chương 5 nước ngầm

Hầu hết giáng thuỷ mà đạt tới được bề mặt nước ngầm bị hấp thụ bởi các lớp

đất trên mặt. Phần còn lại, một khi sự tích trữ ở chỗ lõm xuống nào được lấp đầy, sẽ

chảy tràn trên mặt như dòng chảy tràn chảy tới các lòng dẫn sông suối một cách khá

nhanh. Nước thấm vào trong đất có thể sau đó bị bốc hơi, hoặc chảy ra hai bên bờ

sông gần tới bề mặt như dòng chảy sát mặt. Một phần nước có thể thấm dưới tác dụng

của trọng lực tới khối nước ngầm.

pdf39 trang | Chia sẻ: lelinhqn | Ngày: 19/11/2013 | Lượt xem: 455 | Lượt tải: 0download
Nội dung tài liệu chương 5 nước ngầm, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
134 Ch­¬ng 5 N­íc NgÇm 5.1. Giíi thiÖu vµ c¸c ®Þnh nghÜa HÇu hÕt gi¸ng thuû mµ ®¹t tíi ®­îc bÒ mÆt n­íc ngÇm bÞ hÊp thô bëi c¸c líp ®Êt trªn mÆt. PhÇn cßn l¹i, mét khi sù tÝch tr÷ ë chç lâm xuèng nµo ®­îc lÊp ®Çy, sÏ ch¶y trµn trªn mÆt nh­ dßng ch¶y trµn ch¶y tíi c¸c lßng dÉn s«ng suèi mét c¸ch kh¸ nhanh. N­íc thÊm vµo trong ®Êt cã thÓ sau ®ã bÞ bèc h¬i, hoÆc ch¶y ra hai bªn bê s«ng gÇn tíi bÒ mÆt nh­ dßng ch¶y s¸t mÆt. Mét phÇn n­íc cã thÓ thÊm d­íi t¸c dông cña träng lùc tíi khèi n­íc ngÇm. PhÇn biÓu ®å thÊm cña l·nh thæ mét thung lòng s«ng trong H×nh 5.1(a) thÓ hiÖn 4 ®íi chÝnh trong ®ã n­íc d­íi ®Êt ®· ®­îc ph©n lo¹i theo c¸ch truyÒn thèng. Gi¸ng thuû ®i vµo ®íi thæ nh­ìng t¹i bÒ mÆt ®Êt vµ di chuyÓn xuèng phÝa d­íi tíi mÆt n­íc ngÇm ®¸nh dÊu bÒ mÆt bªn trªn cña ®íi b·o hoµ. Ngay trªn mÆt n­íc ngÇm lµ viÒn mao dÉn trong ®ã hÇu hÕt tÊt c¶ c¸c lç hæng bÞ lÊp ®Çy n­íc. Gi÷a líp nµy vµ ®íi thæ nh­ìng lµ ®íi trung gian, trong ®ã sù di chuyÓn cña n­íc chñ yÕu lµ h­íng xuèng phÝa d­íi. Nh÷ng ®íi nµy thay ®æi gi÷a c¸c phÇn kh¸c nhau cña mét l­u vùc s«ng. Trªn c¸c s­ên thung lòng, n­íc tho¸t tõ ®íi thæ nh­ìng theo quy t¾c lµ ®i vµo trong ®íi trung gian vµ cuèi cïng cã thÓ hoÆc kh«ng cã thÓ ®¹t tíi ®íi b·o hoµ cã lÏ s©u vµi tr¨m mÐt ë líp ®Êt bªn d­íi. Tuy nhiªn, ë c¸c vïng ®ång b»ng ngËp lôt, líp mao dÉn th­êng më réng vµo trong ®íi thæ nh­ìng hoÆc thËm chÝ tíi chÝnh bÒ mÆt ®Êt, tuú thuéc vµo ®é s©u cña mÆt n­íc ngÇm vµ ®é cao cña líp mao dÉn. MÆc dï tiÖn lîi nh­ mét sù giíi thiÖu, sù ph©n lo¹i nµy cã xu h­íng kh«ng lµm râ nghÜa thùc tÕ r»ng n­íc d­íi mÆt vÒ b¶n chÊt lµ mét hÖ thèng ®éng lùc. Còng nh­ thay ®æi theo kh«ng gian bªn trong mét l­u vùc s«ng, nh÷ng ®íi nµy còng cã thÓ thay ®æi qua thêi gian, nh­ khi nh÷ng dao ®éng theo mïa cña mÆt n­íc ngÇm ®i vµo líp mao dÉn bªn trªn vµo trong ®íi thæ nh­ìng. NhiÒu ph­¬ng s¸ch kh¸c nhau ®· ®­îc th«ng qua ®Ó lµm s¸ng tá sù kh¸c nhau gi÷a n­íc trong ®Êt vµ n­íc ngÇm. Nh÷ng ph­¬ng s¸ch nµy ®· giíi h¹n sù xem xÐt cña vÊn ®Ò nghiªn cøu tr­íc khi tiÕn hµnh ®o ®¹c n­íc ngÇm vµ ®é s©u líp ®Êt chøa nh÷ng rÔ thùc vËt (Shaw, 1994; Price, 1996). Tuy nhiªn, n­íc trong ®Êt th­êng ®­îc ®Þnh nghÜa nh­ n­íc d­íi mÆt trong ®íi th«ng khÝ, tøc lµ ®Êt ch­a b·o hoµ vµ c¸c líp d­íi ®Êt n»m bªn trªn mÆt n­íc ngÇm. N­íc ngÇm ®­îc ®Þnh nghÜa nh­ n­íc d­íi mÆt trong c¸c ®Êt ®¸ ®· b·o hoµ hoµn toµn. Sù kh¸c biÖt gi÷a c¸c ®iÒu kiÖn b·o hoµ vµ ch­a b·o hoµ lµ mét ®iÒu quan träng. Trong ®íi b·o hoµ, c¸c kh«ng gian lç hæng hÇu nh­ hoµn toµn bÞ lÊp ®Çy n­íc vµ ¸p suÊt cña n­íc lµ b»ng hoÆc lín h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn. Trong ®íi th«ng khÝ, c¸c kh«ng gian lç hæng chøa c¶ n­íc vµ kh«ng khÝ vµ ¸p suÊt n­íc lµ nhá h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn. 135 H×nh 5.1 N­íc d­íi ®Êt: (a) c¸c tÇng chÝnh mµ trong ®ã n­íc d­íi ®Êt ®­îc ph©n lo¹i theo c¸ch truyÒn thèng; (b) nh÷ng mèi quan hÖ gi÷a c¸c tÇng ngËm n­íc kh«ng ¸p, thÈm thÊu vµ cã ¸p. Chó ý r»ng c¸c mùc thÕ n¨ng, nh­ ®­îc ®o ®¹c trong c¸c thiÕt bÞ ®o A, B vµ C, cã thÓ lµ kh¸c nhau. Tuy nhiªn, c¶ c¸c ®iÒu kiÖn b·o hoµ vµ kh«ng b·o hoµ ®Òu lµ phÇn liªn tôc cña n­íc d­íi mÆt mµ trong mét tr¹ng th¸i chuyÓn ®éng vµ liªn tôc cña dßng ch¶y. §íi th«ng khÝ thùc sù lµ mét ®íi chuyÓn tiÕp trong ®ã n­íc bÞ hÊp thô, gi÷ l¹i hay chuyÓn ®i, hoÆc xuèng d­íi vÒ phÝa mÆt n­íc ngÇm hoÆc lªn trªn vÒ phÝa bÒ mÆt ®Êt mµ tõ ®ã nã bÞ bay h¬i. Nh÷ng lÇn m­a r¬i kÐo dµi cã c­êng ®é cao, bé phËn cña ®íi thæ nh­ìng cã thÓ trë thµnh b·o hoµ t¹m thêi mÆc dï vÉn bÞ chia t¸ch bëi c¸c líp kh«ng b·o hoµ tõ n­íc ngÇm chÝnh bªn d­íi. TÝnh t¹m thêi nh­ vËy, c¸c mÆt n­íc ngÇm trªn cao cã thÓ dÉn tíi cã mét líp treo l¬ löng trong ®Êt lµm chËm l¹i sù tho¸t n­íc cña n­íc ®ang thÊm qua, hay khi c¸c líp trªn mÆt cña ®Êt cã kh¶ n¨ng ngÊm chËm nh­ ®Ó dÉn tíi c¸c ®iÒu kiÖn b·o hoµ. Nh÷ng vïng th­êng trong thêi gian ng¾n vµ cã thÓ lµ côc bé tån t¹i sù b·o hoµ bªn trong ®íi th«ng khÝ vµ cã thÓ lµ rÊt quan träng trong viÖc ph¸t sinh c¸c dßng ch¶y thø cÊp tíi c¸c lßng dÉn s«ng suèi (xem Môc 7.4). N­íc ngÇm lµ kho chøa n­íc ngät cã thÓ sö dông ®­îc lín nhÊt cña tr¸i ®Êt vµ trõ c¸c t¶ng b¨ng vµ c¸c nói b¨ng, nã ®· ®­îc ­íc l­îng lµ chiÕm kho¶ng 94% toµn bé n­íc ngät (xem B¶ng 1.1). Bèn m­¬i phÇn tr¨m n­íc ngÇm ®­îc gi÷ bªn trong 1 km cña líp bÒ mÆt ®Êt. KÝch th­íc tuyÖt ®èi cña kho chøa n­íc kh«ng thÓ tr«ng thÊy 136 ®­îc nµy thËm chÝ ®­îc minh ho¹ Ên t­îng h¬n bëi viÖc chuyÓn ®æi nã thµnh mét l­îng gi¸ng thuû t­¬ng ®­¬ng. NÕu ®­îc ph©n bè ®Òu trªn toµn bé bÒ mÆt ®Þa cÇu, n­íc ngÇm cã thÓ ®¹t tíi mét ®é s©u 19.6 m. Nh­ mét sù lùa chän, nã sÏ bao phñ c¸c bÒ mÆt ®Êt cña tr¸i ®Êt tíi mét ®é s©u b»ng 67.2 m, so víi l­îng gi¸ng thuû trung b×nh hµng n¨m lµ b»ng 0.75 m. Trong thùc tÕ sù ph©n bè cña nã lµ kh¸ biÕn ®éng nh­, vÝ dô, ë Hoa Kú n¬i mµ toµn bé kh«ng gian lç hæng bÞ n­íc, khÝ gas vµ x¨ng dÇu chiÕm gi÷ thay ®æi trong ph¹m vi tõ 3 m ë d­íi cao nguyªn Piedmont tíi kho¶ng 2500 m ë d­íi ch©u thæ Mississippi (Heath,1983). Vai trß cña n­íc ngÇm nh­ mét nh©n tè ®iÒu khiÓn khæng lå trong chu tr×nh thuû v¨n cã thÓ ®­îc nh×n nhËn tõ thêi gian tån t¹i lín, trung b×nh kho¶ng 300 n¨m, mÆc dï cã sù kh¸c biÖt ®¸ng kÓ gi÷a c¸c vÞ trÝ. N­íc ngÇm duy tr× dßng ch¶y s«ng ngßi trong suèt c¸c thêi kú thêi tiÕt kh« h¹n vµ lµ mét nguån n­íc chñ yÕu trong nhiÒu khu vùc kh« h¹n. Do thêi gian tån t¹i dµi cña nã, c¸c vïng mµ hiÖn nay cã mét khÝ hËu kh« h¹n mµ ë ®ã Ýt cã c¬ héi cho n­íc cã thÓ thÊm xuèng d­íi s©u, tuy nhiªn cã thÓ cã nh÷ng sù dù tr÷ n­íc ngÇm lín mµ lµ kÕt qu¶ cña sù ngÊm trong c¸c thêi kú m­a tr­íc ®©y. VÝ dô, cã nh÷ng sù dù tr÷ n­íc ngÇm khæng lå, t­¬ng ®­¬ng víi h¬n 5105 km3 n­íc, ë vïng sa m¹c Sahara. MÆc dï ®· cã nhiÒu sù tranh c·i trong qu¸ khø vÒ nguån gèc cña n­íc ngÇm, giê ®©y râ rµng r»ng hÇu hÕt toµn bé nã lµ nh­ sao b¨ng, tøc lµ ®­îc lÊy tõ h¬i Èm khÝ quyÓn ®­îc ng­ng tô mµ ®· thÊm xuèng d­íi qua ®íi th«ng khÝ. ChØ nh÷ng l­îng nhá n­íc ngÇm ®­îc b¾t nguån tõ n­íc bÈm sinh, mµ cã nguån gèc nh­ n­íc biÓn bÞ gi÷ trong mét sè ®¸ ë thêi kú bÞ ch«n vïi cña chóng. Nh÷ng tµi liÖu gi¸ trÞ vÒ sù ph¸t triÓn cña nh÷ng Ý t­ëng trong thuû v¨n n­íc ngÇm ®· ®­îc Back vµ Herman cung cÊp (1997) vµ bëi Narasimhan (1998). 5.2. C¬ së ®Þa chÊt C¸c líp ®¸ hay c¸c trÇm tÝch kh«ng v÷ng ch¾c mµ chøa vËt chÊt ®· hoµ tan ®ñ ®Ó s¶n xuÊt ra nh÷ng l­îng n­íc ®¸ng kÓ ®­îc biÕt ®Õn nh­ nh÷ng tÇng ngËm n­íc vµ sù h×nh thµnh n­íc ngÇm rÊt Ýt cã thÓ do n­íc thÊm qua vµ truyÒn n­íc chËm ch¹p h¬n ë c¸c tÇng ngËm n­íc liÒn kÒ th­êng ®­îc biÕt ®Õn nh­ lµ c¸c tÇng kh«ng thÊm. C¸c thuËt ng÷ nµy lµ m¬ hå vµ ¸m chØ nh÷ng ®Æc tr­ng t­¬ng ®èi h¬n lµ tuyÖt ®èi. V× vËy mét ®¸y bïn sÏ lµ mét tÇng kh«ng thÊm trong mét chuçi ®Þa tÇng häc cña c¸c líp bïn vµ c¸t xen kÏ nh­ng nÕu ®­îc liªn th«ng c¸c líp víi c¸c ®¸y sÐt Ýt kh¶ n¨ng thÊm h¬n, bïn sÏ lµ mét tÇng ngËm n­íc. HÇu hÕt c¸c tÇng ngËm n­íc chÝnh ®­îc lµm thµnh tõ c¸c l¾ng ®äng trÇm tÝch ®­îc h×nh thµnh tõ sù xãi lë vµ l¾ng ®äng cña c¸c lo¹i ®¸ kh¸c nhau vÝ dô c¸c ®¸ c¸t vµ ®¸ v«i.v.v. Ng­îc l¹i, c¸c ®¸ nói löa vµ ®¸ biÕn chÊt, h×nh thµnh d­íi c¸c ®iÒu kiÖn ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cao, nãi chung cã Ýt kh«ng gian lç hæng liªn th«ng vµ kÕt qu¶ lµ hÇu hÕt chØ cã kh¶ n¨ng chøa n­íc thÊp. Giíi h¹n bªn d­íi cña n­íc ngÇm x¶y ra ë mét ®é s©u mµ c¸c khe nøt rÊt Ýt vµ rÊt nhá ®Õn møc mµ nh÷ng chuyÓn ®éng xuèng d­íi xa h¬n n÷a gÇn nh­ lµ kh«ng thÓ. Biªn n­íc ngÇm nµy th­êng ®­îc h×nh thµnh bëi mét ®Þa tÇng ®¸ rÊt ®Æc, nh­ lµ sÐt, ®¸ phiÕn hay ®¸ granite, hoÆc bëi líp bªn trªn cña ®¸ mÑ n¬i mµ khèi n­íc ngÇm xuÊt hiÖn bªn trong mét trÇm tÝch bÒ mÆt cña vËt chÊt bÞ phong ho¸. Thay vµo ®ã, sù nÐn cña ®Þa tÇng do ®é s©u, mµ dÉn ®Õn tõ sù t¨ng träng l­îng cña c¸c ®¸ n»m bªn trªn, cã ý nghÜa r»ng mét ®é s©u cuèi cïng ®­îc ®¹t tíi mµ ë ®ã nh÷ng khe nøt ®· bÞ gi¶m c¶ vÒ kÝch th­íc lÉn sè l­îng rÊt nhiÒu ®Õn møc mµ sù chuyÓn ®éng n­íc xa h¬n n÷a hÇu nh­ bÞ ng¨n c¶n. §é s©u mµ t¹i ®ã ®iÒu nµy x¶y ra sÏ phô thuéc vµo ®Æc tÝnh cña 137 ®¸ ngËm n­íc vµ trong ®¸ granite ®Æc sÏ n«ng h¬n lµ trong mét ®¸ c¸t nhiÒu lç rçng. Tuy nhiªn, sè c¸c khe nøt cã xu h­íng chung lµ gi¶m theo ®é s©u vµ bªn d­íi kho¶ng 10 km toµn bé c¸c ®¸ cã lÏ lµ, trong thùc tÕ, ®­îc xem nh­ kh«ng thÓ thÊm qua (Price, 1985). 5.3. C¸c tÇng ngËm n­íc cã ¸p vµ kh«ng ¸p Biªn trªn cïng cña ®íi b·o hoµ thay ®æi tuú theo l­îng n­íc ngÇm lµ cã ¸p hay kh«ng ¸p (xem H×nh 5.1(b)). Trong tr­êng hîp n­íc ngÇm kh«ng ¸p, biªn nµy th­êng ®­îc xem nh­ mÆt n­íc ngÇm, ®­îc x¸c ®Þnh lµ mùc n­íc mµ ¸p suÊt n­íc lç hæng b»ng víi ¸p suÊt khÝ quyÓn. MÆt n­íc ngÇm cã xu h­íng theo sau c¸c ®­êng ®¼ng trÞ cña bÒ mÆt ®Êt n»m bªn trªn, mÆc dï nã cã d¹ng uyÓn chuyÓn h¬n. Gi¶ sö mét l­îng t­¬ng tù cña sù thÊm xuèng tõ m­a r¬i trªn c¶ ®Êt cao vµ thÊp, c­êng ®é sù gi¶m nhÑ cña mÆt n­íc ngÇm phô thuéc phÇn lín vµo kÕt cÊu vËt chÊt cã trong ®íi b·o hoµ. Trong tr­êng hîp cña ®¸ kÕt cÊu rÊt më, sù chuyÓn ®éng n­íc ngÇm sÏ lµ rÊt nhanh ®Õn møc mµ n­íc sÏ vÉn tho¸t vÒ phÝa c¸c thung lòng tõ bªn d­íi n­íc ngÇm cao h¬n khi cã sù bæ xung tõ gi¸ng thuû kÕ tiÕp diÔn ra, v× thÕ ®é cao cña nã ®­îc tÝch luü bªn d­íi c¸c vïng s©u. Xu h­íng nµy ®­îc phãng ®¹i bëi thùc tÕ r»ng sù gi¸ng thuû th­êng t¨ng sù ngÊm xuèng ®Êt. N­íc ngÇm trªn cao biÓu thÞ mét tr­êng hîp ®Æc biÖt cña n­íc ngÇm treo, kh«ng ¸p trong ®ã ®¸y kh«ng thÊm hoÆc b¸n thÊm n»m bªn d­íi kh«ng liªn tôc trªn mét vïng thËt lín vµ ®­îc ®Æt vÞ trÝ ë mét sè vïng cao bªn trªn khèi n­íc ngÇm chÝnh. N­íc ngÇm treo th­êng x¶y ra ë n¬i mµ mét ®¸y kh«ng thÊm hoÆc tån t¹i ë mét ®é s©u nhá hoÆc ph©n c¾t c¹nh ®¸y cña mét thung lòng. Trong nhiÒu vïng n­íc ngÇm kh«ng ¸p ®Çu tiªn ®­îc b¾t gÆp trong viÖc khoan mét lç khoan vµo trong lßng ®Êt ta b¾t gÆp n­íc ngÇm ®­îc ®Æt trªn cao nµy. Nh­ ®· chØ ra tr­íc ®©y, n­íc thÊm qua ®íi th«ng khÝ sau trËn m­a r¬i lín còng cã thÓ ®­îc xem nh­ mét khèi n­íc ngÇm treo trªn cao t¹m thêi (còng xem nh÷ng th¶o luËn vÒ n­íc s¸t mÆt trong c¸c Ch­¬ng 6 vµ 7). Biªn trªn cña mét khèi n­íc ngÇm cã ¸p ®­îc h×nh thµnh bëi mét ®¸y Ýt kh¶ n¨ng thÊm h¬n n»m bªn trªn (xem H×nh 5.1(b)). Sù kh¸c biÖt gi÷a n­íc ngÇm cã ¸p vµ kh«ng ¸p th­êng ®­îc lµm bëi sù chªnh lÖch thuû lùc gi÷a dßng n­íc cã ¸p vµ dßng tù do, n­íc ngÇm kh«ng ¸p. Tuy nhiªn, vÒ mÆt thuû v¨n hai d¹ng ®ã lµ mét phÇn cña mét hÖ thèng thèng nhÊt, ®¬n nhÊt. V× vËy, hÇu hÕt c¸c tÇng ngËm n­íc cã ¸p cã mét vïng kh«ng ¸p mµ qua ®ã sù cung cÊp n­íc ngÇm diÔn ra do thÊm qua vµ thÈm thÊu vµ trong ®ã mét mÆt n­íc ngÇm, nh­ ®· ®Þnh nghÜa ë trªn, biÓu thÞ bÒ mÆt trªn cïng cña ®íi b·o hoµ. H¬n n÷a, viÖc ®¸y cã ¸p kh«ng thÊm hiÕm khi h×nh thµnh mét ch­íng ng¹i thùc sù cho sù chuyÓn ®éng n­íc ngÇm v× r»ng th­êng cã mét sè sù trao ®æi vµ do ®ã mét ®é cÊp n­íc cña ®é dÉn thuû lùc, gi÷a n­íc ngÇm cã ¸p bªn d­íi ®¸y cã ¸p vµ n­íc ngÇm kh«ng ¸p bªn trªn nã. Thùc vËy, sù chó ý ®· ®­îc vÏ ra cho c¶m nhËn t­¬ng ®èi trong ®ã nh÷ng thuËt ng÷ nh­ tÇng ngËm n­íc vµ tÇng kh«ng thÊm ph¶i ®­îc sö dông vµ thùc tÕ r»ng mét khèi ®¸ h×nh thµnh mét tÇng kh«ng thÊm trong tr­êng hîp nµy l¹i cã thÓ h×nh thµnh mét tÇng ngËm n­íc trong tr­êng hîp kh¸c. Tõ mÆt n­íc ngÇm trong vïng n­íc ngÇm kh«ng ¸p, qua ®ã sù thÊm n­íc diÔn 138 ra, ®­îc ®Æt vÞ trÝ ë mét cao ®é cao h¬n vïng n­íc ngÇm cã ¸p cña tÇng ngËm n­íc, theo ®ã n­íc ngÇm ë vïng sau th× d­íi mét ¸p suÊt t­¬ng ®­¬ng víi chªnh lÖch mùc thuû tÜnh gi÷a hai líp. NÕu ¸p suÊt ®­îc gi¶i phãng mét c¸ch côc bé, nh­ bëi sù h¹ thÊp mét giÕng vµo trong tÇng ngËm n­íc cã ¸p, mùc n­íc theo lý thuyÕt sÏ gi©ng lªn trong giÕng tíi ®é cao cña cét n­íc thuû tÜnh, tøc lµ ®é cao cña mÆt n­íc ngÇm trong vïng cÊp n­íc trõ ®i ®é cao t­¬ng ®­¬ng cña tæn thÊt n¨ng l­îng dÉn ®Õn tõ sù ma s¸t gi÷a n­íc ngÇm chuyÓn ®éng vµ nÒn r¾n cña tÇng ngËm n­íc gi÷a ®iÓm n¹p vµo vµ ®iÓm lÊy n­íc ra. BÒ mÆt t­ëng t­îng mµ n­íc gi©ng tíi ®ã trong c¸c giÕng khoan c¸c tÇng ngËm n­íc cã ¸p ®­îc gäi lµ bÒ mÆt ®o thÕ n¨ng cña n­íc (Lohman, 1972; Freeze vµ Cherry, 1979). ThuËt ng÷ nµy ®· ®­îc thay thÕ c¸c tªn gäi ban ®Çu, ch¼ng h¹n nh­ bÒ mÆt ®o ¸p suÊt vµ cã thÓ ®­îc ¸p dông cho c¶ tÇng ngËm n­íc cã ¸p vµ kh«ng ¸p. Trong thùc tÕ, cao ®é cña bÒ mÆt ®o thÕ n¨ng ®­îc ®o ®¹c, kh«ng trong mét giÕng, mµ trong mét ¸p kÕ, mµ lµ mét èng nhùa kÝn trõ ®i mét ®é dµi ë ®¸y. Trong tr­êng hîp n­íc ngÇm kh«ng ¸p ë c¸c ®iÒu kiÖn tr¹ng th¸i æn ®Þnh, tøc lµ khi kh«ng cã dßng ch¶y, mÆt n­íc ngÇm vµ mÆt ®« thÕ n¨ng xuÊt hiÖn ë cïng mét cao ®é. Tuy nhiªn, trong n­íc ngÇm kh«ng h¹n ®Þnh ®ang ch¶y, c¸c cao ®é cña mÆt n­íc ngÇm vµ mÆt ®é cao thÕ n¨ng sÏ kh¸c nhau, v× ®é cong cña c¸c ®­êng dßng trong c¸c hÖ thèng n­íc ngÇm ®Þa ph­¬ng. ThuËt ng÷ giÕng phun ®· ®­îc sö dông kh¸c nhau trong c¸c c¸ch ®Ó m« t¶ chÝnh tÇng ngËm n­íc cã ¸p, hay mét giÕng mµ xuyªn qua mét tÇng ngËm n­íc cã ¸p, hay b¾t kú giÕng nµo t¹o ra n­íc ch¶y mét c¸ch tù do lªn trªn mÆt ®Êt. Mét sè lo¹i vµ c¸c ®iÒu kiÖn “giÕng phô” ch¶y tù do phæ biÕn nhÊt ®­îc t×m thÊy ë c¸c vïng ®Þa tÇng trÇm tÝch h¬i uèn nÕp ch¶ng h¹n nh­ vïng ë tØnh Artois ë miÒn b¾c n­íc Ph¸p, l­u vùc London ë Anh, hay c¸c l­u vùc giÕng phun lín cña trung ®«ng Austrialia vµ ®ång b»ng Great cña Mü. Ban ®Çu c¸c giÕng trong hai l­u vùc cuèi b¾t gÆp n­íc víi ¸p suÊt ban ®Çu cã kh¶ n¨ng ®Ó phun vät cao h¬n 45 m bªn trªn bÒ mÆt ®Êt, mÆc dï cét ¸p suÊt sau ®ã bÞ gi¶m kh¸ nhanh (Davis vµ De Wiest, 1966). C¸c ®iÒu kiÖn giÕng phun còng ®· ®­îc t×m thÊy trong c¸c ®¸ kÕt tinh nøt nÎ vµ ®øt g·y, ®Æc biÖt lµ n¬i mµ chóng ®­îc phñ trªn bëi c¸c trÇm tÝch trªn mÆt t­¬ng ®èi kh«ng thÊm. C¸c giÕng phun tù nhiªn còng cã thÓ lµ kÕt qu¶ cña viÖc ®øt g·y mét vïng c¸c ®¸ trÇm tÝch uèn nÕp. C¸c ®iÒu kiÖn giÕng phun kh«ng lu«n ®ßi hái mét ®¸y cã ¸p n»m bªn trªn vµ cã thÓ diÔn ra ë nh÷ng vïng dèc nh­ mét kÕt qu¶ cña c¸c ®iÒu khiÓn ®Þa h×nh (Môc 5.5.4). ViÖc ph©n lo¹i n­íc ngÇm thµnh “kh«ng ¸p”, “cã ¸p”, “ë trªn cao” (n­íc treo) cã xu h­íng nhÊn m¹nh nh÷ng sù kh¸c biÖt gi÷a ba lo¹i mµ cã thÓ khã nhËn ra trong thùc tÕ, thËm chÝ trong c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa lý thuû v¨n ®¬n gi¶n. Trong c¸c vïng ®Þa lý thuû v¨n phøc t¹p c¸c thuËt ng÷ nµy trë nªn hÇu nh­ kh«ng cã ý nghÜa. Tuy nhiªn, nh÷ng lo¹i nµy ®· ®­îc chÊp nhËn mét c¸ch réng r·i trong tµi liÖu nghiªn cøu vµ ®­îc sö dông trong ch­¬ng nµy nh­ mét cÊu tróc tiÖn lîi cho viÖc ®¶m b¶o nh÷ng th¶o luËn vÒ tr÷ l­îng n­íc ngÇm vµ sù chuyÓn ®éng n­íc ngÇm. 5.4. Tr÷ l­îng n­íc ngÇm C¸c tÇng ngËm n­íc cã thÓ ®­îc xem nh­ nh÷ng hå chøa nh©n t¹o cho kho n­íc ngÇm vµ nh­ c¸c ®­êng èng cho sù chuyÓn ®éng n­íc ngÇm. Bëi v× phÇn lín n­íc ngÇm chuyÓn ®éng rÊt chËm vµ cã thêi gian c­ tró trong tÇng ngËm n­íc rÊt dµi, chøc n¨ng l­u tr÷ th­êng lµ râ rµng h¬n.Tuèi cña n­íc trong mét sè tÇng ngËm n­íc 139 ë Anh vµ Libya, vÝ dô ®· ®­îc ®¸nh gi¸ lµ h¬n 20000-30000 n¨m (Downing vµ nh÷ng ng­êi kh¸c, 1977; Wright vµ nh÷ng ng­êi kh¸c, 1982) vµ ë trung Australia mét sè n­íc ngÇm cã thÓ lµ 1.4 triÖu n¨m tuæi (Haberinehl, 1985). Râ rµng sù x¸c ®Þnh chÝnh x¸c tuæi n­íc ngÇm sÏ lµ quan träng cho viÖc ®¸nh gi¸ c¶ tiÒm n¨ng tµi nguyªn cña khèi n­íc ngÇm vµ c¶ tÝnh chÊt cã thÓ bÞ tæn th­¬ng cña nã do sù « nhiÔm (Andrews, 1991). C¸c ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh niªn ®¹i th­êng ®­îc dùa trªn sö dông c¸c lo¹i chÊt hoµ tan b¾t nguån hoÆc tõ khÝ quyÓn hoÆc tõ bªn d­íi bÒ mÆt ®Êt, vÝ dô c¸c khÝ hiÕm nh­ helium (He) vµ argon (Ag). Môc nµy xem xÐt c¸c ®Æc tr­ng chÝnh cña kho chøa n­íc ngÇm, ®Æc biÖt lµ c¸c ®Æc tr­ng tÇng ngËm n­íc ¶nh h­ëng tíi nã, ch¼ng h¹n nh­ ®é rçng vµ n¨ng suÊt khai th¸c riªng vµ sù gi÷ l¹i vµ c¸c c¬ chÕ cña thay ®æi l­îng tr÷ trong c¶ tÇng ngËm n­íc cã ¸p vµ kh«ng ¸p. 5.4.1. §é rçng L­îng n­íc ngÇm ®­îc l­u tr÷ trong mét vËt chÊt ®· b·o hoµ phô thuéc vµo ®é rçng cña nã. §é rçng nµy th­êng ®­îc biÓn diÔn b»ng phÇn tr¨m cña tæng thÓ tÝch ®¸ hay ®Êt mµ ®­îc biÓu thÞ bëi c¸c khe nøt cña nã, hay c¸c kho¶ng trèng. Trong khi hÇu hÕt c¸c khe nøt lµ c¸c kh«ng gian gi÷a c¸c h¹t nhá mét sè lµ cã nhiÒu hang ®éng. Mét hiÓu biÕt vÒ ®Æc tÝnh cña nh÷ng khe nøt nµy râ rµng lµ cÇn thiÕt cho mét sù t×m hiÒu vÒ l­îng tr÷ vµ sù chuyÓn ®éng cña n­íc ngÇm, vµ mét vµi ph­¬ng ph¸p ®· ®­îc ®Ò xuÊt ®Ó ph©n lo¹i chóng. Sù ph©n lo¹i ®­îc sö dông th­êng xuyªn nhÊt dùa trªn c¸ch thøc vÒ nguån gèc cña chóng vµ xem xÐt c¸c khe nøt gèc vµ thø cÊp (Todd, 1980; Heath, 1983). Khe nøt gèc, nh­ c¸i tªn ¸m chØ, ®· ®­îc t¹o ra t¹i thêi ®iÓm ban ®Çu cña ®¸ mµ chóng diÔn ra trong ®ã. V× vËy trong c¸c ®¸ trÇm tÝch chóng x¶y ra ®ång thêi víi c¸c kh«ng gian gi÷a c¸c h¹t, trong khi trong c¸c ®¸ nham th¹ch, mµ chóng th­êng dÉn tíi tõ viÖc lµm nguéi macma nãng ch¶y, chóng cã thÓ trong ph¹m vi kÝch th­íc tõ kh«ng gian gi÷a c¸c ®¸ kÕt tinh nhá tíi c¸c hang ®éng lín. Khe nøt thø cÊp lµ kÕt qu¶ cña c¸c ho¹t ®éng sau ®ã cña c¸c nh©n tè ®Þa lý, khÝ hËu hay sinh häc trªn ®¸ gèc. Nh÷ng sù ®øt ®o¹n vµ nøt nÎ, ®­îc më réng cã lÏ bëi viÖc phong ho¸ vµ sù hoµ tan lµ phæ biÕn nhÊt. C¸c khe nøt nh­ vËy th­êng ®­îc t×m thÊy ë c¸c ®¸ kÕt tinh cøng, giµ mµ hÇu nh­ kh«ng cã ®é rçng gi÷a c¸c h¹t vµ v× thÕ ®ãng mét vai trß chÝnh trong sù l­u tr÷ vµ chuyÓn ®éng cña n­íc ngÇm vÝ dô qua c¸c vïng réng lín cña ch©u Phi, phÝa b¾c B¾c Mü, phÝa b¾c ch©u ¢u vµ Ên §é. Mét vÊn ®Ò víi lo¹i ph©n lo¹i “ph¸t sinh” nµy cña c¸c khe nøt lµ c¸c kh«ng gian gi÷a c¸c h¹t gèc th­êng sau ®ã bÞ ®iÒu chØnh l¹i bëi c¸c qu¸ tr×nh bao gåm sù hoµ tan vµ sù xi m¨ng ho¸. Do ®ã mét sù ph©n lo¹i rÊt gièng, nh÷ng cã lÏ thÝch hîp h¬n lµ gi÷a ®é rçng c¬ b¶n do kh«ng gian gi÷a c¸c h¹t trong nÒn ®Êt ®¸ (H×nh 5.2(a)-(d)) vµ ®é rçng thø cÊp do c¸c qu¸ tr×nh nh­ hoµ tan däc theo c¸c vÕt nøt vµ sù xÕp tÇng c¸c mÆt ph¼ng (H×nh 5.2(e)) hoÆc do viÖc nøt nÎ vµ ®øt g·y (H×nh 5.2(f)). Sù lÉn lén ®«i khi n¶y sinh ra, trong tr­êng hîp cña c¸c ®¸ nøt nÎ tèt, vÝ dô, gi÷a ®é rçng cña nÒn ®¸ r¾n (mµ cã thÓ lµ rÊt thÊp) vµ ®é rçng toµn bé cña c¶ ®Þa tÇng (mµ cã thÓ lµ t­¬ng ®èi cao). ThËt lµ quan träng ®Ó nhËn ra r»ng tÊt c¶ c¸c khe nøt ®­îc liªn quan trong trong kh¸i niÖm vÒ ®é rçng, v× thÕ nh÷ng sù nøt nÎ, c¸c mÆt xÕp tÇng vµ nÕt ®øt g·y, bao gåm nh÷ng khe rçng ®­îc më réng bëi sù hoµ tan vµ phong ho¸, ph¶i ®­îc bao gåm nh­ mét phÇn cña tæng thÓ tÝch khe nøt. §iÒu nµy cã nh÷ng hµm ý quan träng cho kÝch th­íc mÉu ®­îc sö dông trong viÖc ®o ®¹c ®é rçng vµ ®é 140 dÉn thuû lùc (xem Môc 5.5.2 vµ 5.6), v× mÉu cµng lín, cµng thÝch hîp víi khe nøt lín, ch¼ng h¹n nh­ mét khe nøt hay mét nÕt ®øt g·y. §«i khi m«i tr­êng rçng chøa c¸c kho¶ng trèng mµ kh«ng liªn kÕt víi c¸c kho¶ng trèng kh¸c vµ ®ã lµ mÆt kh¸c cña thuû v¨n. Nh÷ng kho¶ng kh«ng nh­ vËy kh«ng ph¶i lµ bé phËn cña ®é rçng ph¸t sinh, mµ cã thÓ ®­îc ®Þnh nghÜa nh­ ®é rçng mµ t¹i ®ã ho¹t ®éng l­îng tr÷ vµ sù chuyÓn ®éng cña n­íc ngÇm vµ do ®ã kh«ng ®­îc xem xÐt kü h¬n n÷a. Trong c¸c ph©n tÝch cña c¸c hÖ thèng tÇng ngËm n­íc th­êng gi¶ thiÕt r»ng tÇng ngËm n­íc lµ ®ång nhÊt vµ ®¼ng h­íng. §ã lµ c¸c thuéc tÝnh cè h÷u cña n­íc ngÇm ch¼ng h¹n nh­ ®é rçng, cã gi¸ trÞ nh­ nhau ë c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau cña tÇng ngËm n­íc (tÝnh ®ång nhÊt) vµ theo c¸c h­íng kh¸c nhau tõ cïng mét ®iÓm (®¼ng h­íng). Tuy nhiªn, tr¹ng th¸i rÊt tù nhiªn cña c¸c qu¸ tr×nh ®Þa lý lµ rÊt c¬ b¶n vµ c¸c qu¸ tr×nh thø cÊp rÊt cã ý nghÜa vµ thËm chÝ c¸c trÇm tÝch cã vÎ ®ång nhÊt còng cã mét sù ®Þnh h­íng ­u tiªn cña c¸c phÇn tö vµ c¸c vÕt ®øt g·y (bÊt ®¼ng h­íng). Sù ph©n tÇng trong hÇu hÕt c¸c trÇm tÝch th­êng phæ biÕn mét tÝnh bÊt ®ång nhÊt ®¸ng kÓ (Downing vµ Jones, 1985). H×nh 5.2 C¸c lo¹i khe nøt: (a) gi÷a c¸c h¹t kh«ng thÊm s¾p xÕp t­¬ng ®èi ®ång ®Òu, (b) gi÷a c¸c h¹t kh«ng thÊm s¾p xÕp kh«ng ®Òu, (c) gi÷a c¸c h¹t cã kh¶ n¨ng thÊm, (d) gi÷a c¸c h¹t sái ®· ®­îc g¾n kÕt mét phÇn, (e) ®­îc h×nh thµnh bëi sù hßa tan däc theo c¸c chç nèi vµ c¸c mÆt ®¸y trong c¸c ®¸ cacbon vµ f(f) ®­îc h×nh thµnh bëi sù ®øt g·y trong c¸c ®¸ c¸t kÕt. (theo Meinzer, 1923) §é rçng cña mét m«i tr­êng sÏ phô thuéc vµo mét sè c¸c nh©n tè, gåm cã d¹ng, sù s¾p xÕp vµ cÊp ®é h¹t cña viÖc ph©n lo¹i cña c¸c phÇn tö cÊu thµnh vµ ph¹m vi thay ®æi n¶y sinh ra tõ sù hoµ tan, sù g¾n kÕt, sù nÐn chÆt vµ sù ®øt ®o¹n ®· x¶y ra. VÝ dô, vËt chÊt Ýt bÞ ph©n lo¹i (víi mét ph¹m vi kÝch th­íc h¹t lín) sÏ cã mét ®é rçng thÊp v× c¸c khe nøt gi÷a nh÷ng m¶nh lín h¬n sÏ bÞ lÊp ®Çy víi c¸c h¹t nhá h¬n vµ ®é rçng gi¶m t­¬ng øng trong sù so s¸nh víi vËt chÊt gåm c¸c h¹t kÝch th­íc ®ång nhÊt. ¶nh h­ëng kÕt hîp cña nh÷ng nh©n tè kh¸c nhau nµy ®­îc minh ho¹ trong B¶ng 5.1, thÓ hiÖn nh÷ng ph¹m vi ®iÓn h×nh cña ®é rçng cho mét sè lo¹i vËt chÊt kh¸c nhau. Nãi chung, c¸c ®¸ nh­ ®¸ c¸t kÕt, ®¸ phiÕn sÐt vµ ®¸ v«i cã ®é rçng thÊp h¬n ®Êt vµ c¸c trÇm tÝch ch­a trë nªn ch¾c. Tho¹t ®Çu cã vÎ l¹ lµ ®Êt sÐt, th­êng h×nh thµnh mét sù ng¨n c¶n chuyÓn ®éng cña n­íc, l¹i cã mét ®é rçng rÊt cao, trong khi c¸c tÇng ngËm n­íc tèt, nh­ ®¸ c¸t kÕt, cã ®é rçng thÊp tíi trung b×nh. Tuy nhiªn xem xÐt h¬n n÷a thÊy r»ng mÆc dï ®é rçng x¸c ®Þnh bao nhiªu n­íc mét m«i tr­êng b·o hoµ cã thÓ chøa, kh«ng cã nghÜa lµ toµn bé n­íc ®ã sÏ thùc sù s½n sµng cho sù chuyÓn ®éng trong chu tr×nh thuû v¨n. PhÇn n­íc ngÇm mµ lµ “l­u ®éng” tiÒm n¨ng sÏ phô thuéc mét phÇn vµo c¸c khe nøt ®­îc liªn th«ng tèt bao nhiªu vµ mét phÇn vµo kÝch th­íc cña c¸c khe nøt vµ do ®ã, bëi sù liªn quan tíi c¸c lùc mµ n­íc ®­îc gi÷ trong chóng. 5.4.2. N¨ng suÊt riªng vµ sù gi÷ l¹i riªng 141 §é rçng x¸c ®Þnh l­îng n­íc lín nhÊt vÒ mÆt lý thuyÕt mµ mét tÇng ngËm n­íc cã thÓ gi÷ khi ®­îc b·o hoµ hoµn toµn. Trong thùc tÕ, tuy nhiªn, chØ mét phÇn cña ®é rçng nµy thùc sù cã s½n ®Ó duy tr× l­u l­îng n­íc ngÇm ë c¸c chç thÊm ra, hay chøa trong c¸c giÕng. PhÇn nµy lµ n¨ng suÊt riªng mµ cã thÓ ®­îc ®Þnh nghÜa lµ thÓ tÝch n­íc mµ cã thÓ tho¸t ra tù do tõ mét ®Êt ®¸ b·o hoµ d­íi t¸c dông cña träng lùc, vµ nã th­êng ®­îc biÓu diÔn b»ng phÇn tr¨m cña tæng thÓ tÝch tÇng ngËm n­íc (kh«ng chØ kh«ng gian rçng). Nã cã thÓ ®­îc ®o ®¹c b»ng nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau, c¸c kiÓm tra b¬m giÕng nãi chung ®­a ra nh÷ng kÕt qu¶ thÝch hîp nhÊt (Todd, 1980) vÒ n¨ng suÊt riªng cña giÕng. ThÓ tÝch n­íc cßn l¹i (còng th­êng biÓu diÔn b»ng phÇn tr¨m cña tæng thÓ tÝch tÇng ngËm n­íc), mµ ®­îc gi÷ l¹i bëi c¸c lùc øng suÊt tiÕp mÆt xung quanh c¸c h¹t riªng biÖt vµ trong c¸c èng mao dÉn, ®­îc xem nh­ sù gi÷ l¹i riªng. ThuËt ng÷ nµy lµ t­¬ng tù víi “kh¶ n¨ng nÒn” mµ ®­îc sö dông khi nãi tíi n­íc trong ®Êt (Môc 6.3.4) vµ t­¬ng tù lµ m¬ hå theo c¶m nhËn r»ng kh«ng cã l­îng n­íc cè ®Þnh mµ t¹i ®ã sù tho¸t n­íc träng lùc bÞ ngõng l¹i. Mét vÝ dô cùc h¹n vÒ sù kh¸c biÖt gi÷a ®é rçng vµ n¨ng suÊt riªng cña mét tÇng ngËm n­íc ®­îc ®­a ra bëi ®¸ phÊn. §©y lµ mét lo¹i ®¸ v«i rÊt mÞn trong ®ã c¸c kÝch th­íc rçng chÊt nÒn ®Æc tr­ng lµ nhá h¬n 1  m vµ chØ mét phÇn rÊt nhá cña n­íc lç hæng cã thÓ tho¸t ra tù do d­íi t¸c dông cña träng lùc (Price vµ nh÷ng ng­êi kh¸c, 1976). T¹i vÞ trÝ phÝa nam n­íc Anh, Wellings (1984a) ®· t×m thÊy r»ng ®é rçng cña ®¸ phÊn lµ kho¶ng 30%, nh÷ng n¨ng suÊt riªng chØ kho¶ng 1%. Mét phÇn n­íc lín h¬n lµ cho thùc vËt vµ trong c¸c líp trªn cïng c¸c gi¸ trÞ cña sù hót cña rÔ c©y (xem Môc 6.3.1) lµ v­ît qu¸ 1000 kPa ®· ®­îc ghi nhËn. Mèi quan hÖ gi÷a c¸c gi¸ trÞ ®é rçng, n¨ng suÊt riªng vµ sù gi÷ l¹i riªng cho nh÷ng lo¹i vËt chÊt ch­a nÐn chÆt kh¸c nhau ®iÓn h×nh ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh 5.3. H×nh nµy chØ ra r»ng, khi kÕt cÊu cña vËt chÊt trë nªn th« h¬n vµ bëi hµm ý tÇm quan träng cña c¸c khe nøt cã kÝch th­íc lín t¨ng lªn, c¶ sù gi÷ l¹i riªng vµ ®é rçng tæng céng còng t¨ng. MÆc dï ®Êt sÐt cã mét ®é rçng tæng céng cao, n­íc s½n cã d­íi d¹ng n¨ng suÊt riªng l¹i rÊt nhá. 5.4.3. Thay ®æi l­îng tr÷ §é rçng, sù gi÷ l¹i riªng vµ n¨ng suÊt riªng ®iÒu khiÓn kh¶ n¨ng cña mét tÇng ngËm n­íc ®Ó l­u tr÷ vµ duy tr× n­íc, nh­ng l­îng n­íc thùc sù cã mÆt ë mét thêi ®iÓm nµo ®ã ph¶n ¸nh nh÷ng thay ®æi cña l­îng tr÷ mµ ®Õn l­ît ®­îc x¸c ®Þnh bëi viÖc thay ®æi c©n b»ng gi÷a sù n¹p vµo vµ sù th¸o ra tõ tÇng ngËm n­íc. NÕu sù n¹p vµo trong suèt mét thêi kho¶ng cho tr­íc ®óng b»ng l­îng th¸o ra, l­îng n­íc trong kho tr÷ sÏ vÉn kh«ng ®æi; nÕu sù n¹p vµo v­ît h¬n sù th¸o ra, l­îng tr÷ sÏ t¨ng trong khi, nÕu sù th¸o ra lín h¬n sù n¹p vµo, l­îng tr÷ sÏ gi¶m. §iÒu nµy cã thÓ ®­îc biÓu diÔn mét c¸ch tiÖn lîi d­íi d¹ng mét ph­¬ng tr×nh c©n b»ng n­íc ®¬n gi¶n: dr QQS  (5.1) Trong ®ã S lµ sù thay ®æi tr÷ l­îng n­íc ngÇm, rQ lµ sù n¹p vµo cho n­íc ngÇm vµ dQ lµ l­îng th¸o ra tõ n­íc ngÇm. Mét hiÓu biÕt vÒ c¸c thµnh phÇn chÝnh cña ph­¬ng tr×nh c©n b»ng n­íc ngÇm th­êng lµ mét ®iÒu kiÖn tiªn quyÕt cña nh÷ng thö nghiÖm thµnh c«ng ®Ó khai th¸c n­íc ngÇm nh­ mét nguån tµi nguyªn. 142 H×nh 5.3 Mèi quan hÖ gi÷a ®é rçng, n¨ng suÊt riªng vµ sù gi÷ l¹i riªng cho c¸c lo¹i vËt chÊt ch­a nÐn chÆt kh¸c nhau, thÓ hiÖn c¸c gi¸ trÞ ®iÓn h×nh mµ cã thÓ kh¸c biÖt víi c¸c gi¸ trÞ t¹i mét vÞ trÝ riªng

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfpages_from_nguyen_ly_thuy_van_6_6188.pdf
Tài liệu liên quan