BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÕA
KHOA CÔNG NGHỆ MÔI TRƢỜNG
BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN: ĐỊA CHẤT THỦY VĂN
(DÀNH CHO BẬC CAO ĐẲNG NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT)


4.3. Xác định phƣơng hƣớng và tốc độ vận động của nƣớc dƣới đất. 56
4.4. Phƣơng trình vận động ổn định của nƣớc dƣới đất trong tầng chứa nƣớc đồng nhất. . 59
4.5. Phƣơng trình vận động của nƣớc vào công trình tập trung nƣớc. 65
CHƢƠNG 5 : CÁC DẠNG CÔNG TÁC CƠ BẢN TRONG ĐIỀU TRA ĐỊA
CHẤT THỦY VĂN 69
5.1. Khái niệm về điều tra địa chất thủy văn. 69
3
5.2. Công tác đo vẽ địa chất thủy văn 71
5.3. Khoan địa chất thủy văn 73
5.4. Công tác thí nghiệm địa chất thủy văn ngoài trời. 80
5.5. Quan trắc động thái của nƣớc dƣới đất 93
5.6. Công tác nghiên cứu chất lƣợng nƣớc 95
Chƣơng 6: ĐIỀU TRA ĐỊA CHẤT THỦY VĂN –ĐỊA CHẤT CÔNG
TRÌNH TRONG TÌM KIẾM THĂM DÕ KHOÁNG SÀNG 97
6.1. Những nhân tố địa chất thủy văn –địa chất công trình ảnh hƣởng đến công trình
khai tác. 97
6.2. Mục đích, ý nghĩa của điều tra địa chất thủy văn –địa chất công trình trong tìm
kiếm thăm dò khoáng sàng. 99
6.3. Mối tƣơng quan giữa điều tra địa chất với điều tra địa chất thủy văn –địa chất công
trình. 100
Chƣơng 7: BẢN ĐỒ ĐỊA CHẤT THỦY VĂN 102
7.1. Khái niệm bản đồ địa chất thủy văn 102
7.2. Nguyên tắc thành lập bản đồ địa chất thủy văn 104
7.3. Các giai đoạn trong công tác lập bản đồ địa chất thủy văn 106
7.4. Biểu diễn trên bản đồ địa chất thủy văn 106
tƣ cách là nguồn bổ sung cho nƣớc dƣới đất.
6
Chƣơng 1
NƢỚC TRONG THIÊN NHIÊN
1.1. Vòng tuần hoàn của nƣớc trong thiên nhiên và trong lƣu vực
1.1.1. Vòng tuần hoàn của nƣớc trong thiên nhiên.
Nƣớc trên Trái đất phân bố không đều trong các quyển khác nhau: khí quyển,
thuỷ quyển, sinh quyển, thạch quyển.
Nƣớc trong các quyển luôn luôn chuyển động trong bản thân mỗi quyển và đồng
thời luôn luôn có một lƣợng nƣớc nhất định chuyển động từ quyển này sang quyển
khác, tạo nên vòng tuần hoàn bất tận.
Nhờ năng lƣợng bức xạ của mặt trời, nƣớc từ thuỷ quyển, sinh quyển và thạch
quyển bốc hơi lên khí quyển. Trong khí quyển hơi nƣớc gặp lạnh ngƣng tụ lại và rơi
xuống. Lƣợng mƣa này một phần bốc hơi trở lại vào khí quyển, một phần ngấm xuống
đất, một phần tạo thành những dòng chảy đổ ra biển. Mức độ của quá trình tuần hoàn
này tuỳ thuộc vào từng mùa và tuỳ thuộc vào các điều kiện địa lý tự nhiên. (hình1)
Tổng thể tích nƣớc trong Trái đất ƣớc tính khoảng 1.8 tỷ km
3
. Lƣợng nƣớc này
đƣợc phân bố nhƣ sau:
- Từ mặt đất đến độ sâu 20 km (ranh giới Cônradda) có 570 triệu km
3
.
- Từ độ sâu 20 km đến 35 km (ranh giới Môhô) có 500 triệu km
3
.
Trong vỏ Trái đất nƣớc tồn tại ở những dạng khác nhau và chiếm khoảng 42%

3

- Tổng lƣợng nƣớc sông chảy ra biển là Y= 36.380 km
3

Phƣơng trình cân bằng nƣớc trên vỏ trái đất: X
b
+X
đ
= Z
b
+ Z
đ

Nhƣ vậy hàng năm có một lƣợng hơi nƣớc là 36.380 km
3
di chuyển từ biển, đại dƣơng
vào lục địa và từ lục địa, các dòng song đổ ra biển cũng một lƣợng nhƣ vậy. Vậy đây là
vòng tuần hoàn lớn của nƣớc trong thiên nhiên.
1.1.2. Tuần hoàn của nƣớc trong lƣu vực
Mỗi dòng chảy trên mặt đất đều có phạm vi cung cấp nƣớc, gọi là lƣu vực dòng
chảy. Đƣờng phân chia lƣu vực của hai dòng chảy đƣợc gọi là đƣờng chia nƣớc (đƣờng
phân thủy). Mỗi một dòng chảy đều có một lƣu vực trên mặt và lƣu vực dƣới đất.
chúng có thể trùng hoặc không trùng nhau.
Mƣa rơi xuống mặt đất, một phần bốc hơi; một phần hình thành dòng chảy trên
mặt dƣới dạng sông, suối, lạch; một phần ngấm xuống cung cấp cho nƣớc dƣới đất;
nƣớc dƣới đất lại chảy lộ ra cung cấp cho sông suối.
Tính toán cân bằng nƣớc trong lƣu vực:
Tổng lƣợng nƣớc thu đƣợc trong lƣu vực: X+K+f
Tổng lƣợng nƣớc mất đi trong lƣu vực: Z+y+p

triệu km
2
hay 70,8% diện tích bề mặt Trái đất.
Nƣớc trong quyển này tồn tại dƣới hai trạng thái:
- Lỏng, có thể tích là 1400 triệu km
3

9
- Rắn, có thể tích là 35 triệu km
3
Nếu lƣợng nƣớc này phân bố đều trên trái đất thì có thể tạo nên một lớp nƣớc
dày 2400m.
Nƣớc trong thuỷ quyển cũng luôn luôn vận động dƣới các dạng: dòng hải lƣu,
sông, thuỷ triều và đối lƣu.
Lƣợng hơi nƣớc cung cấp cho khí quyển chủ yếu là từ thuỷ quyển. Thuỷ quyển
là môi trƣờng sản sinh ra sự sống và ngày nay sự sống cũng không tách rời thuỷ quyển.
Nƣớc chứa trong các tầng đất đá (nƣớc dƣới đất) phần lớn cũng do thuỷ quyển cung
cấp. Ngƣợc lại thuỷ quyển cũng nhận nguồn bổ trợ từ các nguồn khác.
Thuỷ quyển chiếm một lƣợng nƣớc chủ yếu trong tổng số lƣợng nƣớc có mặt
trên trái đất và chi phối số lƣợng cũng nhƣ sự vận động của nƣớc ở các quyển khác.
1.2.3. Nƣớc trong sinh quyển.
Việc xác định nƣớc trong quyển này rất phức tạp, bởi vì giới sinh vật có hang chục vạn
chủng loại khác nhau sống trong những môi trƣờng khác nhau.
Ngƣời ta biết rằng:
- Trong cơ thể ngƣời có 70% nƣớc
- Trong sinh vật sống miền khô ráo có 60% nƣớc
- Trong sinh vật sống dƣới nƣớc có 90% nƣớc.

mà sự sống phát sinh, hay ngƣợc lại, thành phần của môi trƣờng (nƣớc biển) lập lại
thành phần của máu ngƣời và động vật?
1.2.4. Nƣớc trong vỏ trái đất.
1.2.4.1. Sự phân bố của nước trong vỏ Trái đất.
Vỏ trái đất có bề dày trung bình ở lục địa là 35km, và dƣới đáy đại dƣơng là
4,7km
Tổng thể nƣớc trong vỏ trái đất ƣớc tính khoảng 1,8 tỷkm
3
. Lƣợng nƣớc này phân bố
nhƣ sau:
- Từ mặt đất đến độ sâu 20 km (ranh giới Cônrad) có 570 triệu km
3

- Từ độ sâu 20km đến 35 km (ranh giới Môhô) có 500 triệu km
3

Kamenxki chia vỏ trái đất làm hai tầng mà trong đó nƣớc đƣợc chứa trng đó:
Tầng dưới:
Là các loại đá toàn khối chứa nƣớc rất ít.
Tầng trên: là tầng chứa nhiều nƣớc, chủ yếu đƣợc chứa trong các khe nứt của đá hay
trong các khe hở của vật liệu trầm tích bở rời.
11
1.2.4.2. Các dạng của nước trong đất đá
* Nƣớc dƣới dạng hơi:
Hơi nƣớc nằm trong đới thông khí lắp đầy các lỗ hổng và khe nứt.
Hơi nƣớc chuyển động từ nơi có sức căng hơi nước lớn đến nơi có sức căng hơi nƣớc
nhỏ hơn. Sức căng hơi nƣớc lớn hay nhỏ là do lƣợng phân tử hơi nƣớc nhiều hay ít.

Nước liên kết yếu (nước màng mỏng): nó bao quang các hạt thổ nhƣỡng và có bề dày
bằng vài phân tử nƣớc do tác dụng của lực hút phân tử và lực hút tĩnh điện nhƣng
12
nhƣng nhỏ hơn so với nƣớc hấp phụ. Nƣớc màng mỏng có bề dày khác nhau tùy thuộc
vào lƣợng hơi nƣớc trong đất đá và tùy thuộc vào kích thƣớc của hạt: kích thƣớc hạt
càng bé thì bề dày màng mỏng càng lớn.
Nƣớc này có thể thách ra khỏi hạt thổ nhƣỡng dƣới tác áp suất P >65Kg/cm
2

Trong cát, lƣợng nƣớc màng mỏng có từ 1-7%, trong á cát (9-13%), trong á sét (15-
23%), trong sét (25-35%).
Nhƣ vậy, nƣớc liên kết chủ yếu nằm trong sét. Do chúng không thể tồn tại dƣới tác
dụng nhiệt độ lớn và áp suất cao nên chúng không thể ở sâu hơn 5 km.
* Nƣớc mao dẫn:
(Hình)
Là nƣớc nằm trong các ống mao dẫn dƣới tác dụng của lực mao dẫn. Các ống mao dẫn
có đƣờng kính nhỏ hơn 1 mm, nếu là khe nứt thì kích thƣớc khe nứt nhỏ hơn 0,25 mm.
Các ống này có hình thù và kích thƣớc khác nhau tùy thuộc vào kích thƣớc và sự sắp
xếp của các hạt. Ngƣời ta phân ra 3 loại nƣớc mao dẫn: nƣớc mao dẫn treo, nƣớc mao
dẫn gốc, và nƣớc ở đới mao dẫn.
- Nƣớc mao dẫn treo là nƣớc ở tầng trên không có liên hệ với nƣớc ngầm, nƣớc này
hình thành trong các ống mao dẫn có đƣờng kính phía trên và phía dƣới không bằng
nhau (Hình). Trƣờng hợp này xảy ra khi phía dƣới lớp cát chứa nƣớc mao dẫn có lớp
cát với kích thƣớc hạt to hơn.
- Nƣớc mao dẫn góc tạo thành trong các góc lỗ hổng dƣới tác dụng của lực mao dẫn.
(Hình)
- Nƣớc đới mao dẫn hình thành trực tiếp ngay phía trên gƣơng nƣớc ngầm. Đới này

0
C
- Nƣớc kết tinh là nƣớc tham gia vào thành phần khoáng vật dƣới dạng các phân tử
nƣớc với số lƣợng nhất định.
Ví dụ: CaSO
4
.2H
2
O: Thạch cao
Na
2
SO
4
.10H
2
O: mirabilit
- Nƣớc hóa hợp là nƣớc tham gia vào thành phần khoáng vật dƣới dạng các ion: OH
-
,
H
+

Nƣớc này tách khỏi khoáng vật ở nhiệt độ > 400
0
C và phá vỡ mạng tinh thể khoáng
vật.
1.2.4.3. Nguồn gốc của nước dưới đất: để giải thích nguồn gốc của nƣớc dƣới đất
ngƣời ta đƣa ra một số thuyết nhƣ sau:
* Thuyết thấm lọc: theo thuyết này thì khi nƣớc mƣa rơi xuống mặt đất hoặc nƣớc bề
mặt ngấm vào các tầng đất đá để tạo thành các dạng khác nhau của nƣớc dƣới đất.

15
- Thấm nƣớc: trầm tích vụn trạng thái rời (cuội, sỏi, cát) và đá nứt nẻ nhiều.
- Nửa thấm nƣớc: á cát, hoàng thổ, than bùn, cát gắn kết yếu, đá bị nứt nẻ yếu, granit bị
phong hóa.
- Không thấm nƣớc: đá dạng khối không bị nứt nẻ, sét.
Độ thấm nƣớc đƣợc đo bằng hệ số thấm lọc K. Trong việc thành tạo nƣớc trọng lực, đá
thấm nƣớc đƣợc tạo nên lớp chứa nước, đá không thấm nƣớc tạo nên lớp cách thủy.
Gía trị trung bình của hệ sô K của một vài loại đất đá
Tính chất của đất đá
K
(m/ ngày-đêm)
Thấm nƣớc mạnh (cuội, cát, đá bị cacsnơ hóa)
> 10
Thấm nƣớc (cát, đá nứt nẻ)
10-1
Thấm nƣớc kém (đá magma bị phong hoá, cát kết, á
cát)
1-0,01
Thấm nƣớc rất kém (cát kết sét, á sét)
0,01-0,001
Không thấm nƣớc, thực tế là cách thuỷ (sét)
<0,001

* Độ chứa nƣớc: là khả năng của đất đá thu nhận và giữ lại một lƣợng nƣớc nhất định.
Ngƣời ta chia ra 3 mức độ chứa nƣớc:
- Chƣa nƣớc tốt (than bùn, á sét, và sét)
- Chứa nƣớc kém (đá magma, đá phấn, đá kết xốp, cát hạt nhỏ, đất hoàng thổ).

nf
: độ chứa nƣớc phân tử tối đá.
Lƣợng phóng thích nƣớc của cát, cuội khoảng 27,4%, sét và than bùn thực tế không
phóng thích nƣớc. Do đó, không thể khai thác nƣớc trong các lớp than bùn, sét, và các
loại đá khối khác.
Lƣợng phóng thích nƣớc giữ vai trò rất lớn trong việc hình thành các tầng chứa nƣớc
khác nhau.
17
Chƣơng 2
TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NƢỚC DƢỚI ĐẤT
2.1. Khái niệm:
Nƣớc dƣới đất là những dung dịch chứa các khoáng vật hòa tan, các loại khí và cả
những chất hữu cơ hòa tan cùng các loại vi khuẩn. Do vậy, nƣớc dƣới đất có những đặc
tính về lý học, hóa học khác với nƣớc nguyên chất.
2.2. Tính chất vật lý:
2.2.1. Nhiệt độ:
Tùy theo điều kiện tàn trữ mà nƣớc dƣới đất có nhiệt độ khác nhau dao động từ dƣới
0
o
C đến trên 100
o
C. Nhƣ ta biết, càng xuống sâu nhiệt độ càng tăng: cứ 33m tăng 1
o
C .
Theo nhiệt độ ngƣời ta phân ra:
- Nƣớc lạnh t
o

2
CH
4
H
2
S
CO
2
18
(
o
C)
0
0.0489
0.0235
0.0556
4.670
1.713
10
0.0380
0.0186
0.0418
3.399
1.194
50
0.0209
0.0109

Ngoài ra, mùi của nƣớc còn chứng tỏ có nhiều khí có nguồn gốc sinh hoá (H
2
S có mùi
trứng thối).
19
Để xác định chính xác mùi của nƣớc, ngƣời ta đun sôi nƣớc lên khoảng 50 – 60
0
C
Nƣớc có thể có các mùi sau:
- Không mùi
- Mùi trứng thối
- Mùi đầm lầy
- Mùi bùn
- Mùi thối,
2.2.5. Vị: Vị của nƣớc liên quan đến thành phần các chất hoà tan trong nƣớc. Ví dụ:
- Vị mặn gây ra do: NaCl
- Vị đắng chat do: Mg
2
SO
4

- vị rỉ sắt hay vị mực gây ra do muối sắt
- Vị ngọt và mát thƣờng do khí CO
2
tự do
2.3. Tính chất hoá học của nƣớc:
2.3.1. Thành phần hóa học của nước.

20
Keo: H
2
SiO
3
, Fe(OH)
3
,…
Ngoài ra trong nƣớc còn có các chất hữu cơ (humin, bittum, axit béo, phênôn,…)
Các chất chứa trong nƣớc thiên nhiên đƣợc chia ra làm hai nhóm nguyên tố chính: đại
nguyên tố và vi nguyên tố.
Trong nhóm đại nguyên tố: gồm các nguyên tố có một số lƣợng chủ yếu quyết định độ
khoáng hoá của nƣớc nhƣ: Cl
-
, HCO
3
-
, SO
4
2
, NO
3
-
, Na
+
, Ca
2

Cách xác định tổng độ khoáng hoá nhƣ sau: lấy một lƣợng nƣớc nhất định (500ml)
chƣng khô ở nhiệt độ 105-110
0
C, cân chất cặn đọng lại là đƣợc tổng độ khoáng hoá.
Thực tế tổng độ khoáng hoá xác định theo phƣơng pháp này nhỏ hơn thực tế vì khi
chƣng khô có một số chất khí và chất dễ bốc hơi bay đi. Phƣơng pháp chính xác nhất là
xác định hàm lƣợng của từng nguyên tố một rồi cộng lại. Song phƣơng pháp này rất
phức tạp và tốn kém nên ít đƣợc dùng.
Dựa trên tổng độ khoáng hoá, nƣớc dƣới đất đƣợc phân loại nhƣ sau:
M (mgl)
Đặc tính
Thành phần hoá học
<200
200-500

500-1000
Siêu nhạt
Nhạt

Độ khoáng hoá hơi cao

Thƣờng là Bicacbonat

Bicacbonat-Sunfat
1000-3000
Hơi mặn


2
, H
2
S, các axit khác.
- Khí CO
2
có vai trò quan trọng trong việc làm tăng nồng độ H
+
trong nƣớc:
CO
2
+ H
2
O H
+
+ HCO
3
-

Nếu nƣớc bảo hoà CO
2
thì [H
+
] có thể tăng lên 300 lần.
- Các axit humin cũng làm tăng [H
+
]
- Nồng độ OH
-
tăng lên do Na

2
O Ca
2+
+ 2HCO
3
-

Nếu lƣợng CO
2
thừa sau phản ứng thì gọi là CO
2
ăn mòn
Nếu lƣợng CO
2
vừa đủ để hoà tan hết CaCO
3
thì gọi là CO
2
cân bằng.
CO
2
ăn mòn có tác dụng phá hoại bêtông và nhiều loại ximăng, hoà tan một số đá (nhất
là đá vôi)
2.3.5. Độ cứng của nước.
Độ cứng của nƣớc gây ra do các muối hoà tan của Canxi và Magiê
Ngƣời ta phân biệt 3 loại độ cứng sau:
- Tổng độ cứng: gây ra do sự có mặt của tất cả các muối Canxi và Magiê:
Ca(HCO
3
)

Đánh giá nƣớc
Độ cứng (mg-đl)
Độ cứng (độ Đức)
Rất mềm
< 1,5
<4,2
Mềm
1,5-3
4,2-8,4
Hơi cứng
3-6
8,4-16,8
Cứng
6-9
16,8-25,2
Rất cứng
>9
>25,2
23
1 mg-đl = 2,804 độ Đức
Nƣớc uống có thể dùng khi độ cứng 7-20mg-đl
2.4. Dấu hiệu nhiễm bẩn của nƣớc
Khái niệm nhiễm bẩn đƣợc hiểu là khả năng làm cho nƣớc không còn đƣợc sử dụng an
toàn cho mục đích ăn uống hay công nghiệp. Nhƣ vậy, khi đánh giá sự nhiễm bẩn của
nƣớc dƣới đất chúng ta cần làm rõ tác nhân gây nhiễm bẩn và nguồn gốc của chúng là
từ đâu, có nhƣ vậy chúng ta mới tìm ra giải pháp ngăn chặn nhiễm bẩn. Tác nhân gây
nhiễm bẩn có thể là tác nhân hoá học (thành phần hoá học gây hại) và tác nhân sinh

-

H
2
S sinh ra từ phƣơng trình trên gây nhiễm bẩn cho nƣớc
Các hợp chất Nitơ (NH
4
+
, NO
2
-
, NO
3
-
): chúng đƣợc sinh ra chủ yếu từ hợp chất hữu
cơ. Nếu nguồn gốc của chúng là vô cơ thì chúng không có hại, nhƣng nếu nguồn gốc
là hữu cơ thì chúng là dấu hiệu nhiễm bẩn và có khả năng có mặt các vi khuẩn gây
bệnh.
NO
3
-
không có hại đến sức khoẻ nhƣng nếu trong môi trƣờng khử thiếu Oxy thì đi kèm
với NO
3
-
còn có NO
2
-
, NH
4

Đánh giá nƣớc dựa trên hệ số coli nhƣ sau:
- Tốt nhất là nƣớc không có vi trùng.
- Nếu hệ số coli trên 50 thì nƣớc tƣơng đối sạch và an toàn.
- Nếu hệ số coli từ 10 đến 50 thì nƣớc nhiễm bẩn, song trong một số trƣờng
hợp nhất định có thể sử dụng đƣợc.
- Nếu hệ số coli từ 1 đến 10 thì nƣớc không đảm bảo về mặt vi khuẩn và không
nên dùng để ăn uống.
- Nếu hệ số coli nhỏ hơn 1, nƣớc bị nhiễm bẩn mạnh không thể sử dụng nó vào
mục đích ăn uống và sinh hoạt.
Việc lấy mẫu để phân tích vi khuẩn và và cả quá trình phân tích là do cơ quan chuyên
môn thực hiện.
2.5. Biểu diễn các kết quả phân tích thành phần hoá học của nƣớc dƣới đất.
2.5.1.Biểu diễn bằng số:
Ngƣời ta dùng 3 dạng để biểu diễn các kết quả phân tích:
25
- Khối lƣợng các chất hoà tan trong một lít nƣớc. Do lƣợng hoà tan của các chất thƣờng
bé nên đơn vị đƣợc chọn là g/l, mg/l hoặc r (r = 1 microgam/l = 0,001 mg/l).
- Gam đƣơng lƣợng hoặc miligam đƣơng lƣợng các chất hoà tan trong 1 lít nƣớc (viết
tắt là g –đl/l hoặc mg –đl/l)
- Phần trăm đƣơng lƣợng (% đl)
Để tính phần trăm đƣơng lƣợng, ngƣời ta lấy tổng số mg –đl của tất cả các anion chứa
trong một lít nƣớc là 100% và tính phần trăm mg –đl của từng anion so với tổng số ấy.
Đối với cation cũng tƣơng tự vậy.
Biểu diễn các kết quả phân tích nƣớc dƣới đất dƣới những dạng khác nhau.
Anion
Hàm lƣợng
Cation

3
-
5
0,08
1
Ca
2+
89
4,44
44
HCO
3
-
276
4,52
46
Mg
2+
24
1,97
20
CO
3
2-
-
-
-
Fe
2+
0,2