Bài giảng Kỹ thuật khai thác nước ngầm

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Khoa kỹ thuật Tài nguyên nƣớc

KỸ THUẬT KHAI THÁC
NƢỚC NGẦM
Giảng viên: TS. Trần Việt Bách
Email:
ĐT: 0332978572


NỘI DUNG MƠN HỌC

Nội dung mơn học bao gồm 6 chƣơng:
 Chƣơng 1: Khái quát về nƣớc ngầm

 Chƣơng 2: Phân loại và sự biến động của nƣớc ngầm
 Chƣơng 3: Chất lƣợng nƣớc ngầm
 Chƣơng 4: Điều tra, đánh giá nƣớc ngầm

 Chƣơng 5: Tính tốn thiết kế cơng trình khai thác nƣớc ngầm
 Chƣơng 6: Qui hoạch và quản lý hệ thống cơng trình khai
thác nƣớc ngầm

Khái qt về nước ngầm

2


NỘI DUNG MƠN HỌC
 Thời lƣợng mơn học: 2 tín chỉ.
 Hình thức thi: Viết (60 phút).

 Trọng số điểm q trình: 30% (Đƣợc đánh giá thơng qua điểm
danh, làm bài tập và 2 bài kiểm tra).
 SV nghỉ quá 20% số tiết học thì bị cấm thi
 Giáo trình học: Kỹ thuật khai thác nƣớc ngầm (Do ĐHTL Xuất
bản)
 Tài liệu tham khảo:
 Thủy văn nƣớc ngầm

 Kỹ thuật tài nguyên nƣớc (GT Mỹ)
 Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi (GT Trƣờng ĐHTL)
 Quy hoạch và quản lý hệ thống nguồn nƣớc
Khái quát về nước ngầm

3


CHƢƠNG I
KHÁI QUÁT VỀ NƢỚC NGẦM
1. VAI TRÒ CỦA NƢỚC NGẦM TRONG ĐỜI SỐNG VÀ PHÁT
TRIỂN KINH TẾ
2. SỰ HÌNH THÀNH NƢỚC NGẦM
3. CHẾ ĐỘ NƢỚC NGẦM VÀ PHÂN BỐ NƢỚC NGẦM THEO
CHIỀU SÂU

Khái quát về nước ngầm

4


1. Vai trò của nƣớc ngầm trong đời sống và phát triển kinh tế

Nƣớc có vai sống cịn đến sự phát triển của loài ngƣời và phát triển
kinh tế xã hội của mỗi quốc gia.

Khái quát về nước ngầm

5


1. Vai trò của nƣớc ngầm trong đời sống và phát triển kinh tế
Kho trữ nƣớc ngọt lớn nhất của hành tình là nƣớc ngầm.

Khái quát về nước ngầm

6


1. Vai trò của nƣớc ngầm trong đời sống và phát triển kinh tế

• Lƣợng mƣa phân phối khơng đều theo không gian và thời

gian
Vùng mƣa nhiều 2000-2500 mm

Vùng mƣa ít chỉ đạt 400-500 mm
• Phân phối mƣa theo các mùa cũng có sự chênh lệch rất lớn
 Thế nên lƣợng nƣớc mƣa, nƣớc mặt từ lâu đã không thể
đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng nƣớc của con ngƣời
 Nƣớc mặt trên trái đất cũng bị khai thác quá mức, hao hụt

về trữ lƣợng, giảm về chất lƣợng

Khái quát về nước ngầm

7


1. Vai trò của nƣớc ngầm trong đời sống và phát triển kinh tế
Tình hình khai thác và sử dụng nƣớc ngầm trên thế giới
Nƣớc
ngầm

Sinh
hoạt

Đan mạch:
Bỉ:
Phần lan: 85-90%
Hà Lan:
Thụy Điển:
Thế giới: 50%

Trồng trọt,
chăn ni

Ngành
khác

100%
90%
75%
85-90%

Diện tích canh tác đƣợc tƣới bằng
nƣớc ngầm:
•Brazin: 22.000 ha
•Angieria:
80.000 ha
•Hy Lạp: 30.000 ha
Nga, Trung Quốc, Mỹ - 15% lƣợng
nƣớc tƣới là nƣớc ngầm
Khái quát về nước ngầm

8


1. Vai trò của nƣớc ngầm trong đời sống và phát triển kinh tế
Việt Nam
Đơ thị lớn:
(Hà nội, Hải Phịng, TP.HCM…)
Các nhà máy cấp nước cho sinh
hoạt và công nghiệp: sử dụng nước
ngầm là nguồn cấp

Vùng nông thôn:
Các hộ gia đình từ lâu đã sử dụng
các giếng khoan, giếng đào để khai
thác nước ngầm dung cho sinh hoạt

Khái quát về nước ngầm

9

1. Vai trò của nƣớc ngầm trong đời sống và phát triển kinh tế
Ưu điểm:
 Nƣớc ngầm phân bố khắp nơi, nguồn nƣớc tƣơng đối ổn định.

 Nƣớc ngầm thƣờng đƣợc khai thác và sử dụng tại chỗ, đƣờng dẫn
nƣớc ngắn tổn thất nƣớc trong q trình dẫn nƣớc ít.
 Lƣu lƣợng khai thác nƣớc ngầm nhỏ nên qui mô xây dựng cơng
trình khơng lớn, phù hợp với nguồn vốn địa phƣơng và của các hộ
gia đình cần khai thác và sử dụng nƣớc ngầm.
 Chất lƣợng nƣớc ngầm tốt hơn nƣớc mặt nên xử lý ít phức tạp.

 Ở những vùng trũng và lầy thụt, khai thác nƣớc ngầm dễ dàng, ít
tốn kém ngồi ra cịn có thể hạ thấp mực nƣớc ngầm để cải tạo
đất.
Khái quát về nước ngầm

10


1. Vai trò của nƣớc ngầm trong đời sống và phát triển kinh tế
Nhược điểm:
 Lƣu lƣợng nhỏ, khả năng cấp nƣớc nhỏ nên cơng trình nằm phân
tán.
 Nƣớc ngầm có độ khống hố cao, nhiệt độ nƣớc ngầm thƣờng
khơng phù hợp với yêu cầu dùng nƣớc nên phải xử lý nƣớc trƣớc
khi sử dụng.
 Đòi hỏi năng lƣợng để bơm hút để khai thác nƣớc ngầm.
 Nếu nƣớc ngầm nằm q sâu cơng trình khai thác sẽ phức tạp dẫn

đến giá thành khai thác nƣớc sẽ cao.
 Việc khai thác nƣớc ngầm không hợp lý sẽ dẫn đến ô nhiễm môi
trƣờng, làm mất cân bằng sinh thái tự nhiên. Ở các vùng duyên hải
nếu khai thác nƣớc ngầm quá mức, mực nƣớc ngầm hạ thấp, nƣớc
mặn từ biển sẽ xâm nhập làm ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm.
Khái quát về nước ngầm

11


2. Sự hình thành nƣớc ngầm

Khái quát về nước ngầm

12


2. Sự hình thành nƣớc ngầm

Bởi vậy, ta có thể đi tới kết luận: Nƣớc ngầm có nguồn gốc cung
cấp một phần là do nƣớc mƣa ngấm xuống đất, mặt khác do ngƣng tụ
hơi nƣớc từ tầng sâu trong lòng đất hồ quyện với nhau mà hình thành
nƣớc ngầm.

Khái qt về nước ngầm

13


2. Sự hình thành nƣớc ngầm

Khái quát về nước ngầm

14


2. Sự hình thành nƣớc ngầm
LƢỢNG NƢỚC TRONG KHÍ QUYỂN
KHOẢNG 130.000 km3

MƢA RƠI XUỐNG CÁC
LỤC ĐỊA
110.000 km3

BỐC HƠI VÀO CÁC LỤC
ĐỊA 40.000 km3/năm
BỐC HƠI TỪ CÁC LỤC ĐỊA
70.000 km3/năm

BỐC HƠI TỪ CÁC ĐẠI DƢƠNG
450.000 km3/năm

NƢỚC THẤM
12.000 km3/năm

CÁC ĐẠI DƢƠNG CHIẾM 70% DIỆN
TÍCH TRÁI ĐẤT, CHỨA 1.350.000.000
km3 NƢỚC

PHÂN BỐ NƢỚC CỦA CÁC LỤC ĐỊA

Các sông: 40.000 km3
Hồ nước ngọt: 90.000 km3
Tổng cộng nước mặt: 235.000 km3
Độ ẩm của đất: 65.000 km3
Nước ngầm ở độ sâu dưới 800m: 4.000.000 km3
Nước ngầm ở độ sâu trên 800m: 4.300.000 km3
Tổng cộng: 8.600.000 km3
Băng ở các cực: 29.000.000 km3

MƢA RƠI XUỐNG CÁC ĐẠI DƢƠNG
410.000 km3/năm

TỔNG CỘNG NƢỚC TRÊN TRÁI ĐẤT KHOẢNG 1.390.000.000 KM3
TRONG ĐÓ: 97,2% TRÊN CÁC ĐẠI DƢƠNG
2,2% TRÊN CÁC CỰC
0,8% TRÊN CÁC LỤC ĐỊA

Hệ tuần hoàn của nước trong tự nhiên
Khái quát về nước ngầm

15


3. Chế độ nƣớc ngầm và phân bố nƣớc ngầm theo chiều sâu
 Dựa vào tính chứa nƣớc và tính thốt nƣớc của các tầng địa
chất có thể chia thành 4 loại tầng địa chất thuỷ văn:
 Tầng ngậm nước và vận chuyển nước
 Tầng ngậm nước ít và vận chuyển nước kém
 Tầng ngậm nước nhưng không vận chuyển nước

 Tầng không ngậm nước và không vận chuyển nước

Khái quát về nước ngầm

16


3. Chế độ nƣớc ngầm và phân bố nƣớc ngầm theo chiều sâu
 Nếu dựa theo sự sắp xếp tƣơng đối giữa các tầng địa chất và
dựa vào cao độ của đƣờng áp lực nƣớc ngầm có thể chia tầng
trữ nƣớc làm 2 loại là: Tầng trữ nƣớc có áp và tầng trữ nƣớc
không áo
 Các tầng địa chất thuỷ văn
Đƣờng thủy áp

Vùng cung cấp nƣớc ngầm
Mặt đất tự nhiên

Mực nƣớc ngầm
không áp

Tầng không thấm
nƣớc
Giếng phun
(Artesian)
Khái quát về nước ngầm

17

3. Chế độ nƣớc ngầm và phân bố nƣớc ngầm theo chiều sâu
 Nếu dựa theo sự sắp xếp tƣơng đối giữa các tầng địa chất và
dựa vào cao độ của đƣờng áp lực nƣớc ngầm có thể chia tầng
trữ nƣớc làm 2 loại:
 Nước ngầm treo
Bề mặt đất

Tầng không thấm
Túi nƣớc ngầm

Khái quát về nước ngầm

18


3. Chế độ nƣớc ngầm và phân bố nƣớc ngầm theo chiều sâu
 Trên quan điểm nƣớc dƣới đất ngƣời ta còn phân các tầng địa
chất thuỷ văn theo lƣợng nƣớc chứa trong đất:
 Các tầng chứa nước trong đất
Bề mặt đất

Tầng
thống
khí
chƣa
bão hịa

1

Tầng hoạt động của bộ rễ cây

2

Tầng trung gian (tầng đệm)

3

Tầng mao dẫn
Mực nƣớc ngầm

4

Tầng bão hịa

5

Tầng khơng thấm
Khái quát về nước ngầm

Tầng
canh tác

Tầng
mao dẫn
Tầng
bão hòa

19

3. Chế độ nƣớc ngầm và phân bố nƣớc ngầm theo chiều sâu
 Trên quan điểm nƣớc dƣới đất ngƣời ta còn phân các tầng địa
chất thuỷ văn theo lƣợng nƣớc chứa trong đất:
 Hiện tượng mao dẫn

Trong đó:

2
hc  cos 
r

hc: Độ leo cao của mao quản tỷ lệ với sức
căng mặt ngoài của chất lỏng và tỉ lệ nghịch
với bán kính kẽ rỗng giữa các hạt đất trong
ống mao dẫn và dung trọng chất lỏng
: Sức căng mặt ngồi của chất lỏng
r: Bán kính kẽ rỗng

hc

2r

: Góc nghiêng bề mặt chất lỏng và thành ống
mao dẫn (góc nghiêng giữa tiếp tuyến và mặt
cong trong ống mao dẫn)
: Dung trọng của chất lỏng

20

3. Chế độ nƣớc ngầm và phân bố nƣớc ngầm theo chiều sâu
 Trên quan điểm nƣớc dƣới đất ngƣời ta còn phân các tầng địa
chất thuỷ văn theo lƣợng nƣớc chứa trong đất:
 Hiện tượng mao dẫn
Độ dâng cao nước mao quản của một số loại đất đá
Loại đất đá

(1)
Cuội sỏi hạt mịn
Cát rất thơ
Cát thơ
Cát trung bình
Cát mịn
Hạt sét
Thịt pha sét
Than bùn

Kích thƣớc hạt
Độ leo hc (cm)
d (mm)
(2)
(3)
5,00 ÷ 2,00
2,5
2,00 ÷ 1,00
6,5
1,00 ÷ 0,50
13,5
0,50 ÷ 0,20
24,6

0,20 ÷ 0,10
42,8
0,10 ÷ 0,05
105,5

Khái quát về nước ngầm

hc giới
hạn (cm)
(4)
5 ÷ 10
10 ÷ 15
15 ÷ 26
25 ÷ 35
35 ÷ 100
400 ÷ 500
150 ÷ 400
60 ÷ 70
21


CHƢƠNG 2
PHÂN LOẠI VÀ SỰ BIẾN ĐỘNG CỦA NƢỚC NGẦM

I. Phân loại nƣớc ngầm
II. Sự thay đổi nƣớc ngầm và các yếu tố ảnh hƣởng
III. Các hinh thức tồn tại của nƣớc ngầm
IV. Nƣớc ngầm ở VN và khả năng khai thác, sử dụng

22

I. Phân loại nước ngầm
Tiêu chuẩn phân loại nước ngầm có thể quy tụ về hai loại
hình cơ bản:
 Phân loại nƣớc ngầm theo thành phần hoá học và lý học
 Phân loại nƣớc ngầm theo sự phân bố của nƣớc ngầm trong
các tầng địa chất

23


I. Phân loại nước ngầm
1. Phân loại nước ngầm theo thành phần hóa học
 Có nhiều phƣơng pháp phân loại. Tuy nhiên theo quan điểm
C.A.Sukarev thì để phân loại nƣớc ngầm chúng ta dựa vào
hàm lƣợng của 6 anion và cation chủ yếu chứa trong nƣớc
ngầm sau đây:
Nhóm anion: Cl¯, SO4 2-, HCO3¯
Nhóm cation: Na+, Mg2+, Ca2+
 Ngồi ra, ngƣời ta cịn dựa vào hàm lƣợng các chất khống
trong nƣớc ngầm để phân loại:
Nƣớc nhẹ
Nƣớc trung bình
Nƣớc nặng
24


I. Phân loại nước ngầm
2. Phân loại nước ngầm theo tính chất lý học

 Dựa vào nhiệt độ của nƣớc ngầm để chia thành 3 loại:

- Nƣớc ngầm lạnh có nhiệt độ : t < 200C
- Nƣớc ngầm ấm có nhiệt độ

: t  20  370C

- Nƣớc ngầm nóng có nhiệt độ : t > 37 0C

 Dựa vào điều kiện áp lực của nƣớc ngầm phân ra 2 loại sau:
- Nƣớc ngầm không áp: Là loại nƣớc ngầm có áp suất tại các
điểm trên mặt nƣớc ngầm bằng áp suất khí trời.

- Nƣớc ngầm có áp: Là loại nƣớc ngầm có áp suất tại tất cả các
điểm trong tầng trữ nƣớc đều cao hơn áp suất khí trời (nếu
nƣớc ngầm có áp lực cao có khả năng phun nƣớc lên cao khỏi
25
mặt đất đƣợc gọi là nƣớc ngầm Artesian).