Chuong Viii. Vận Động Của Nước Dưới Đất Đến Các Công Trình Thủy Lợi.ppt

CƠ SỞ THỦY ĐỊA
CƠ HỌC
CHƯƠNG VIII
VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI
ĐẤT TRONG VÙNG XD CÁC
CƠNG TRÌNH THỦY LỢI



1. Dự báo sự dâng nước
ngầm

Sự dâng nước ngầm là do ảnh hưởng của




nhiều nhân tố khác nhau, chủ yếu là nhân
tạo.
Sự phát triển dâng nước đặc trưng bởi sự
dâng nước liên tục trên lãnh thổ gần vùng
hồ chứa. Nếu vận tốc dâng mực nước giảm
theo thời gian thì sự dâng này là không ổn
định. Giới hạn được gọi là ổn định của
đường cong hạ thấp quan sát được khi thực tế
chấm dứt dâng mực nước. Sự dâng như vậy
gọi là ổn định.
Các tính toán dâng nước ngầm được tiến
hành theo phương vuông góc với đường bờ
hồ chứa, từ mặt cắt tới mặt cắt, nghóa là
mỗi mặt cắt trước sẽ là số liệu ban đầu

cho mặt cắt sau. Dưới đây nêu ra các trường
hợp dâng nước ngầm đơn giản nhất.


1. Dự báo sự dâng nước
ngầm
a) Dâng nước ngầm ổn định trong tầng


đồng nhất với đáy cách nước nằm
ngang:
Xét khối giữa 2 sông (hình 8.1) nơi mà sự
dâng mực nước diễn ra trong sông A và B.
Bề dày tầng chứa ở mặt cắt x bất kỳ
sau khi Hình
dâng
có tínhến nước ngấm được
8.1. Sơ đồ
dâng nước ngầm
B
xác định
theo
công thức:
ở khối
giữa hai
sông
h1, h2, hx – bề dày
tầng chứa tới
đáy cách nước;
y1, y2, yx – bề dày

sau khi dâng
nước

L1 2  x
x
2
2
yx  h  y  h
 y2  h2
L1 2
L1 2
2
x



2
1

2
1







(VIII.1)

1. Dự báo sự dâng nước
Hình 8.1. Sơ đồ
ngầm
dâng nước
A




Khi

ngầm ở khối
giữa hai sông
h1, h2, hx – bề
dày tầng
chứa tới đáy
cách nước; y1,
y2, yx – bề dày
dâng
nước chỉ
sau khi dâng
nước

2
x

B

xảy ra ở 1 sông A:



2
1

2
1

yx  h  y  h








L1 2  x
L1 2

(VIII.2)

Nếu miền cấp lớn hơn miền dâng rất nhiều , khi L 1-2 >
10x thì
L1 2  x , khi đó:
1
(VIII.3)
2
2

2

L1 2

y x  hx  y1  h1


1. Dự báo sự dâng nước
ngầm
b. Dâng ổn định nước ngầm trong vỉa


đồng nhất khi đáy cách nước nằm
nghiêng:
Theo G.N. Kamenski, lượng nước dâng z2 trong
mặt cắt phân bố cách sông một khoảng
(L
h11-2
 hđược
H 2 ) (định
h1  z1 )theo
 (h2 coâng
z 2 ). ( H 1 
z1 )  ( H 2  z 2 ) 
thức:
2 )( H 1  xác



(VIII.4)

Hình VIII.3. Sơ đồ dâng nước ngầm trong
vỉa đồng nhất với đáy cách nước
nằm nghiêng.
h1, h2 – bề dày tầng chứa nước ở
sông vàở mặt cắt cách sông một
khoảng L1-2; H1, H2 – Chiều cao cột áp ở
các mặt cắt tương ứng; z1, z2 – giá trị

Hình VIII.4. Sơ đồ tính toán
lượng dâng nước ngầm
khi đáy cách nước nằm
nghiêng (bài tập 11)


2. Lưu lượng thấm qua đáy và vai đập,
mất nước do thấm từ hồ chứa nước
và kênh
mương
Hình VIII.5. Sơ đồ tính



toán thấm dưới đáy
đập phẳng khi nền đập
cấu tạo đồng nhất.
S1, S2, S3 – Đường dòng;
N1, N2,... N6 – Các đường
cong đẳng áp; b – Một
nửa bề rộng đáy đập;

m – bề dày tầng thấm.

Nước từ hồ chứa thấm xuống hạ lưu bằng
một dòng thấm thống nhất. Tuy nhiên để đơn
giản hoá tính toán người ta chia ra hai phần:
Dưới đáy đập và vòng qua vai đập. Dưới đây
sẽ xem xét các bài toán xác định lưu lượng
thấm đối với những trường hợp đơn giản
nhất. Khi điều kiện địa chất thủy văn phức
tạp, các bài toán thấm được giải nhờ mô
hình điện, mô hình thủy lực hay mô hình số.


2. Lưu lượng thấm qua đáy và vai đập,
mất nước do thấm từ hồ chứa nước
và kênh
mương
Hình VIII.5. Sơ đồ tính

a.




toán thấm dưới đáy
đập phẳng khi nền đập
cấu tạo đồng nhất.
S1, S2, S3 – Đường dòng;
N1, N2,... N6 – Các đường
cong đẳng áp; b – Một

nửa bề rộng đáy đập;
m – bề
dàáy
tầng thấm.
Thấm
qua
đập

có cấu tạo đồng nhất.
Lưu lượng thấm qua nền đập khi đáy đập phẳng có
cấu tạo đồng nhất và đáy cách nước nằm ngang
được xác định theo công thức N.N. Pavlovski:
q = k.H.qr
(VIII.5)
Với q – lưu lượng thấm đi qua một đơn vị chiều dài
đập; k – hệ số thấm của đất đá chứa nước dưới
đập; H – Cột nước tác động (Hình VIII.5), là hiệu
giữa cột nước ở thượng lưu và hạ lưu đập – H = H1 –
H2; qr – lưu lượng thấm dẫn dùng, nghóa là lưu lượng
khi k = 1 và H = 1 được xác định qua đồ thị (Hình
VIII.6).


2. Lưu lượng thấm qua đáy và vai đập,
mất nước do thấm từ hồ chứa nước
và kênh mương
Chiều dài đập B, dễ dàng
xác định tổng lưu lượng
thấm qua đáy đập theo
công thức:

Q = q.B
(VIII.6)
b.Thấm qua đáy đập cấu
tạo bởi nền nhiều lớp:
 Đối với trường hợp này
không có lời giải chính
xác. Những phương pháp
tính toán hiện có đều là
gần đúng. (phương pháp
đưa lớp không đồng nhất
về lớp đồng nhất)


Hình VIII.6. Biểu đồ để xác định
lưu lượng thấm dẫn dùng


2. Lưu lượng thấm qua đáy và vai đập,
mất nước do thấm từ hồ chứa nước
và kênh mương
c. Thấm qua vai đập:
 Đối với điều kiện địa chất thủy văn đơn
giản có thể tính thấm qua vai đập theo
công thức N.N. Verigina đã được N.N.
Bindeman biến đổi:
B1
Q 0,366kH (h1  H 1 ) lg

ro
(VIII.8)

Với Q – lưu lượng thấm qua vai đập; k – hệ
số thấm; B1 – bề rộng đới thấm vòng qua
Hình
VIII.7.
Sơ (Hình
đồ tínhVIII.7);
thấm qua
vai
đập
ro – Bán kính bán nguyệt,
vai đập
r
=l/
với
l - chu
o
H1-Mực
nước dâng
tính vi
từcủa
đáy vai đập.


cách nước ở thượng lưu; h1 –
Mực nước tính từ đáy cách
nước ở hạ lưu. H – Chiều cao
cột nước dâng trong ñaäp.


2. Lưu lượng thấm qua đáy và vai đập,

mất nước do thấm từ hồ chứa nước
và
kênh mương
d. Thấm nước từ hồ chứa nứơc:





N.N. Bindeman cho rằng cần phân biệt các khái
niệm “Lưu lượng thấm” và “lượng thấm mất nước”.
Lưu lượng thấm từ hồ chứa nước là thể tích nước
thấm từ hồ chứa trong một đơn vị thời gian. Lượng
thấm mất nước là hiệu của lượng nước ngầm bổ
cấp cho sông trước và sau khi xây dựng hồ chứa
nước. Lưu lượng thấm và lượng thấm mất nước có
thể chỉ tạm thời (trong thời gian bão hòa đường
bờ và đáy hồ chứa nước) và ổn định (khi ổn
định đường cong mực nước).
Trong tính toán địa chất thủy văn cần tính không
phải lưu lượng thấm mà là lượng thấm mất nước,
bởi vì chỉ thông số này cần cho việc đánh giá
hiệu quả kinh tế của hồ chứa nước.


2. Lưu lượng thấm qua đáy và vai đập,
mất nước do thấm từ hồ chứa nước
và
kênh mương






Trong phần lớn trường hợp lượng thấm mất nước
tạm thời không đáng kể trong cân bằng nước chung
của hồ chứa nước, bởi vậy chỉ xác định lượng
mất nước ổn định. Lượng mất nước ổn định được
xác định theo công thức:
(VIII.9)
k

q q1  q2 

2L

( y12  h12 )

1 2 từ hồ chứa trên một
với q – Lượng thấm mất nước
đơn vị chiều dài đường bờ; q1 – lưu lượng dòng ngầm
trước khi dâng nước trên một đơn vị chiều dài
đường bời; q2 – tương tự song sau khi dâng nước; k –
hệ số thấm; h1 – bề dày tầng chứa nước ở mép
sông trước khi dâng nước; y1 – bề dày tầng chứa
nước ở mép sông sau khi dâng nước; L1-2 – Bề rộng
của khối giữa hai sông tính từ mép các sông.

2. Lưu lượng thấm qua đáy và vai đập,
mất nước do thấm từ hồ chứa nước
và kênh mương


Giá trị q1, q2 dương nếu
dòng ngầm hướng về
sông (hồ chứa nước)
và âm khi dòng ngầm
hướng về phía đối diện.
Công thức (VIII.9) đúng
với tất cả các sơ đồ
đặc trưng khi đáy cách
nước nằm ngang.

Sông
A

GK3

Sông
B

Hình VIII.8. Sơ đồ để tính
toán lượng thấm mất
nước từ hồ chứa nước


2. Lưu lượng thấm qua đáy và vai đập,
mất nước do thấm từ hồ chứa nước

và kênh mương

e. Thấm mất nước từ kênh: Khi phân tích thấm mất
nước từ kênh nên tách ra thành giai đoạn thấm tự do
khi mà nước ngấm tẩm ướt đất đá ở đới thông khí
và giai đoạn thấm đi khi mà nước vận động từ kênh
trong điều kiện tương tác liên tục với dòng ngầm tự
nhiên.
 Xét trường hợp thấm tự do ở điều kiện động thái ổn
định, vắng mặt nước ngầm và hạ thấp thoát nước.
Kênh được đặt trong lớp đồng nhất dày (hình VIII.9). Lưu
lượng thấm từ kênh trên một đơn vị chiều dài kênh có
thể được xác định theo công thức của V.V. Vedernicov:
q = k(Bo + Aho)
(VIII.10)



Với k – hệ số thấm; Bo – Bề rộng kênh thiết dạng hình thang
theo mặt nước ngập; ho – Chiều cao cột nước trong kênh; A –
hệ số xác định theo biểu đồ trên (hình VIII.10).


2. Lưu lượng thấm qua đáy và vai đập,
mất nước do thấm từ hồ chứa nước
và kênh mương

Mực nước ngầm

Hình VIII.9. Sơ đồ

thấm từ kênh khi
mực nước ngầm nằm
sâu

Hình VIII.10. Toán đồ
để xác định giá trị
hệ số A:
[A=f(Bo/Ho,m)]


2. Lưu lượng thấm qua đáy và vai đập,
mất nước do thấm từ hồ chứa nước
và kênh mương

f. Tính toán cho hệ thống kênh thoát nước nằm
ngang:
 Hệ thống, hay diện tích, thoát nước nằm ngang là các
kênh thoát được bố trí theo hệ thống (song song) trên
khu vực cần tháo khô. Các tính toán địa chất thủy văn
của hệ thống thoát nước là xác định khoảng cách
giữa các kênh, lưu lượng của chúng, khi cần thiết còn
xác định độ hạ thấp của mực nước dưới đất.
 Hệ thống kênh thoát nước nằm ngang dạng hoàn
chỉnh: Để xác định khoảng cách giữa các kênh thoát
sử dụng công thức của Rotê:

(VIII.11)
k 2
2

2a 



(hmax  ho )

W (VIII.11) xem trên hình VIII.11.
các ký hiệu của công thức
Khi xác định khoảng cách giữa các kênh theo công
thức trên cần đưa ra giá trị mực nước hạ thấp tối
thiểu Smin.


2. Lưu lượng thấm qua đáy và vai đập,
mất nước do thấm từ hồ chứa nước
và kênh mương







Khi biết Smin, ta có bề dày cực đại của dòng
ngầm giữa các kênh (h max = Htn – Smin). Lưu
lượng mỗi kênh thuộc hệ thống thoát nước
được xác định theo công thức:
Q = 2aWL
(VIII.12)
Với W – Lượng mưa, L – chiều dài kênh.

Bề dày tầng chứa nước ở điểm bất kỳ
trong giai đoạn hoạt động của các kênh có
thể được biểu diễn bằng phương trình sau:
(VIII.13)

W
h x  h  ( 2a  x ) x
k
2
o


min

S
hx

ho

h

ma
x

Htn

Hình VIII.11. Sơ đồ tính toán hệ thống thoát
nước nằm ngang dạng hoàn chỉnh
W- Lượng mưa; Htn –bề dày tầng chứa ở
điều kiện tự nhiên; So- Độ hạ thấp mực

nước trong kênh; Smin- Độ hạ thấp nhỏ
nhất giữa các kênh; hmax- Bề dày dòng
ngầm lớn nhất giữa các kênh; hx- Bề
dày dòng ngầm ở cách kênh gần nhất
một khoảng bằng x; a- một nửa khoảng
cách giữa các kênh


2. Lưu lượng thấm qua đáy và vai đập,
mất nước do thấm từ hồ chứa nước
và kênh mương




Hệ thống thoát nước nằm ngang dạng không
hoàn chỉnh: Dạng thoát nước này được áp
dụng khi bề dày tầng chứa nước lớn. Khoảng
cách giữa các kênh (hình 9.8) được xác định
theo công thức S.F. Averianov:
 8khmax
 (VIII.14)
hmax
2

2a T 


WT

(1 

)  B1  B1 
2T




với B1 – hệ số hiệu chỉnh,
rk
B1  2,94 lg(sin
)
T



(rk – bán kính đường ống). Lưu lượng của đường
ống được xác định theo công thức (VIII.12).


2. Lưu lượng thấm qua đáy và vai đập,
mất nước do thấm từ hồ chứa nước
và kênh mương
Mực
nước
ngầm

rk
T

S
min

Hmax
Htn

Hình VIII.12. Sơ đồ tính toán hệ thống
thoát nước nằm ngang dạng không
hoàn chỉnh
H1- Độ sâu đặt ống dưới mực nước
ngầm; T- Khoảng cách từ tâm ống
tới đáy cách nước; rk- Bán kính
đường ống thoát; các ký hiệu khác
xem trên hình VIII.11