Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng ảnh hưởng của điều kiện địa chất thủy lực lên hiện tượng khuếch tán chất bẩn hòa tan từ kênh ô nhiễm vào tầng nước ngầm

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật xây dựng ảnh hưởng của điều kiện địa chất thủy lực lên hiện tượng khuếch tán chất bẩn hòa, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Nguyễn Thanh Sang
• Người hướng dẫn: Pgs. Ts Nguyễn Thống
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Ảnh hưởng của điều kiện địa chất, thủy lực lên hiện tượng khuếch tán chất bẩn hòa tan từ kênh ô nhiễm vào tầng nước ngầm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Ảnh hưởng địa chất và thủy lực lên khuếch tán chất bẩn

Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng địa chất và thủy lực lên hiện tượng khuếch tán chất bẩn từ kênh ô nhiễm vào nước ngầm. Mô hình toán học 2D được sử dụng để mô phỏng dòng chảy và lan truyền chất bẩn trong tầng nước ngầm. Phương trình Richard được áp dụng để giải quyết bài toán thấm và lan truyền chất trong điều kiện không ổn định. Phần mềm Comsol với phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để phân tích và mô phỏng hiện tượng này. Kết quả cho thấy điều kiện địa chất và thủy lực có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình khuếch tán chất bẩn.

1.1. Ảnh hưởng của điều kiện địa chất

Điều kiện địa chất như độ rỗng và tính thấm của đất ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hướng lan truyền chất bẩn. Các thông số địa chất được đưa vào mô hình để đánh giá mức độ ảnh hưởng. Kết quả cho thấy, độ rỗng cao làm tăng tốc độ lan truyền chất bẩn, trong khi tính thấm thấp có thể làm chậm quá trình này. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc quản lý và bảo vệ nguồn nước ngầm.

1.2. Ảnh hưởng của điều kiện thủy lực

Điều kiện thủy lực như áp suất nước và vận tốc dòng chảy cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình khuếch tán chất bẩn. Mô hình toán học đã tính toán các thông số thủy lực để đánh giá tác động của chúng lên sự lan truyền chất bẩn. Kết quả cho thấy, áp suất nước cao và vận tốc dòng chảy nhanh làm tăng tốc độ lan truyền chất bẩn vào tầng nước ngầm. Điều này cần được xem xét khi thiết kế các biện pháp bảo vệ nguồn nước.

II. Mô hình toán học và phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng mô hình toán học 2D để mô phỏng quá trình thấm và lan truyền chất bẩn từ kênh ô nhiễm vào nước ngầm. Phương trình Richard được áp dụng để giải quyết bài toán thấm, trong khi phương trình lan truyền chất được sử dụng để mô phỏng sự khuếch tán chất bẩn. Phần mềm Comsol với phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để giải quyết các phương trình này. Mô hình được kiểm chứng bằng cách so sánh kết quả tính toán với dữ liệu thực tế.

2.1. Phương trình thấm và lan truyền chất

Phương trình thấm Richard được sử dụng để mô phỏng dòng chảy nước ngầm trong điều kiện không ổn định. Phương trình lan truyền chất được áp dụng để mô phỏng sự khuếch tán chất bẩn trong tầng nước ngầm. Các điều kiện biên được thiết lập để đảm bảo tính chính xác của mô hình. Kết quả cho thấy mô hình có thể dự đoán chính xác sự lan truyền chất bẩn trong các điều kiện địa chất và thủy lực khác nhau.

2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để giải quyết các phương trình toán học phức tạp trong mô hình. Phần mềm Comsol được sử dụng để thực hiện các tính toán này. Phương pháp này cho phép mô phỏng chính xác quá trình thấm và lan truyền chất bẩn trong tầng nước ngầm. Kết quả tính toán được so sánh với dữ liệu thực tế để đảm bảo độ tin cậy của mô hình.

III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng địa chất và thủy lực lên quá trình khuếch tán chất bẩn từ kênh ô nhiễm vào nước ngầm là rất đáng kể. Mô hình toán học đã cung cấp các dự đoán chính xác về sự lan truyền chất bẩn trong các điều kiện khác nhau. Những kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc quản lý và bảo vệ nguồn nước ngầm, đặc biệt là trong các khu vực có nguy cơ ô nhiễm cao.

3.1. Ứng dụng trong quản lý nước ngầm

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong việc quản lý và bảo vệ nước ngầm. Các nhà quản lý có thể sử dụng mô hình để dự đoán sự lan truyền chất bẩn và đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả. Điều này giúp giảm thiểu tác động của ô nhiễm nước lên nguồn nước ngầm, đảm bảo chất lượng nước cho sinh hoạt và sản xuất.

3.2. Hướng phát triển nghiên cứu

Nghiên cứu này mở ra hướng phát triển mới trong việc mô phỏng và dự đoán sự lan truyền chất bẩn trong nước ngầm. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện mô hình toán học và tích hợp các yếu tố môi trường khác để tăng độ chính xác của dự đoán. Điều này sẽ góp phần quan trọng trong việc bảo vệ và quản lý bền vững nguồn nước ngầm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Luận văn Thạc sĩ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN THANH SANG ẢNH HƢỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT, THUỶ LỰC LÊN HIỆN TƢỢNG KHUẾCH TÁN CHẤT BẨN HOÀ TAN TỪ KÊNH Ô NHIỄM VÀO TẦNG NƢỚC NGẦM Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy Mã số ngành : 60.40 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2012 Nguyễn Thanh Sang MSHV: 10200396 Trang 1 Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Luận văn Thạc sĩ CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐHQG TP.HCM Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : PGS. TS NGUYỄN THỐNG Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS. TS VÕ KHẮC TRÍ Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS. TS LÊ SONG GIANG Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày 21 tháng 09 năm 2012.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm : 1. Chủ tịch hội đồng : PGS. TS HUỲNH THANH SƠN 2. Thƣ ký hội đồng : TS.

Ủy viên : PGS. TS NGUYỄN THỐNG 4. Ủy viên : PGS. TS VÕ KHẮC TRÍ 5.

Ủy viên : PGS. TS LÊ SONG GIANG Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trƣởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Nguyễn Thanh Sang MSHV: 10200396 Trang 2 Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Luận văn Thạc sĩ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : NGUYỄN THANH SANG MSHV : 10200396 Ngày, tháng, năm sinh : 02/04/1979 Nơi sinh : Đồng Tháp Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy Mã số : 60. TÊN ĐỀ TÀI : ẢNH HƢỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT, THUỶ LỰC LÊN HIỆN TƢỢNG KHUẾCH TÁN CHẤT BẨN HOÀ TAN TỪ KÊNH Ô NHIỄM VÀO TẦNG NƢỚC NGẦM II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : - Chƣơng 1: Giới thiệu - Chƣơng 2 : Cơ sở lý thuyết - Chƣơng 3 : Mô hình bài toán thấm và lan truyền chất từ một kênh bị ô nhiễm - Chƣơng 4 : Ảnh hƣởng của điều kiện địa chất, thủy lực lên hiện tƣợng khuếch tán chất bẩn hòa tan - Chƣơng 5 : Kết luận và kiến nghị. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/07/2011 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/06/2012 V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : PGS.TS NGUYỄN THỐNG Nội dung và đề cƣơng Luận văn thạc sĩ đã đƣợc Hội đồng chuyên ngành thông qua.

HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2012 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS NGUYỄN THỐNG TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Nguyễn Thanh Sang MSHV: 10200396 Trang 3 Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Luận văn Thạc sĩ MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.11 CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Cơ sở hình thành đề tài………………………………………………………12 1.1 Các nghiên cứu trong nƣớc……………………………………………….2 Các nghiên cứu ngoài nƣớc……………………………………………….2 Mục tiêu nghiên cứu……………………………………………………….3 Nội dung nghiên cứu……………………………………………………….4 Phƣơng pháp nghiên cứu…………………………………………………….16 CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2 Phƣơng trình thấm………………………………………………………….3 Phƣơng trình lan truyền chất……………………………………………….4 Điều kiện biên……………………………………………………………….1 Điều kiện biên cho bài toán thấm.2 Điều kiện biên cho bài toán lan truyền chất.22 CHƢƠNG III : MÔ HÌNH BÀI TOÁN THẤM VÀ LAN TRUYỀN CHẤT TỪ KÊNH BỊ Ô NHIỄM 3.1 Giới thiệu phần mềm tính toán Comsol…………………………………….2 Mô tả mô hình tính toán…………………………………………………….3 Bài toán trƣờng vận tốc…………………………………………………….1 Lời giải giải tích………………………………………………………….2 Lời giải từ mô hình toán………………………………………………….25 Nguyễn Thanh Sang MSHV: 10200396 Trang 4 Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Luận văn Thạc sĩ 3.3 So sánh kết quả tính toán giữa lời giải giải tích và lời giải từ mô hình toán số……………………………………………………………………………….4 Bài toán lan truyền chất…………………………………………………….1 Lời giải từ mô hình toán………………………………………………….50 CHƢƠNG IV : ẢNH HƢỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT, THUỶ LỰC LÊN HIỆN TƢỢNG KHUẾCH TÁN CHẤT BẨN HOÀ TAN 4.2 Mô tả mô hình……………………………………………………………….1 Ảnh hƣởng của điều kiện địa chất…………………………………………54 4.2 Ảnh hƣởng của điều kiện thuỷ lực……………………………………….3 Nhận xét kết quả…………………………………………………………….84 CHƢƠNG V : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Những vấn đề còn tồn tại trong nghiên cứu……………………………….2 Hƣớng phát triển tiếp theo của nghiên cứu……………………………….88 TÀI LIỆU THAM KHẢO.……………………………………………………89 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG……………………………………………………91 Nguyễn Thanh Sang MSHV: 10200396 Trang 5 Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 : Kích thƣớc tiết diện ngang của mô hình tính toán trƣờng hợp một kênh lan truyền Hình 2.2 : Kích thƣớc tiết diện ngang của mô hình tính toán trƣờng hợp hai kênh lan truyền Hình 3.1: Sơ đồ chia ô lƣới tính toán cho trƣờng hợp một kênh lan truyền Hình 3.2 : Sơ đồ chia ô lƣới tính toán cho trƣờng hợp hai kênh lan truyền Hình 3.3 : Sơ đồ lan truyền chất Hình 3.4 : Biểu đồ vận tốc lan truyền chất Hình 3.5 : Biểu đồ cột áp tại thời điểm t = 365 ngày Hình 3.6 : Cột áp qua trục kênh (50-50) tại các thời điểm t = 120, 180, 240, 300, 365 ngày Hình 3.7 : Biểu đồ cột áp tại vị trí (25,-10) theo thời gian Hình 3.8 : Biểu đồ cột áp tại vị trí (50,-10) theo thời gian Hình 3.9 : Biểu đồ cột áp tại vị trí (75,-10) theo thời gian Hình 3.10 : Biểu đồ cột áp tại vị trí (25,-30) theo thời gian Hình 3.11 : Biểu đồ cột áp tại vị trí (50,-30) theo thời gian Hình 3.12 : Biểu đồ cột áp tại vị trí (75,-30) theo thời gian Hình 3.13 : Biểu đồ vận tốc tại thời điểm t = 365 ngày Hình 3.14 : Vận tốc qua trục kênh (50-50) tại các thời điểm t = 120, 180, 240, 300, 365 ngày Hình 3.15 : Biểu đồ vận tốc tại vị trí (25,-10) theo thời gian Hình 3.16 : Biểu đồ vận tốc tại vị trí (50,-10) theo thời gian Hình 3.17 : Biểu đồ vận tốc tại vị trí (75,-10) theo thời gian Hình 3.18 : Biểu đồ vận tốc tại vị trí (25,-30) theo thời gian Hình 3.19 : Biểu đồ vận tốc tại vị trí (50,-30) theo thời gian Hình 3.20 : Biểu đồ vận tốc tại vị trí (75,-30) theo thời gian Nguyễn Thanh Sang MSHV: 10200396 Trang 6 Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Luận văn Thạc sĩ Hình 3.21 : Biểu đồ nồng độ tại thời điểm t = 365 ngày Hình 3.22 : Nồng độ qua trục kênh (50-50) tại các thời điểm t = 120, 180, 240, 300, 365 ngày Hình 3.23 : Biểu đồ nồng độ tại vị trí (25,-10) theo thời gian Hình 3.24 : Biểu đồ nồng độ tại vị trí (50,-10) theo thời gian Hình 3.25 : Biểu đồ nồng độ tại vị trí (75,-10) theo thời gian Hình 3.26 : Biểu đồ nồng độ tại vị trí (25,-30) theo thời gian Hình 3.27 : Biểu đồ nồng độ tại vị trí (50,-30) theo thời gian Hình 3.28 : Biểu đồ nồng độ tại vị trí (75,-30) theo thời gian Hình 3.29 : Biểu đồ cột áp tại thời điểm t = 365 ngày (2 kênh lan truyền) Hình 3.30 : Cột áp qua trục kênh (50-50) tại các thời điểm t = 120, 180, 240, 300, 365 ngày (2 kênh lan truyền) Hình 3.31 : Biểu đồ cột áp tại vị trí (25,-10) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.32 : Biểu đồ cột áp tại vị trí (50,-10) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.33 : Biểu đồ cột áp tại vị trí (75,-10) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.34 : Biểu đồ cột áp tại vị trí (25,-30) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.35 : Biểu đồ cột áp tại vị trí (50,-30) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.36 : Biểu đồ cột áp tại vị trí (75,-30) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.37 : Biểu đồ vận tốc tại thời điểm t = 365 ngày (2 kênh lan truyền) Hình 3.38 : Vận tốc qua trục kênh (25-25) tại các thời điểm t = 120, 180, 240, 300, 365 ngày (2 kênh lan truyền) Hình 3.39 : Vận tốc qua trục kênh (50-50) tại các thời điểm t = 120, 180, 240, 300, 365 ngày (2 kênh lan truyền) Hình 3.40 : Vận tốc qua trục kênh (75-75) tại các thời điểm t = 120, 180, 240, 300, 365 ngày (2 kênh lan truyền) Nguyễn Thanh Sang MSHV: 10200396 Trang 7 Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Luận văn Thạc sĩ Hình 3.41 : Biểu đồ vận tốc tại vị trí (25,-10) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.42 : Biểu đồ vận tốc tại vị trí (50,-10) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.43 : Biểu đồ vận tốc tại vị trí (75,-10) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.44 : Biểu đồ vận tốc tại vị trí (25,-30) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.45 : Biểu đồ vận tốc tại vị trí (50,-30) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.46 : Biểu đồ vận tốc tại vị trí (75,-30) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.47 : Biểu đồ nồng độ tại thời điểm t = 365 ngày (2 kênh lan truyền) Hình 3.48 : Nồng độ qua trục kênh (25-25) tại các thời điểm t = 120, 180, 240, 300, 365 ngày (2 kênh lan truyền) Hình 3.49 : Nồng độ qua trục kênh (50-50) tại các thời điểm t = 120, 180, 240, 300, 365 ngày (2 kênh lan truyền) Hình 3.50 : Nồng độ qua trục kênh (75-75) tại các thời điểm t = 120, 180, 240, 300, 365 ngày (2 kênh lan truyền) Hình 3.51 : Biểu đồ nồng độ tại vị trí (25,-10) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.52 : Biểu đồ nồng độ tại vị trí (50,-10) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.53 : Biểu đồ nồng độ tại vị trí (75,-10) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.54 : Biểu đồ nồng độ tại vị trí (25,-30) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.55 : Biểu đồ nồng độ tại vị trí (50,-30) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 3.56 : Biểu đồ nồng độ tại vị trí (75,-30) theo thời gian (2 kênh lan truyền) Hình 4.1 : Biểu đồ vận tốc ngay trục kênh (50-50) theo chiều sâu lúc t = 365 ngày với các độ rỗng  p của địa chất nền khác nhau (1 kênh lan truyền) Hình 4.2 : Biểu đồ nồng độ ngay trục kênh (50-50) theo chiều sâu lúc t = 365 ngày với các độ rỗng  p của địa chất nền khác nhau (1 kênh lan truyền) Hình 4.3 : Biểu đồ vận tốc ngay trục (50-50) theo chiều sâu lúc t = 365 ngày với các độ rỗng  p của địa chất nền khác nhau (2 kênh lan truyền) Nguyễn Thanh Sang MSHV: 10200396 Trang 8 Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Luận văn Thạc sĩ Hình 4.4 : Biểu đồ nồng độ ngay trục (50-50) theo chiều sâu lúc t = 365 ngày với các độ rỗng  p của địa chất nền khác nhau (2 kênh lan truyền) Hình 4.