / lg R -lg r Vha V ha a _ 1,36.0.00012(15,862 - 1 Ụ 6 2) Ị 5 Ị 2.11,36-5 ; lg 145 - lg 0,076 VU 3 6 V 11.36 = 0,00608 . 0,74 = 0 ,0045m 3/s Hệ số hiệu chỉnh cho giếng khòng hoàn chinh có thể nhận đơn giản hơn theo bảng 4.3. Khi — = —■ = 2,27, hệ số hiệu chinh bằng 0,74 giống như phần tính ở trên. — 2. Theo còng thức của Babuskin V.Đ (4.23) Khi bộ lọc không ở giữa tầng chứa nước, lưu lượng giếng xác định theo công thức 4.23: 2,73 k / s Q = 0,5 B - lg - c Trong bài toán, khoảng cách c từ mực nước tĩnh đến mép trên bộ lọc là 7,Om. Khi —— = — ^ = 1,7, theo đồ thị ờ hình 4.15, tìm được B = -0,32. c 7,0 Do vậy: 2,73.0,00012.5 4,5 _ n n n/ l l „ 3/ ọ = ------------------------------- 0 0 7 6 = ° ’0 0 4 1 m / s 0 ,5 (-0 ,3 2 )-lg -~ 7,0 V í du 4.3: Giải ví dụ 4.2 với giả thiết ống lọc dài 8m không ngập và xác định mực nước ngầm ờ cách hố khoan 15m khi hút nước (hình 4.24). 107
Các sò liệu ban đầu: H| = 12m; / = 7,5m, s = 4,5m, r = 0,076m, R = 145m; k = 0,00 0 12m/s. 1. Theo cònq thức Zamarin - Focgayme (4.18) Tronc trường họp chúng ta / = 7,5m và s + / = H ị = 12m Theo Zamarin E.A (4. 19). Khi s = 0,38 (S + /), độ sâu đới ảnh hưởng H a bằng: H a = 1,58 (S + /) =1,58 . 12 = 18,96m Theo bans 4.3, hệ số hiệu chính cho giếng không hoàn chính khi — = 4 ’50 _ Ị 93 / 7 , 5 là B = 0.79. Liru lượng hô khoan theo công thức (4.18): 1,36.0,00012(18,962 - 1 4 , 4 6 2) Q = X 0,79 = 0,0059 m 3/s lg 145- l g 0,076 2. Theo còng thức Babuskin V.Đ (4.21): Khi chiểu dài ống loc không ngập / = 7,5m, bề dày tầng chứa nước lớn / < 0,3H, lưu lươn 2 siêng băng: /+s / Ọ = 1,36 kS + , R , 0,66/ lg Ig r r 7,5 + 4,5 7,5 = 1,36.0,00012.4,5 + 0,0057 m 3/s . 145 0,66.7,5 '8 *g 0,076 ^ 0,076 Két qua tính toán ọ theo hai công thức là gần nhau. 3. Khi Ọ = 0,0059m Vs, chiều cao mực nước ngấm hạ thấp ờ hố khoan trên giới hạn đến hoạt đóng h = H, - s = 18,96 - 4,50 = 14,46m, tung độ đường cong hạ thấp ở cách hố khoan 15m là: V kB