CHƯƠNG 2 VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC NGẦM TỚI LỖ KHOAN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TẦNG CHỨA
1.4 Dòng thấm tới lỗ khoan tại vùng gần các biên chứa nước
1.4.1 Lỗ khoan gần sông
Khi hút nước trong tầng chứa nước giới hạn bởi biên cấp nước thì đặc tính dòng thấm tới giếng sẽ có những khác biệt so với dòng thấm trong trường hợp tầng chứa nước phân bố vô hạn. Giả sử có một lỗ khoan hút nước trong tầng nước ngầm đặt cách bờ sông một khoảng x1 (x1< r0, r0 là bán kính ảnh hưởng của lỗ khoan), khi phễu hạ thấp mực nước lan dần đến biên cấp nước thì dòng thấm tới lỗ khoan thay đổi do có sự thấm vào của nước sông. Mục tiêu là xác định trị số hạ thấp mực nước tại một điểm bất kỳ nằm trong vùng ảnh hưởng khi hút nước với lưu lượng không đổi. Mặt cắt đặc trưng của trường hợp này thể hiện trong hình 2.15. Để xác định lưu lượng hút nước ta thay đổi điều kiện biên cấp nước bằng một giếng ép nước với lưu lượng Q bằng lưu lượng hút nước và đối xứng với giếng hút qua biên cấp nước. Mực nước xung quanh giếng ép nước dâng cao, càng xa giếng ép càng hạ thấp và bằng với mực nước sông tại bờ sông. Biên cấp nước trong trường hợp này đóng vai trò trung gian giữa hai giếng hoạt động trong tầng chứa nước vô hạn. Các đường dòng sẽ hướng từ giếng ép nước tới giếng hút nước. Lưới thuỷ động lực của dòng thấm được thể hiện trong hình 2.16.
Hình 2.15. Các mặt cắt ngang:
(a) lỗ khoan hút nước gần biên cung cấp nước;
(b) hệ thống thủy lực tương đương với tầng chứa nước vô hạn
Hình 2.16.
Đường dòng và đường thế đối với giếng hút nước thực và giếng ảo ép nước.
Các sơ đồ thủy lực tương đương với các điều kiện biên cung cấp nước khác nhau được thể hiện trong hình 2.17. Chú ý trường hợp này yêu cầu cần kết hợp cả giếng hút và giếng ép. Đối với biên cấp nước là đường thẳng như hình 2.17a, trị số hạ thấp mực nước ổn định tại một điểm bất kỳ (x,y) được biểu diễn bởi phương trình sau:
( ) ( )
( ) ( )
2 2
2 2
4 ln
w w
w w
x x y y
s Q
T x x y y
π
+ + −
=
− + − (2.34)
Trong đó: (x yw, w) là tọa độ của giếng hút. Tương tự cho các biên cấp nước vuông hình 2.17b,
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
2 2 2 2
2 2 2 2
4 ln
w w w w
w w w w
x x y y x x y y
s Q
T x x y y x x y y
π
− + + + + −
= − + − + + +
(2.35) Trường hợp 2 biên cấp nước song song nhau (hình 2.17.c)
( ) ( )
( ) ( )
cosh cosh
2 2
4 ln
cosh cosh
2 2
w w
w w
y y x x
Q a a
s T y y x x
a a
π π
π π
π
− +
+
= − +
−
(2.36)
Ở đây góc biểu thị bằng radian. Các giếng ảo (hình 2.17.c) được chiếu ra vô hạn, tuy nhiên chỉ cần thiết xét một cặp giếng ảo gần nhất tới giếng thực bởi vì ảnh hưởng của các giếng khác có thể bỏ qua.
Hình 2.17. Hệ thống giếng ảo cho tầng chứa nước có biên cung cấp với các hình dạng khác nhau. (a) Nguồn cấp là đường thẳng; (b) Nguồn cấp vuông góc;
(c) các nguồn cấp song song; (d)Nguồn cấp dạng chữ U. Theo lý thuyết, các giếng ảo trong (c) và (d) được chiếu đối xứng qua các biên
Ban đầu mực nước trong các giếng sẽ hạ thấp do chỉ chịu ảnh hưởng của giếng hút. Sau một thời gian, ảnh hưởng của biên ép nước đến tốc độ hạ thấp mực nước theo thời gian giảm dần và cuối cùng đạt tới điều kiện cân bằng. Điều kiện này xuất hiện khi giếng ép nước có lưu lượng bằng với lưu lượng giếng hút nước, như đã trình bày trong hình 2.18. Tổng trị số hạ thấp mực nước cho điều kiện cân bằng có thể biểu diễn như sau:
r p i
s =s −s (2.37)
Trong đó sr là mực nước hạ thấp trong LKQS gần biên cấp nước, sp là mực nước hạ thấp do giếng hút và si là mực nước dâng cao do giếng ảo (biên cấp nước).
Hình 2.18.
Ảnh hưởng của biên cấp đến dạng đường cong hạ thấp mực nước theo thời gian Phương trình xác định độ hạ thấp mực nước có thể biểu diễn:
( ) ( ))
r 4 p i
s Q W u W u
T
π
= − (2.38)
Khi lưu lượng hút nước là không đổi Q(L3/T);T là hệ số dẫn nước (L2/T); W(up) và W(ui) là hàm giếng có hệ số không thứ nguyên, giá trị up và ui tính theo công thức:
2
4
p p
p
u r S
= Tt và 2 4
i i
i
u r S
= Tt
Trong đó ri và rp là chiều dài [L] và t là thời gian [T].
Trường hợp thời gian t đủ lớn, các hàm giếng có thể biểu diễn dưới dạng:
( )p 0,5772 ln p
W u = − − u (2.39)
( )i 0,5772 ln i
W u = − − u (2.40)
Trường hợp này cho phép đơn giản hóa phương trình 2.38 thành:
ln ln
r 4 p i
s Q u u
πT
= − + (2.41)