5. Groundwater and Groundwater Meas

5. Groundwater and Groundwater Measurement Methods – CE/ENVE 320-04


Ground water sample acquisition is a key phase of many environmental investigations in natural systems. The sample acquisition process for ground water samples has been previously discussed. In addition to ground water sample collection, an understanding of ground water flow in aquifer systems is critically important in determining ability of a specific aquifer to meet the needs of a public water supply or transport or impede the flow of contaminated ground water due to ground water contamination.

This section will begin with an introduction to groundwater from a hydrological prospective. We will introduce some of the basic terms in hydrology and aquifer systems as well as the key components to ground water flow and the important parameters in determining flow rates in ground water systems.
Hydrology is the science of water occurrence, movement and transport. Hydrogeology is the part of hydrology that deals with the occurrence, movement and quality of water beneath the Earth's surface. Because hydrogeology deals with water in a complex subsurface environment, it is a complex science. On the other hand, much of its basic terminology and principles can be understood readily by non- hydrogeologists.

This section presents basic terms and principles of hydrogeology. The first section introduces many key terms and concepts in definition form. Subsequent definitions include graphics to aid in explanation. The following sections introduce principles of a ground water movement, using these terms. Graphics are included to further define terms and illustrate concepts.























Ground water is water held within the interconnected openings of saturated rock beneath the land surface.

The hydrologic cycle shows that when rain falls to the ground, some water flows along the land surface to streams or lakes, some water evaporates into the atmosphere, some is taken up by plants,


1
and some seeps into the ground. As water begins to seep into the ground, it enters a zone that contains both water and air, referred to as the unsaturated zone or vadose zone. The upper part of this zone, known as the root zone or soil zone, supports plant growth and is crisscrossed by living roots, holes left by decayed roots, and animal and worm burrows. Below lies an intermediate zone, followed by a
saturated capillary fringe, which results from the attraction between water and rocks. As a result of this attraction, water clings as a film on the surface of rock particles.

Water moves through the unsaturated zone into the saturated zone, where all the interconnected openings between rock particles are filled with water. It is within this saturated zone that the term "ground water" is correctly applied. Ground water is held in aquifers, which are discussed in the following sections.

Ground water is often thought of as an underground river or lake. Only in caves or within lava flows does ground water occur this way. Instead, ground water is usually held in porous soil or rock materials, much the same way water is held in a sponge.
















Unconfined Aquifers

In unconfined aquifers, the ground water only partially fills the aquifer and the upper surface of the ground water (the water table) is free to rise and decline.
The ground water is at atmospheric pressure. The height of the water table will be the same as the water level in a well constructed in that unconfined aquifer. The water table typically mimics, in a subdued way,
the topography of the land surface above, resulting in a water table with hills, valleys, or flat areas. It is

2
important to note that unconfined aquifers, especially those close to the surface, can be vulnerable to contamination from activities on the land surface.

Confined Aquifers

Confined aquifers may also be referred to as artesian aquifers.

A confined aquifer is sandwiched between confining beds (layers of impermeable materials such as clay which impede the movement of water into and out of the aquifer). Because of the confining beds, ground water in these aquifers is under high pressure. Because of the high pressure, the water level in a well will rise to a level higher than the water level at the top of the aquifer. The water level in the well is referred to as the potentiometic surface or pressure surface.

Even in a confined aquifer, water seeks its own level. Geological strata are not perfectly horizontal. At some point the lithological unit that comprises the confined aquifer is exposed to the surface. This is the aquifer'srecharge zone, and it may be miles away from where one hopes to construct a well. The "confined" aquifer is actually unconfined at the recharge zone. In order for pressure to build, the water level in the recharge zone must be at a higher elevation than the base of the confining unit. When a
well is drilled through the confining unit, usually far from the recharge zone, the water in this well will rise to the level of the water at the recharge zone. In some instances this may be above the surface of the ground, in which case the well is called aflowing artesian well. This same situation, where the level of the water at the recharge zone is above the base of the confining unit, leads to the appearance of springsor seeps where the confining unit is penetrated by a hillside.

It is important to note that confining beds not only serve to hamper the movement of water into and out of the aquifer, they also serve as a barrier to the flow of contaminants from overlying unconfined aquifers. For this same reason, however, contaminants that reach a confined aquifer through a poorly constructed well or through natural seepage, can be extremely difficult and expensive to remove.


This section introduces the basic concepts of ground water and surface-water interactions, the meaning of water levels in piezometers and wells, and the measurement of water level and discharge.



Surface Expressions of Ground Water

Whether streams, ponds, lakes, or oceans, any surface-water bodies are likely to be surface expressions of ground water. Some, like puddles after a rainstorm, are ephemeral, or short-lived. Others, like the oceans, are perennial, or long-lasting. In either case, we may gain valuable information about subsurface conditions by examining surface-water/ground water interactions.

In some cases and under some conditions, surface water is moving toward ground water. This is the case with losing streams, and it also may be true for losing ponds, lakes, wetlands, or puddles. The opposite condition might also exist: Water might be moving from ground water toward the surface "gaining" stream, pond, wetland, or other water body.




3
To determine the direction of movement, consider water levels in wells or piezometers near the surface- water body. The wells or piezometers must be open to the same body of rock or sediment that holds the surface water, and they must be hydraulically connected. A lower level in the wells indicates that the surface- water body is losing, whereas a higher level in the wells indicates that it is gaining (see figure below). Temperature may be another indicator. In temperate regions, ground water tends to be colder than surface water during the summer and warmer than surface water during the winter. Some environments in which this would not be true would be zones of hydrothermal activity (e.g., hot springs), or areas where the surface water originates as melt water from glaciers. Differences in water chemistry might indicate flow directions, as well.

Any time a surface-water body appears to be losing water to the ground water, c6nsider the possibility that the surface water may be perched. In this situation, the rate at which water is added to the surface water exceeds the rate at which the underlying rock or sediment can transmit or "drain" the surface water. For example, a heavy rain or sudden snowmelt might cause a temporary pond to form on clay-rich soil. A clay lens near the surface in some glacial materials might cause the formation of a perpetual wetland at the surface, whereas the regional water table lies much farther below.

Subsurface Expressions of Ground
Water
Geologists look for outcrops of rock to provide clues about subsurface geology. But where no outcrops exist, their information may come from drillhole data. Likewise, hydrogeologists can learn a great deal from "outcrops" of ground water: springs, seeps, and some other surface-water bodies. But where no hydrogeologic outcrop exists, hydrogeologists must rely on data from holes
drilled to puncture the ground water's surface and allow us to examine its nature.

Why Is This the Water Level?
Ask that question any time you encounter a water level, whether surficial or sub-surficial. If surface water, is it gaining or losing? If subsurface, is the water level from an aquifer or aquitard? If an aquifer, is it confined, semiconfined, or unconfined? Is the water level the result of flow from fractures? Is it from a cave, mine, conduit, tunnel, pipeline, or drainage tile? Was the water level measured in a piezometer? A well? What is the screened or open interval in the well?



4
One fairly unusual subsurface expression of ground water is water in caves or caverns. Some of these hold subsurface springs, streams, and ponds. Of course, these features occur only where large underground openings exist, and they are particularly likely to be in karst regions. Other underground conduits might not be natural. For example, such human-made features as tunnels, underground mines, or buried conduits or pipes might be affected by ground water. In these cases, consider how permeable the walls of the opening are, and particularly with mines or pipes, consider whether water is actively being pumped or drained from the opening.


Perhaps more common than these features are holes we put in the ground to find the water level. Piezomete

Kết quả (Việt) 1:

5. nước ngầm và nước ngầm phương pháp đo lường-CE/ENVE 320-04Việc mua lại mẫu nước ngầm là một giai đoạn quan trọng của nhiều nghiên cứu môi trường trong hệ thống tự nhiên. Quy trình mua lại mẫu nước ngầm mẫu đã được thảo luận trước đó. Thêm vào bộ sưu tập mẫu nước ngầm, sự hiểu biết về đất nước dòng chảy trong hệ thống aquifer là cực kỳ quan trọng trong việc xác định các khả năng của một aquifer cụ thể để đáp ứng nhu cầu của một khu vực cấp nước hoặc vận chuyển hoặc cản trở dòng chảy của đất nước bị ô nhiễm do ô nhiễm nước ngầm.Phần này sẽ bắt đầu với một giới thiệu về nước ngầm từ một nước tương lai. Chúng tôi sẽ giới thiệu một số điều khoản cơ bản thủy văn và aquifer hệ thống cũng như các thành phần chính để lưu lượng đất nước và các thông số quan trọng trong việc xác định tỷ lệ dòng chảy trong hệ thống nước ngầm.Thủy văn học là khoa học của nước xuất hiện, chuyển động và giao thông vận tải. Thuỷ văn là một phần của thủy văn đề với sự xuất hiện, di chuyển và chất lượng nước bên dưới bề mặt trái đất. Bởi vì thuỷ văn thoả thuận với nước trong một môi trường bên dưới bề mặt phức tạp, nó là một khoa học phức tạp. Mặt khác, phần lớn các thuật ngữ cơ bản và nguyên tắc có thể được hiểu dễ dàng bởi Phòng Không hydrogeologists.Phần này trình bày cơ bản điều khoản và nguyên tắc của thuỷ văn. Phần đầu tiên giới thiệu nhiều điều khoản quan trọng và khái niệm trong định nghĩa hình thức. Tiếp theo định nghĩa bao gồm đồ họa để hỗ trợ trong lời giải thích. Phần sau đây giới thiệu các nguyên tắc của một phong trào nước ngầm, bằng cách sử dụng các điều khoản này. Đồ họa được cung cấp để xác định điều khoản và minh họa khái niệm hơn nữa.Đất nước là nước tổ chức trong vòng hở bão hòa đá bên dưới bề mặt đất, liên kết với nhau.Chu kỳ thủy văn hiện khi mưa rơi xuống mặt đất, một số nước chảy dọc theo bề mặt đất để dòng hoặc hồ, một số nước bốc hơi vào khí quyển, một số được thực hiện bởi các nhà máy,1và một số seeps vào mặt đất. Khi nước bắt đầu để thấm vào mặt đất, nó đi vào một khu vực có chứa cả hai nước và không khí, được gọi là khu vực không bão hòa hoặc khu vực vadose. Phần trên của vùng này, gọi là vùng gốc hoặc khu vực đất, hỗ trợ tăng trưởng thực vật và crisscrossed bởi sống rễ, lỗ trái bởi rễ bị hư hỏng, và động vật và sâu burrows. Dưới đây nằm ở một khu vực trung gian, theo sau là mộtbão hòa mao mạch rìa, mà kết quả từ sự hấp dẫn giữa nước và đá. Là kết quả của điều này thu hút, nước lý như là một bộ phim trên bề mặt đá hạt.Nước di chuyển vùng không bão hòa vào vùng bão hòa, nơi tất cả các lỗ kết nối giữa các hạt đá được làm đầy với nước. Nó nằm trong vùng bão hòa này mà thuật ngữ "đất nước" được áp dụng một cách chính xác. Đất nước được tổ chức tại tầng ngậm nước, được thảo luận trong các phần sau.Đất nước thường nghĩ đến như là một ngầm sông hay hồ. Chỉ trong hang động hoặc trong các dòng dung nham không đất nước xảy ra theo cách này. Thay vào đó, đất nước thường được tổ chức trong đất xốp hoặc vật liệu đá, nhiều cách cùng một nước được tổ chức tại một miếng bọt biển.Tầng ngậm nước unconfinedTrong unconfined tầng ngậm nước, nước ngầm chỉ có một phần lấp đầy các aquifer và trên bề mặt của nước ngầm (nước bảng) là miễn phí để tăng và từ chối.Nước ngầm là ở áp suất khí quyển. Chiều cao của bảng nước sẽ là giống như mực nước trong cũng xây dựng trong đó aquifer unconfined. Bảng nước thường bắt chước, trong một cách nhẹ nhàng,địa hình của bề mặt đất ở trên, kết quả là một bảng nước với hills, thung lũng, hoặc khu vực bằng phẳng. Nó là2quan trọng cần lưu ý rằng unconfined tầng ngậm nước, đặc biệt là những người gần gũi với bề mặt, có thể được dễ bị ô nhiễm từ các hoạt động trên mặt đất.Tầng ngậm nước hạn chếTầng ngậm nước hạn chế có thể cũng được gọi là tầng ngậm nước artesian.Một hạn chế aquifer kẹp giữa nhốt giường (lớp vật liệu không thấm nước chẳng hạn như đất sét mà cản trở sự chuyển động của nước vào và ra khỏi các aquifer). Bởi vì các giường nhốt, đất nước trong các tầng ngậm nước là dưới áp lực cao. Vì áp lực cao, mực nước trong một tốt sẽ tăng lên đến một mức độ cao hơn mực nước ở trên cùng của aquifer. Mực nước cũng được gọi là potentiometic bề mặt hoặc áp lực bề mặt.Ngay cả trong một aquifer hạn chế, nước tìm kiếm mức độ của riêng của nó. Tầng lớp địa chất là không hoàn toàn ngang. Tại một số điểm các đơn vị lithological này bao gồm các aquifer hạn chế tiếp xúc với bề mặt. Đây là khu vực aquifer'srecharge, và nó có thể là dặm cách xa nơi một hy vọng để xây dựng một tốt. Aquifer "hạn chế" là thực sự unconfined tại vùng nạp tiền. Để cho áp lực để xây dựng, mực nước trong khu vực nạp tiền phải ở một độ cao cao hơn các cơ sở của các đơn vị nhốt. Khi mộtcũng khoan thông qua đơn vị nhốt, thường xa vùng nạp tiền, nước này cũng sẽ tăng lên đến mức độ của các nước ở vùng nạp tiền. Trong một số trường hợp, điều này có thể là trên bề mặt của đất, trong đó trường hợp cũng được gọi là aflowing artesian tốt. Cùng một tình huống này, nơi mà mức độ của các nước ở vùng nạp tiền là trên cơ sở của các đơn vị nhốt, dẫn đến sự xuất hiện của springsor seeps nơi các đơn vị nhốt xâm nhập bởi một sườn đồi.Nó là quan trọng cần lưu ý rằng giường nhốt không chỉ phục vụ để cản trở sự chuyển động của nước vào và ra khỏi các aquifer, họ cũng phục vụ như là một rào cản để dòng chảy của chất gây ô nhiễm từ nằm phía trên tầng ngậm nước unconfined. Vì lý do tương tự này, Tuy nhiên, chất gây ô nhiễm mà đạt được một aquifer hạn chế thông qua một kém xây dựng tốt hoặc thông qua tự nhiên thấm, có thể vô cùng khó khăn và tốn kém để loại bỏ.Phần này giới thiệu các khái niệm cơ bản của đất nước và tương tác bề mặt nước, ý nghĩa của mực nước trong piezometers và wells, và các phép đo mực nước và xả.Các biểu hiện bề mặt của đất nướcCho dù dòng, ao, Hồ, hoặc đại dương, bất kỳ cơ quan nước bề mặt có khả năng là các biểu hiện bề mặt của đất nước. Một số, như các vũng nước sau khi một cơn mưa, là không lâu, hoặc thời gian ngắn. Những người khác, như các đại dương, là cây lâu năm, hoặc lâu dài. Trong cả hai trường hợp, chúng tôi có thể đạt được thông tin giá trị về điều kiện bên dưới bề mặt bằng cách kiểm tra tương tác bề mặt nước/đất nước.Trong một số trường hợp và một số điều kiện, bề mặt nước đang chuyển động về phía mặt đất nước. Đây là trường hợp với mất dòng, và nó cũng có thể đúng để giảm ao, Hồ, đất ngập nước, hoặc vũng nước. Các điều kiện đối diện cũng có thể tồn tại: nước có thể di chuyển từ đất nước hướng tới bề mặt "đạt được" dòng, ao, đất ngập nước, hoặc cơ quan nước khác.3Để xác định hướng di chuyển, hãy xem xét mực nước giếng hoặc piezometers gần cơ thể bề mặt nước. Wells hoặc piezometers phải được mở để cùng một cơ thể của nhạc rock hoặc trầm tích chứa nước bề mặt, và họ phải được kết nối hydraulically. Một mức độ thấp trong các giếng chỉ ra rằng cơ thể bề mặt nước là mất, trong khi mức độ cao hơn trong các giếng chỉ ra rằng nó là đạt được (xem hình dưới đây). Nhiệt độ có thể là một chỉ báo. Trong khu vực ôn đới, đất nước có xu hướng lạnh hơn so với bề mặt nước trong mùa hè và ấm hơn so với bề mặt nước trong mùa đông. Một số môi trường trong đó điều này sẽ không được thực sự sẽ là khu vực của hoạt động thủy nhiệt (ví dụ như, suối nóng), hoặc các khu vực nơi bắt nguồn nước bề mặt như nước từ sông băng tan chảy. Sự khác biệt về hóa học nước có thể chỉ ra hướng dòng chảy, là tốt.Bất cứ lúc nào một cơ thể bề mặt nước dường như mất nước để nước ngầm, c6nsider khả năng rằng nước bề mặt có thể được nằm. Trong tình huống này, tỷ lệ mà tại đó, nước được thêm nước mặt vượt quá tỷ lệ mà tại đó các đá nằm bên dưới hoặc trầm tích có thể chuyển giao hoặc "thoát" nước bề mặt. Ví dụ, một mưa hoặc đột ngột tan có thể gây ra một ao tạm thời để hình thành trên đất sét giàu đất. Một ống kính clay gần bề mặt trong một số tài liệu băng có thể gây ra sự hình thành của một vùng đất ngập nước vĩnh viễn tại bề mặt, trong khi bảng nước khu vực nằm nhiều xa hơn dưới đây.Các biểu hiện dưới bề mặt của mặt đấtNướcNhà địa chất tìm trồi lên đá để cung cấp những manh mối về địa chất bên dưới bề mặt. Nhưng nơi trồi lên không tồn tại, thông tin của họ có thể đến từ dữ liệu drillhole. Tương tự như vậy, hydrogeologists có thể tìm hiểu rất nhiều từ "trồi lên" của đất nước: springs, seeps, và một số cơ quan khác của bề mặt nước. Nhưng trong trường hợp không có vết lộ hydrogeologic tồn tại, hydrogeologists phải dựa trên dữ liệu từ lỗkhoan để thủng bề mặt của đất nước và cho phép chúng tôi xem xét bản chất của nó.Tại sao là mực nước?Hỏi câu hỏi bất cứ lúc nào bạn gặp phải một mực nước, cho dù tạo hoặc phụ tạo. Nếu bề mặt nước, nó đạt được hoặc mất? Nếu bên dưới bề mặt, là mực nước từ aquifer một hoặc aquitard? Nếu một aquifer, nó bị giới hạn, semiconfined, hoặc unconfined? Mực nước là kết quả của dòng chảy từ gãy xương? Là nó từ một hang động, tôi, conduit, đường hầm, đường ống, hoặc hệ thống thoát nước gạch? Mực nước đã được đo trong một piezometer? Một cũng? Khoảng thời gian kiểm tra hoặc mở trong giếng là gì?4Một khá bất thường biểu hiện dưới bề mặt của đất nước là nước trong hang động hoặc hang động. Một số các tổ chức dưới bề mặt lò xo, suối, và ao. Tất nhiên, các tính năng này xảy ra chỉ nơi lớn ngầm hở tồn tại, và họ có đặc biệt là khả năng trong khu vực đá vôi. Các conduits ngầm không thể tự nhiên. Ví dụ, các tính năng thực hiện con người như đường hầm, mỏ, hoặc bị chôn vùi conduits hoặc ống có thể bị ảnh hưởng bởi nước ngầm. Trong những trường hợp này, xem xét làm thế nào thấm các bức tường của cửa, và đặc biệt là với mỏ hoặc đường ống, xem xét liệu nước là tích cực đang được bơm hoặc để ráo nước từ việc mở cửa.Có lẽ phổ biến hơn so với các tính năng này là lỗ chúng tôi đưa vào mặt đất để tìm mực nước. Piezomete