Chapter Iv.ppt

BASIC ON
GEOHYDRO-MECHANIC
CHƯƠNG IV.
VẬN ĐỘNG ỔN ĐỊNH CỦA NDĐ TRONG CÁC LỚP
KHÔNG ĐỒNG NHẤT
CHAPTER IV.
STEADY MOVERMENT OF GROUNWATER IN
HETEROGENEOUSE AQUIFER










Nếu tầng chứa nước có cùng thành phần thạch học và hệ
số thấm thì gọi là tầng chứa nước đồng nhất. Tầng chứa
nước đồng nhất có thể đẳng hướng hoặc dị hướng.
If the aquifer has the same lithological composition and
permeability coefficient is called heterogeneous aquifers.
Aquifer homogeneous isotropic or anisotropic.
Không nên nhầm khái niệm dị hướng với khái niệm không
đồng nhất. Tính dị hướng do đặc điểm kiến trúc và cấu tạo
của đất đá gây ra, cịn tính khơng đồng nhất do sự khác
nhau về thành phần thạch học của đất đá gây ra. Trong tự
nhiên thường gặp các tầng chứa nước không đồng nhất.
Not to be confused with the anisotropic concept with a
heterogeneouse concept. Anisotropy due to the texture and

structure of the rock caused, and heterogeneous due to
differences in lithological composition of rocks caused. In
nature often have heterogeneouse aquifers.






Các tầng chứa nước có thể khơng đồng nhất trong mặt cắt
và cả trên bình diện. Kamenxki G.N. và Guxeinzade M.A…
đã có nhiều đóng góp vào việc nghiên cứu lý thuyết vận
động của nước dưới đất trong các tầng chứa nước không
đồng nhất. Guxeinzade đã dùng lý thuyết hàm số biến số
phức để nghiên cứu sự vận động của chất lỏng trong các
tầng chứa nước có hệ số thấm thay đổi trên mặt bằng.
The aquifer maybe can not homogeneous in cross section
and on the plane. Kamenxki G.N. and Guxeinzade M.A ...
have much to contribute to the theoretical about movement
of groundwater in the heterogeneouse aquifer. Guxeinzade
used theory of a complex function to study the movement
of fluid in the aquifer, its permeability coefficient changes
on the plane.


Nghiên cứu vận động của nước trong các tầng chứa nước
không đồng nhất trong mặt cắt, Kamenxki G.N chia thành
ba dạng chủ yếu sau.
 The study of water movement in the heterogeneous
aquifers in sections, divided into three types by Kamenxki

G.N:
1. Tầng chứa nước gồm nhiều lớp, các lớp có hệ số thấm
khác nhau sắp xếp theo một thứ tự nhất định;
Aquifer consists of multiple layers, the layers with different
permeability coefficients arranged in a certain order;
2. Tầng chứa nước gồm hai lớp, thường gặp nhất khi lớp
trên có hệ số thấm nhỏ hơn so với lớp dưới;
Aquifer consists of two layers, the most common upper
layer with permeability coefficient smaller than the lower
layer;



3. Tầng chứa nước có hệ số thấm thay đổi từ từ
hoặc thay đổi đột ngột theo hướng vận động.
A permeability coefficient of aquifer changes
slowly or suddenly changes following the direction
of motion.
 Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu một số trường
hợp thường gặp.
 Here we will study some common cases.


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
Khi nước thấm song song với mặt lớp:
When infiltration parallel to the layers:
 Ví dụ vận động của nước song song với mặt
lớp trong tầng chứa nước có cấu tạo nhiều

lớp (hình IV.1a).
 Examples of water movement parallel to the
surface of multi-layer structure (Figure IV.1a)
 Trong trường hợp này, trị số gradien áp lực ở
tiết diện bất kỳ là khơng đổi và lưu lượng đơn
vị của dịng chảy ở mỗi một lớp có thể biểu
diễn theo định luật Đacxi như sau
 In this case, values of hydrolic gradient in any
section is constant and unit volume of flow in
each layer can be expressed as follows
according to law Dacxi
1)

Hình IV.1. Vận động của
nước trong tầng chứa
nước không đồng nhất.
a- vận động song song
với mặt lớp;
Figure IV.1. Water
movement in
heterogeneous aquifers.
a- motion parallel to the
bottom of the aquifer;


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
Khi nước thấm song song với mặt lớp:
When infiltration parallel to the layers:


Lớp thứ 1
q1 = k1h1I

lớp thứ 2
q2 = k2h2I

lớp thứ n
qn = knhnI
 ở đây, k , k …; h , h …, là hệ số thấm và
1
2
1
2
chiều dày của các lớp 1,2…

1st layer q1 = k1h1I

2nd layer q2 = k2h2I

nth layer qn = knhnI
 Here, k , k ...; h , h , ..., is the coefficient of
1
2
1
2
permeability and thickness of the layers 1,2 ...
1)

Hình IV.1. Vận động của

nước trong tầng chứa
nước không đồng nhất.
a- vận động song song
với mặt lớp;
Figure IV.1. Water
movement in
heterogeneous aquifers.
a- motion parallel to the
bottom of the aquifer;


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
1)






Khi nước thấm song song với mặt lớp
When infiltration parallel to the layers:
Cộng vế với vế các biểu thức trên chúng
ta nhận được lưu lượng đơn vị của dòng
nước ngầm trong tầng chứa nước
To add side to side of the above
expression we get unit volume of
groundwater flow in the aquifer
n

q  qi k1h1  k 2 h2  ...I (IV-1)
i 1

Hình IV.1. Vận động của
nước trong tầng chứa
nước không đồng nhất.
a- vận động song song
với mặt lớp;
Figure IV.1. Water
movement in
heterogeneous aquifers.
a- motion parallel to the
bottom of the aquifer;


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
1)




Khi nước thấm song song với mặt lớp
When infiltration parallel to the layers:
Cách khác, thay tầng chứa nước khơng
đồng nhất bằng tầng chứa nước tương
đương đồng nhất có hệ số thấm ktb, lưu
lượng đơn vị của tầng chứa nước tương
đương là:

Alternatively, rather heterogeneous
aquifer by aquifer equivalent uniform
permeability coefficient KTB, flow of
aquifer unit equivalent is:

q ktb hI

(IV-2)

Hình IV.1. Vận động của
nước trong tầng chứa
nước không đồng nhất.
a- vận động song song
với mặt lớp;
Figure IV.1. Water
movement in
heterogeneous aquifers.
a- motion parallel to the
bottom of the aquifer;


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
1) When infiltration parallel
 ở đây, h - chiều dày của

to the layers:
tầng chứa nước
tương đương, bằng tổng chiều dày từng

lớp riêng của tầng chứa nước không đồng
nhất.
 Here, h - the thickness of the aquifer
equivalent, equal to the total thickness of
each layer separately heterogeneous
aquifers.

Hình IV.1. Vận động của
nước trong tầng chứa
nước không đồng nhất.
a- vận động song song
với mặt lớp;
Figure IV.1. Water
movement in
heterogeneous aquifers.
a- motion parallel to the
bottom of the aquifer;


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
1) When infiltration parallel to the layers:
 Từ (IV-1) và (IV-2) chúng ta nhận được

cơng thức để tính hệ số thấm trung bình
của tầng chứa nước khi nước vận động
song song với mặt lớp
 From (IV-1) and (IV-2), we get the formula
for calculating the average permeability

coefficient of aquifers when water
movement parallel to the layers


k1h1  k 2 h2  ...
ktb 
h1  h2  ...

(IV-3)

Hình IV.1. Vận động của
nước trong tầng chứa
nước không đồng nhất.
a- vận động song song
với mặt lớp;
Figure IV.1. Water
movement in
heterogeneous aquifers.
a- motion parallel to the
bottom of the aquifer;


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
1) When

infiltration parallel to the layers:
Palubarinôva – Kotsina P.Ya (1952) gọi k tb là
hệ số thấm tương đương hoặc hệ số thấm dẫn

dùng: Nó là giá trị trung bình cân bằng của
tầng chứa nước gồm nhiều lớp, có tính đến
chiều dày của mỗi lớp, vì vậy, ktb cịn gọi là hệ Hình IV.1. Vận động của
số thấm trung bình cân bằng
nước trong tầng chứa
Palubarinova - Kotsina P.Ya (1952) called k tb nước không đồng nhất.
a- vận động song song
is equivalent permeability coefficient or
với mặt lớp;
permeability coefficient user guide: It is the
average balance of multi-layer aquifers, taking Figure IV.1. Water
movement in
into account the thickness of each layer, as
heterogeneous aquifers.
therefore, ktb also called the average balance a- motion parallel to the
permeability coefficient
bottom of the aquifer;


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
Khi nước vận động vng góc với mặt lớp:
When infiltration perpendicular to the layers:
 Khi nước dưới đất vận động vng góc với mặt
lớp (xem hình IV-1b), theo định luật Đacxi tốc
độ thấm trong mỗi một lớp sẽ bằng ở đây, H1,
H2,… là tổn thất áp lực trong mỗi lớp; h1, h2,…
và k1, k2… là chiều dày và hệ số thấm của các
lớp.

 When underground water movement
Hình IV.1. Vận động của
perpendicular to the surface of layer (Figure IV- nước trong tầng chứa nước
không đồng nhất. b- vận
1b), according to law Dacxi flow velocity in eachđộng vng góc với mặt lớp;
layer is equal here, H1, H2, ... the pressure Figure IV.1. Water movement
losses in each layer; h1, h2, ... and k1, k2 ... the in heterogeneous aquifers.
b- motion perpendicular to
thickness and permeability coefficient of the
the bottom of aquifr;
layers.
2)


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
Khi nước vận động vng góc với mặt
lớp:
When infiltration perpendicular to the layers:
 lớp thứ 1
H 1
v

k
I

k
1
1 1

1
h1
1st layer
 lớp thứ 2
H 2 (IV-4)
v2 k 2 I 2 k 2
 2nd layer
h2
Hình IV.1. Vận động của
 Lớp thứ n
H n
nước trong tầng chứa nước
th
v

k
I

k
 n layer
n
n n
n
không đồng nhất. b- vận
h
2)

n

động vng góc với mặt lớp;

Figure IV.1. Water movement
in heterogeneous aquifers.
b- motion perpendicular to
the bottom of aquifr;


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
2)







Khi nước vận động vng góc với mặt
lớp:
When infiltration perpendicular to the layers:
Vì tính liên tục của dịng thấm nên tốc độ
thấm qua mỗi một lớp sẽ bằng nhau. Từ
phương trình (IV-4) chúng ta có tổng tổn thất
áp lực khi nước vận động qua tầng chứa
nước:
For continuity of seepage flow speed should
permeate every class will equal one. From
equation (IV-4) we have total pressure loss
when water movement through the aquifer:
H = H1 + H2 +… Hn =

(IV-5)

Hình IV.1. Vận động của
nước trong tầng chứa nước
không đồng nhất. b- vận
động vng góc với mặt lớp;
Figure IV.1. Water movement
in heterogeneous aquifers.
b- motion perpendicular to
the bottom of aquifr;


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
2)



Khi nước vận động vng góc với mặt
lớp:
When infiltration perpendicular to the layers:

 h1 h2

v   ... 
 k1 k 2


(IV-5)

Hình IV.1. Vận động của
nước trong tầng chứa nước
khơng đồng nhất. b- vận
động vng góc với mặt lớp;
Figure IV.1. Water movement
in heterogeneous aquifers.
b- motion perpendicular to
the bottom of aquifr;


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
2) Khi

nước vận động vng góc với mặt
lớp:
 Tổng tổn thất áp lực khi nước, vận động
vng góc với mặt lớp có thể xác định bằng
cách khác: thay tầng chứa nước ktb và chiều
dày h bằng toàn bộ chiều dày của tầng
chứa nước khơng đồng nhất (hình IV-1b),
 Total loss of water pressure, movement
Hình IV.1. Vận động của
nước trong tầng chứa nước
perpendicular to the surface layer can be
không đồng nhất. b- vận
determined by other way: change aquifer động vng góc với mặt lớp;
with ktb and thickness h by the all thickness Figure IV.1. Water movement
heterogeneous aquifers.

of the heterogeneity aquifer (Figure IV-1b) in
b- motion perpendicular to
the bottom of aquifr;


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
2) Khi

nước vận động vng góc với mặt
lớp:
 ở đây, v - tốc độ thấm của lớp tương
đương (bằng tốc độ thấm trong lớp thực
tế).
 here, v - flow velocity of equivalence
layers (with the flow velocity in the actual
layer).


h
H v.
ktb

(IV-6)

Hình IV.1. Vận động của
nước trong tầng chứa nước
khơng đồng nhất. b- vận
động vng góc với mặt lớp;

Figure IV.1. Water movement
in heterogeneous aquifers.
b- motion perpendicular to
the bottom of aquifr;


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
2. When infiltration perpendicular to the
layers:
 So sánh các phương trình (VI-5) và (IV-6),
sau khi rút gọn chúng ta tìm được giá trị
hệ số thấm trung bình khi nước thấm
vng góc với mặt lớp.
 Comparison of equations (VI-5) and
(IV.6), after reduced we found a value of Hình IV.1. Vận động của
nước trong tầng chứa nước
the average permeability coefficient when khơng đồng nhất. b- vận
động vng góc với mặt lớp;
water infiltrates perpendicular to the
Figure IV.1. Water movement
layers.
h1  h2  ...  hn
in heterogeneous aquifers.
k

tb

b- motion perpendicular to

hn (IV-7)
h1 h2

k1



k2

 ... 

kn

the bottom of aquifr;


1. Xác định hệ số thấm trung bình của các tầng chứa nước
không đồng nhất - Determine the average permeability
coefficient of heterogeneous aquifers
2. When infiltration perpendicular to the layers:
 Chúng ta hồn tồn có thể chứng minh được hệ số thấm trung
bình khi nước vận động song song với mặt lớp là cực đại, cịn hệ
số thấm trung bình khi nước vận động vng góc với mặt lớp là
cực tiểu Trong trường hợp nước vận động nghiêng với mặt lớp hệ
số thấm trung bình sẽ có giá trị trung gian.
 We can fully demonstrate the average permeability coefficient
when water movement is parallel to the maximum grade, while the
average permeability coefficient of water movement perpendicular
to the layers are minimal In the case of water transport inclined to
face the class average permeability coefficient will have

intermediate values.