บทท 2การเกดและการกกเกบของน าบาดาล

(Occurrence of groundwater and storage)

ถาพจารณาน าทเกด กกเกบ และไหลหมนเวยนตามวฏจกรของน า น าในโลกสามารถแบงไดเปน 3 ประเภท คอ

1. น าในบรรยากาศ (Meteoric หรอ Atmospheric water) ซงอาจจะอยในสถานะทเปนของแขง เชน ลกเหบ หมะ หรอสถานะของเหลว เชน ฝน น าคาง หรอสถานะทเปนไอน า เชน เมฆ หมอก

2. น าผวดน (Surface water) ซงไดจากน าในบรรยากาศกลนตวเปนฝนตกลงบนพนโลก และถกกกเกบอยตาม แมน า ล าธาร คลอง หนอง บง สระ ทะเลสาบ ในรปของน าจด และตามทะเล มหาสมทร ในรปของน าเคม

3. น าใตดน (Subsurface water) ไดแก น าทไหลซมผานชนดนลงไปกกเกบอยใตผวดนทงหมด ซงจะหมายรวมถง น าทอยในสภาพความชนในดน และน าบาดาล

โดยสภาพธรณวทยาแลว ดนและหนจะประกอบดวย ชองวาง (Voids orinterstices) ซงน าสามารถแทรกเขาไปอยหรอถกกกเกบไว ตลอดจนมการเคลอนทไปมาตามชองวางเหลาน น าทแทรกอยในชองวางของดนและหน จะเรยกรวม ๆ กนวา น าใตดน (Subsurfacewater) นอกจากนแลว ในทางธรณวทยายงแบงชนดนและหนทอยใตผวดนลงไปเปน 2 เขตใหญ ๆ ดวยกน กลาวคอ บรเวณทเปน เขตอมอากาศ (Zone of aeration) และบรเวณทเปน เขตอมน า (Zone of saturation) (ดรปท 2.1)

2.1 เขตอมอากาศ (Zone of aeration or Vadose zone)เขตอมอากาศ หมายถง สวนทอยตดกบผวดน ในเขตน ชองวางบางสวนจะม

น ากกเกบอย และบางสวนจะมฟองอากาศแทรกอย น าใตดนทถกกกเกบในเขตอมอากาศน เรยกรวมกนวา น าแขวนลอย (Vadose or Suspended water) ถงแมปรมาณน าทแทรกอยในชองวางเหลานอาจมปรมาณมาก แตน าเหลานไมสามารถสบน าขนมาใชได เนองจากน าจะถกยดอยในชองวางดวยแรงดงคาปลาร (Capillary force) เขตอมอากาศสามารถแยกเปนสวนยอยได 3 สวนคอ (ดรปท 2.1)

26

(1) Belt of soil water เปนสวนทอยบนสดของเขตอมอากาศ ประกอบไปดวยดน วสดอนทรย และอนนทรยตาง ๆ น าทถกกกเกบอยในสวนน เรยกวา ความชนในดน(Soil moisture or soil water) เปนน าทใชส าหรบการเกษตรกรรม และยงชพของพชและตนไมตาง ๆ น าบางสวนอาจจะสญเสยกลบคนสบรรยากาศโดยตรง โดยกระบวนการการระเหยและการคายน า

(2) Capillary fringe เปนสวนทอยเหนอถดขนมาจากเขตอมน าขนไปจนถงจดทสงสดทน าซมขนไปดวยแรงคาปลาร (Capillary rise) น าทถกกกเกบในสวนน เรยก น าดดซม (Capillary water) ความหนาของสวนนจะขนอยกบแรงดงคาปลาร ซงขนอยกบขนาดของชองวางในดน ถาชองวางมขนาดเลก สวนนจะหนามาก ถาชองวางมขนาดใหญ สวนนกจะไมหนามาก เปรยบเทยบกบน าทขนไปในหลอดดดทมขนาดเสนผาศนยกลางขนาดเลก เทยบกบในหลอดดดทมเสนผาศนยกลางขนาดใหญ

(3) Intermediate belt เปนสวนทอยระหวาง Belt of soil water กบCapillary fringe ไมคอยมความส าคญมากนก เพราะเปนเพยงทางผานของน าทซมผานลงไปเทานน น าในสวนนเรยกวา Intermediate vadose water ในแตละสภาพธรณ สวนนอาจจะมหรอไมมกได ขนอยกบความลกของเขตอมน า กลาวคอ ถาเขตอมน าอยไมลกจากผวดน สวนของIntermediate belt อาจจะไมมเลย เพราะเขตอมอากาศจะมความหนาไมมาก ในขณะทถาเขตอมน าอยลกลงไปจากผวดน ความหนาของเขตอมอากาศกจะมากไปดวย ท าใหสวนของ Intermediatebelt กจะมความหนามากไปดวย

2.2 เขตอมน า (Zone of saturation or Phreatic Zone)ในเขตอมน าน ทกชองวางทมอยในดนและหน จะมน าแทรกอยเตมไปหมด

หรออกนยหนง จะอมตวไปดวยน า น าทถกกกเกบอยในเขตอมน าน เรยกวา น าบาดาล (Groundwater) ระดบบนสดของเขตอมน า เรยกวา ระดบน าบาดาล (Water table) ณ ต าแหนงของระดบน าบาดาล ความดนของน าในชองวาง (Pore water pressure) จะเทากบความดนบรรยากาศ(Atmospheric pressure) ณ ต าแหนงทลกต าลงไปจากระดบน าบาดาล ความดนของน ากจะเพมมากขน เนองจากน าหนกของตวน าทกดทบ ดวยเหตน เราจงสามารถสบน าน าบาดาลจากเขตอมน าขนมาใช เนองจากความดนทสงกวาความดนบรรยากาศนนเอง (ดรปท 2.1)

นอกจากน าใตดนประเภทตาง ๆ ทกลาวมาขางตน ยงมน าใตดนอก 2 ประเภทซงถกกบเกบไวในชองวางของหนตาง ๆ แตวาน าเหลานจะมลกษณะพเศษแตกตางออกไป กลาวคอ จะไมมการไหลหมนเวยนตามวฏจกรของน า น าดงกลาวไดแก

27

เขตอมอากาศZone of aeration(Vadose zone)

นาแขวนลอย (

Vados

e wate

r) ความชนSoil water

นาดดซมCapillary water

Intermediatevadose water

Belt of soilwater

Capillaryfringe

Intermediatebelt

ระดบนาบาดาลWater tableเขตอมนา

Zone of saturation(Phreatic zone)

นาบาดาลGround water

รปท 2.1 การแบงเขตชนน าและประเภทของน าใตดนในเขตตาง ๆ (ปรบปรงจาก Fetter, 2001)

(1) น าจากหนหนด (Magmatic or Juvenile water) เปนน าทมตนก าเนดมาจากภายในโลกหรอจากการเยนตวของหนหนด (Magma) เมอหนหนดเยนตวลงน าทแยกตวออกมาจากหนหนดอาจจะถกดกจบและตกคางอยในชองวางของหนอคน ปกตน าเหลานจะไมมการเคลอนท เนองจากชองวางทมอยในหนอคนมกไมคอยมความตอเนอง Magmatic water นในบางกรณกอาจจะถกปลอยสบรรยากาศโดยตรง ในกรณทหนหนดนนดนแทรกขนมาเยนตวทผวโลกหรอทพนทองทะเล มหาสมทร ไอน าทปรากฏใหเหนรวมกบการระเบดของภเขาไฟ สวนใหญจะเกดจากน าบาดาลทสมผสกบหนหนดไดรบความรอนจนกลายเปนไอ

(2) น าตกคาง (Connate water) เปนน าทตกคางอยในชองวางของหนตะกอนตงแตครงทหนตะกอนสะสมตว อาจจะเปนน าเคมหรอน าจดกได ขนอยกบสภาพแวดลอมในขณะทเกดหนตะกอนนนๆ โดยปกตมกจะเปนน าทมเกลอแรละลายสง (Mineralizedwater) เนองจากระยะเวลาทถกกกเกบอยในหนเหลานเปนระยะเวลาทยาวนาน จงมโอกาสทจะคอย ๆ ละลายเอาแรธาตตาง ๆ จากหนเขามาอยในตวของมนไดมาก หลงจากกระบวนการเกดแลว หนเหลานจะถกปดทบโดยหนเนอแนนอน ๆ ท าใหไมมพนททสามารถรบน าฝนลงไปเพมเตมได การพฒนาน าน าบาดาลประเภทนขนมาใชประโยชน เมอหมดแลวกจะหมดเลย คลายกบการท าเหมองน าบาดาล (Mining groundwater)

28

2.3 ระดบน าบาดาล (Water table)ระดบน าบาดาล คอ ระดบบนสดของเขตอมน า ในสภาพจรงระดบนจะไม

ราบเรยบเปนเสนตรง แตจะมลกษณะคลายผวคลน (Undulating surface) ใตระดบน าบาดาลลงไปชองวางทมอยทงหมดจะมน าแทรกอย ทเรยกวา อมตวดวยน า ในระดบลกลงไปจากระดบน าบาดาล ความดนของน าจะเพมมากขน ซงเปนผลมาจากน าหนกของตวน าทวางทบอย ในระดบตนขนมาความดนน าจะลดลง และทระดบน าบาดาลความดนของน าจะเทากบความดนบรรยากาศโดยปกตระดบน าบาดาลจะมระดบสอดคลองกบระดบหรอรปรางของภมประเทศ กลาวคอบรเวณทสงระดบน าบาดาลกจะสงไปดวย บรเวณทต าระดบน าบาดาลกจะต าไปดวย แตวาระดบของน าบาดาลจะมความสงต าไมมากเทากบความสงต าของลกษณะภมประเทศ

เพอใหเกดความเขาใจเกยวกบระดบน าบาดาล ใหพจารณารป 2.2 ซงเปนการทดลองเพอจ าลองสภาพธรรมชาตของการเกดระดบน าบาดาล เครองมอทดลองเปนกลองพลาสตกใสบรรจทรายไวขางใน ทปลายดานหนงของกลองท าเปนรองคลายรองน า หรอชองทางน าไหล และปรบสภาพผวหนาทรายใหเรยบ และมลกษณะคลายหบเขาทมรองทางน าไหลออกทางตอนปลายของกลองทดลอง น าน ามาฉดสเปรยลงบนผวหนาของทราย โดยจ าลองคลายสภาพฝนทตกลงมา ปรมาณน าทสเปรยใหพอด ไมมากเกนไปจนเกดน าไหลบาตามผวหนา น าจะคอย ๆ ซมผานลงไป จนกระทงเกดเขตอมตวดวยน าในบรเวณดานลางของกลอง (รปท 2.2 (A))ระดบบนสดของเขตอมน าน คอ ระดบน าบาดาล ซงจะมลกษณะเปนพนระนาบเทากน (Levelsurface) และเมอปรมาณน าทสเปรยลงไปเพมมากขน ระดบน าบาดาลกจะสงขนเรอย ๆ แตยงคงมลกษณะเปนพนระนาบระดบเทากนอย จนกระทงระดบน าบาดาลขนมาจนถงจดต าสดของรองน าหรอชองทางน าไหล เมอสเปรยน าตอเนอง ซงจ าลองปรมาณน าฝนทมอยางตอเนอง ระดบน าบาดาลจะเรมสงกวาระดบของรองน า ณ ขณะนน น าจะเรมไหลออกตามรองน า ในขณะทบรเวณอน ๆ ระดบน าบาดาลกจะสงขน และสะทอนไปตามระดบความสงของสภาพภมประเทศของหบเขา ท าใหเกดความแตกตางของระดบความดนของน า หรออกนยหนงท าใหเกด ลาดชลศาสตร(Hydraulic gradient) ในชวงนเอง น าบาดาลกจะเรมมการไหลเคลอนทในแนวระนาบ ซงเปนผลเนองมาจากลาดชลศาสตร และไหลออกสบรเวณทต าหรอทเรยกวา บรเวณน าไหลออก(Discharge point) ซงกคอ บรเวณรองน านนเอง (รปท 2.2 (B)) พจารณาจากการทดลองดงกลาวสามารถสรปประเดนส าคญไดดงน

(1) ในขณะทยงไมมการไหลของน าบาดาล ระดบน าบาดาลจะอยในแนวระนาบ

29

(2) เมอระดบน าบาดาลเรมมความลาดเอยง แสดงถงความดนทแตกตางกนน าบาดาลจะเรมมการไหล

(3) น าบาดาลจะไหลออกสบรเวณทต า(4) ระดบน าบาดาลจะสะทอนและจ าลองระดบของภมประเทศ(5)! น าบาดาลจะไหลจากบรเวณภมประเทศทมระดบสงสบรเวณภมประเทศ

ทมระดบต า

รปท 2.2 การทดลองเพอจ าลองสภาพธรรมชาตของการเกดระดบน าบาดาล (A) เมอระดบ น าบาดาลอยในแนวระนาบจะไมมการไหลของน าบาดาลในแนวระนาบ (B) เมอระดบ น าบาดาลเรมมความลาดเอยงจะเกดการไหลของน าบาดาลในแนวระนาบและไหลออก ไปสบรเวณทต าหรอรองน า ปรมาณน าบาดาลทไหลออกจากชนหนอมน า จะเทากบ ปรมาณน าไหลพนฐาน (Baseflow) ของทางน านน ๆ (จาก Fetter, 2001)

2.4 ชนหนอมน า (Aquifer)โดยสภาพธรณวทยาแลว หนประเภทตาง ๆ ทพบบนเปลอกโลก ไมวาจะเปน

หนรวน (Unconsolidated rock) พวกกรวด ทราย ตะกอนธารน า หรอหนแขง (Consolidated rock)ทมรพรน อาท หนทราย หนทมรอยแตก หรอหนทละลายน าได อาท หนปน หนโดโลไมต ตางก

30

มชองวางทสามารถกกเกบน าไวได เรยกรวม ๆ กนวา หนกกเกบน า (Waterbearing rock) แตหนกกเกบน านอาจจะจายน าไดไมเพยงพอในการสบขนมาใชสอย ซงจะขนอยกบคณลกษณะทางอทกธรณของหนเหลานนเปนส าคญ ชนหนหรอกลมของชนหนทอมตวดวยน าและสามารถปลอยน าบาดาลใหไดเปนปรมาณมากและเพยงพอตอการสบน าขนมาใชสอย เรยกวา ชนหนอมน า (Aquifer) ค าวา Aqua มาจากภาษาลาตน แปลวา น า Fer มาจากภาษาลาตน Ferre ทแปลวาให ตวอยางของชนหนอมน าทส าคญ ไดแก พวกกรวด ทราย หนทราย หนปน หนโดโลไมตหนบะซอลต หนอคน และหนแปรทมรอยแตก เปนตน

ชนหนกนน า (Confining layer) หมายถง ชนหนทเนอหนเปนวสดกนน า คอมคณสมบตไมยอมใหน าซมผาน หรอซมผานไดนอย และชนหนนปดหรอกดทบอยบนชนหนอมน า หรออาจวางตวอยทงดานบนและดานลางของชนหนอมน า การระบคณสมบตวา ไมยอมใหน าซมผานหรอซมผานไดนอย เปนการระบเชงเปรยบเทยบกบชนหนอมน าทอยรวมกน อาท ชนของทรายแปง (Silt) ทวางตวปดทบชนทราย (Sand) ชนทรายแปงจะถอเปนชนหนกนน า ในขณะทชนทรายจะถอเปนชนหนอมน า ในขณะทชนของทรายแปงชนเดยวกนน ถาเกดอยรวมกบชนดนเหนยว (Clay) ชนทรายแปงนอาจจะถอวาเปนชนหนอมน า เพราะอาจจะสามารถจายน าใหกบบอบาดาลขนาดเลกได และชนดนเหนยวกจะถอวาเปนชนหนกนน า ดงนน กรณของชนหนกนน าถอเปนกรณเปรยบเทยบและขนอยกบสภาพอทกธรณของแตละบรเวณทพจารณา ปกตน าบาดาลสามารถซมไหลผานชนหนกนน าได แตดวยอตราทชามาก ๆ ชนหนกนน ายงอาจสามารถพจารณาแยกไดเปน (1) ชนหนกนน า (Aquifuge) ซงเปนชนหนเนอแนนและไมยอมใหน าซมผาน (Impermeable) หรอปลอยน าออกมา เนองจากไมมชองวางทตอเนอง อาท หนแกรนต (2) ชนหนซบน า (Aquiclude) ซงเปนชนหนทยอมใหน าซมผานไดบาง (Semiimpermeable) และมความสามารถในการดดซมน าเขาไวในตวอยางชา ๆ เนองจากชองวางทมอยมขนาดเลกมาก และ (3) ชนหนตานน า (Aquitard) เปนชนหนทมคณสมบตชะลอความเรวของการไหลหรอตานการไหลของน าบาดาลไว แตไมปองกนการไหลผานของน าบาดาลจากชนหนอมน าหนงไปยงอกชนหนอมน าทอยตอเนองตดกน กลาวคอ ชนหนตานน าน ปกตจะหมายถงชนหนกนน า (Confining layer) ทอยตดกบชนหนอมน าเดยว ๆ หรอชนหนอมน าหลาย ๆ ชนแทรกสลบกน น าบาดาลสามารถไหลผานชนหนตานน านไดแตดวยอตราทชามาก เปรยบเสมอนการรวซมผาน จงเรยกชนหนตานน าในลกษณะนวา ชนหนกนน าทรวซม (Leaky confininglayer) ในกรณทชนหนอมน าหลาย ๆ ชนทมชนหนกนน าทรวซมไดแทรกสลบอย น าบาดาลจาก

31

ชนหนอมน าแตละชน สามารถรวซมถงกนและกนได ดงนน โดยความหมายแลว Aquitard,Confining layer และ Leaky confining layer จงมความหมายเดยวกน ขนอยกบวาจะใชค าไหน

ชนหนอมน าสามารถแบงออกไดเปน 3 ชนด ขนอยกบสภาพอทกธรณและแรงดน ทมอยในน าบาดาลและชนหนอมน า ดงน

(1) ชนหนอมน าไมมแรงดน (Unconfined aquifer, Water table aquifer,Phreatic aquifer หรอ Non-artesian aquifer) หมายถง ชนหนอมน าทไมไดอยภายใตแรงดนกลาวคอ ไมมชนหนกนน า (Confining layer) ปดทบอย เปนชนหนอมน าทอยถดจากผวดนลงไปมระดบน าบาดาลอยตอนบนสดของชนหนอมน า ความหนาของเขตอมน ากคอ ความหนาของชนหนอมน าชนดน ระดบน าบาดาลจะมระดบและความลาดชนทไมแนนอน ขนอยกบสภาพภมประเทศ (รปท 2.3) ชนหนอมน าไมมแรงดนน จะไดรบน าลงไปเพมเตม (Recharge) จากน าฝนทซมผานเขตอมอากาศลงไปโดยตรง ถาเจาะบอบาดาลลงไปในชนหนอมน าไมมแรงดนน ระดบน าในบอจะแสดงระดบน าบาดาลรอบ ๆ บอ ซงอยในระดบเดยวกน

รปท 2.3 ชนหนอมน าไมมแรงดน (Unconfined aquifer) (จาก Fetter, 2001)

(2) ชนหนอมน ามแรงดน (Confined aquifer หรอ Artesian aquifer)หมายถง ชนหนอมน าทมชนหนกนน าปดทบอย อาจจะเฉพาะดานบนหรอรวมทงปดทบดานบนและรองรบดานลาง ท าใหน าบาดาลและชนหนอมน าน อยภายใตแรงดนทมากกวาแรงดนบรรยากาศ ชนหนอมน ามแรงดนอาจจะไดรบน าลงไปเพมเตมจากน าฝนทซมผานสวนของ

32

ชนหนอมน าทโผลทผวดน หรอจากทน าฝนซมผานชนหนกนน าลงไป (รปท 2.4) ถาเจาะบอบาดาลผานชนหนกนน าเขาไปในตวชนหนอมน ามแรงดนน ระดบน าในบออาจจะขนไปสงกวาระดบของชนหนอมน า ซงแสดงวา น าบาดาลนจะอยภายใตแรงดน ระดบน าในบอดงกลาว จะแสดงระดบแรงดนของน าบาดาลในชนหนอมน าน และจะมระดบสงกวาสวนทอมน าดวยเสมอเรยกแนวหรอระดบทเปนสมมตแสดงระดบแรงดนนวา ระดบแรงดนน า (Potentiometricsurface หรอ Piezometric surface) ในกรณทเจาะบอบาดาลในต าแหนงทมระดบแรงดนน าอยเหนอระดบผวดน น าในบอกจะพหรอพงขนมาเอง โดยไมตองมการสบ เรยกบอบาดาลนวาบอน าพ (Flowing well) โดยระดบทน าพขนมาจะขนไปจนถงระดบแรงดนทมอยในชนหนอมน าในกรณทเจาะบอบาดาลในต าแหนงทระดบแรงดนน าอยในต าแหนงทต ากวาระดบผวดน จะไดบอบาดาลมแรงดน (Artesian well) ซงระดบน าในบอจะอยสงกวาระดบของชนหนอมน า แตไมมน าพออกมา (รปท 2.4)

Water table well

Artesian well

Flowing wellPotentiometricsurfaceAquifer

Aquiclude

รปท 2.4 ชนหนอมน ามแรงดน (Confined aquifer) บอน าบาดาลมแรงดน (Artesian well) และบอน าพ (Flowing well) (จาก Fetter, 2001)

รปท 2.5 แสดงสภาพอทกธรณในหลาย ๆ กรณทท าใหเกดกรณของบอน าพอาท ในกรณของบอทเจาะในทต าระหวางเนนทราย กรณทเจาะในหนอคนเนอแนนและไดน าจากสวนทมรอยแตกมาก กรณของหนตะกอนทโคงงอและแตกหกมาก กรณในหนตะกอนทวางตวอยในแนวระนาบแทรกสลบกนอย หรอในกรณของตะกอนธารน าแขง

รปท 2.5 สภาพอทกธรณในหลายกรณทท าใหเกดกรณของบอน าพ (จาก Davies and De Wiest, 1967)

34

(3) ชนหนอมน าปลอม (Perched aquifer) ในบางกรณในเขตอมอากาศ อาจจะมชนของหนทน าซมผานไดยาก วางตวอยในลกษณะโคงงอคลายแอง (Lens shaped) เกดรวมอยดวย เมอน าฝนซมผานลงมาจากผวดน น าสวนหนงจะถกกกเกบไวเหนอชนหนเนอแนน ในขณะทน าฝนอกสวนหนงจะไหลซมผานลงไปสเขตอมน าทอยดานลาง ในลกษณะเชนน จะท าใหมสวนทอมตวดวยน าวางตวอยบนชนหนเนอแนน และอยในระดบทเหนอกวาเขตอมน า เรยกวาชนหนอมน าปลอม (Perched aquifer) (รปท 2.6) ระดบของน าบาดาล เรยกวา ระดบน าบาดาลปลอม (Perched water table) น าบาดาลนจะมการไหลเคลอนทในแนวระนาบ และไหลซมลงสเขตอมน า หรอชนหนอมน าไมมแรงดนทวางตวอยดานลาง หรออาจจะไหลออกทผวดนในรปของน าพ (Spring) ชนหนอมน าปลอมสวนใหญพบในพนทตะกอนธารน าแขง ซงมกจะมเลนซของดนเหนยว หรอในบรเวณทมหนภเขาไฟ ซงมกจะมชนของเถาภเขาไฟทน าซมผานไดยากแทรกรองรบอยในชนของหนบะซอลต ปกตชนหนอมน าปลอมมกจะเปนขนาดเลก เพยงพอส าหรบการใชในครวเรอนเทานน

รปท 2.6 ชนหนอมน าปลอม (Perched aquifer) (จาก Fetter, 2001)

2.5 คณสมบตของชนหนอมน า (Aquifer properties)คณสมบตของชนหนอมน า ไดแก คณสมบตตาง ๆ ทมสวนเกยวของกบ

ปรมาณของน าทกกเกบ หรอปลอยออกมาจากชนหนอมน าใด ๆ ทส าคญ น าบาดาลเปนน าใตดนทกกเกบอยในชองวาง (Interstices) ในหน ความแตกตางกนเองของขนาด รปราง ปรมาณ การ

35

วางตว และการตดตอถงกนและกนของชองวางเหลาน เปนผลสบเนองมาจากกระบวนการทางธรณวทยาตาง ๆ ในขณะทเกดหนนน ๆ หรอถกท าใหเปลยนแปลงภายหลง ชองวางในหนอาจแบงไดเปน 2 ลกษณะ คอ

(1) ชองวางปฐมภม (Original interstices) หมายถง ชองวางทเกดขนพรอม ๆ กบกระบวนการเกดหนนน ๆ ซงอาจแยกออกเปน ชองวางทเกดโดยกระบวนการเกดหนตะกอน (Sedimentary origin) และชองวางทเกดโดยกระบวนการเกดหนอคน (Igneousorigin)

(2) ชองวางทตยภม (Secondary interstices) หมายถง ชองวางทเกดขนภายหลงกระบวนการเกดหนนน ๆ ซงสวนใหญจะไดแก รอยแตก (Fractures) แนวแตก (Joints) แนวแยก (Cracks) และชองวางทเกดจากการละลายของเนอหนเอง (Solution openings)

2.5.1 ความพรน (Porosity)ความพรน หมายถง ปรมาณของชองวางในหน โดยคดเปนเปอรเซนตของ

ปรมาณทงหมดของหน โดยอาจเขยนเปนสมการได ดงน

!! !! !"#"

= ………………………………(2.1)

โดยม # = ความพรน(%) !" = ปรมาตรของชองวางในหนหนงหนวย (L3; cm3 or m3) " = ปรมาตรทงหมดของหน ซงรวมทงสวนทเปนชองวางและของแขง (L3; cm3 or m3)

การหาคาความพรนในหองปฏบตการ ท าไดโดยน าหนตวอยาง ซงทราบปรมาตร " #" มาท าใหแหง โดยอบในตอบทอณหภม 105 องศาเซลเซยส จนกระทงน าหนกของหนคงท ซงหมายความวา น าหรอความชนทมอยในชองวางถกไลออกไปหมดแลว น าหนตวอยางลงไปแชในภาชนะทปดแนน (Sealed chamber) ซงมน าททราบปรมาตรกอนแลว แชหนตวอยางจนกระทงอมตวดวยน า ปรมาตรของชองวาง " #!" กคอ ปรมาตรของน าในภาชนะเมอเรมตนลบดวยปรมาตรของน าทเหลอในภาชนะ

ความพรนของหนตาง ๆ จะถกควบคมโดยปจจยและกระบวนการทางธรณวทยาหลาย ๆ อยาง (รปท 2.7) ทส าคญไดแก รปรางและการเรยงตวของเมดตะกอน (Shapes and

36

packing) ความดเลวของการคดขนาด (Sorting) การเชอมประสาน (Cementation) ชองวางทเกดจากการละลายของเนอหน (Solution opening) รอยแตกตาง ๆ (Fractures)

(ก) (ค) (จ)

(ข) (ง) (ฉ)

รปท 2.7 ปจจยทควบคมความพรน (Porosity) (ก) การคดขนาดด มความพรนสง (ข) การ คดขนาดไมด มความพรนต า (ค) การคดขนาดดเนอหนมความพรนอยแลว ท าให ความพรนสง (ง) ความพรนลดลง เนองจากสารเชอมประสาน (จ) ความพรน เนองมาจากเนอหนถกละลายชะลาง และ (ฉ) ความพรนเนองมาจากรอยแตกในหน (จาก Walton, 1970)

2.5.1.1 ความพรนของหนตะกอน (Porosity of sedimentary rocks)

กระบวนการเกดของหนตะกอน เรมจากการตกสะสมตวของเมดตะกอน น าหนกของเมดตะกอนททบถมกนมากขน จะท าใหเกดการอดแนน (Compaction) ของเมดตะกอน สงผลใหปรมาตรของชองวางทมอยลดนอยลง ประกอบกบรปรางของเมดตะกอนและรปแบบการเรยงตวของเมดตะกอน กอาจจะเปลยนแปลงไป นอกจากนน เมอมสารละลายเขามาเชอมประสาน ซงอาจเปนสารละลายแคลไซต โดโลไมต หรอซลกา กจะยงท าใหความพรนในตะกอนลดนอยลง (รปท 2.8) และเมอตะกอนเหลานแขงตวกลายเปนหนตะกอน ชองวางทมอยในเมดตะกอน กจะถกเกบรกษาไว หรอทเรยกวา ความพรนปฐมภม (Primary porosity) อาทความพรนในหนทราย ตอมาภายหลง ถาหนทรายนเกดการแตกหก มรอยแตกเกดขน เนองมาจากการเคลอนตวของเปลอกโลก กจะสงผลใหมชองวางหรอความพรนเพมมากขน หรอทเรยกวา

37

ความพรนทตยภม (Secondary porosity) ซงน าบาดาลสามารถเขาไปกกเกบอยในหน ทงในสวนของความพรนปฐมภมและความพรนทตยภม ในหนตะกอนความพรนอาจจะมมากตามแนวของ ระนาบชนหน (Bedding plane) ซงเปนรอยตอระหวางชนหนตะกอนสองชนทอยตดกน

รปท 2.8 การเปลยนแปลงความพรนของหนตะกอนในกระบวนการตาง ๆ (A) ความพรน เรมตน (B) ความพรนลดลงเมอมสารเชอมประสาน (C) ความพรนลดลงเมอเกด

การอดแนน ท าใหรปรางของเมดตะกอนและรปแบบการเรยงตวเปลยนไป และยงลด ลง เมอมการเชอมประสานของเมดตะกอนมากขน (จาก Fetter, 2001)

ในหนตะกอนประเภททเกดจากการตกผลก (Precipitation) อาท หนปนหนโดโลไมต ยบซม หนเกลอ ความพรนทส าคญจะไดจากชองวางทเกดจากการชะลางเนอหนออกไป กลาวคอ เมอมน าบาดาลไหลผานตามรอยแตก หรอตามแนวระนาบชนหน เนอของหนตะกอนเหลานจะคอย ๆ ถกชะลางออกไป ท าใหชองวางมขนาดใหญมากขนเรอย ๆ เมอเวลาผานไป ตวอยางเชน ถ าบางถ าทเกดจากกระบวนการน จะมขนาดใหญโตมาก ถาถ าหรอชองวางนยงอยใตดน กจดวาเปนชองวางขนาดใหญมาก ซงน าบาดาลสามารถไหลผานไปตามชองวางเหลาน หนอมน าทเปนหนประเภทน ในบางกรณจงสามารถใหน าไดเปนปรมาณมาก ๆ ตวอยางคาความพรนในหนชนดตาง ๆ แสดงในตารางท 2.1

2.5.1.2 ความพรนของหนอคนระดบลกและหนแปร (Porosity of plutonicand metamorphic rocks)

โดยกระบวนการเกดหนอคนระดบลก (Plutonic rock) และหนแปร(Metamorphic rock) เนอหนจะประกอบดวย ผลกของแรตาง ๆ ทสอดประสานเปนเนอเดยวกน ท าใหเนอหนมลกษณะแนน สงผลใหความพรนของหนสองประเภทนอยในเกณฑทต ามาก

38

ตารางท 2.1 คาความพรน (Porosity) และคาประสทธภาพในการจายน า (Specific yield) (จาก Brassington, 1988)

Material Porosity (%) Specific yield (%)Coarse gravel 28 23Medium gravel 32 24Fine gravel 34 25Coarse sand 39 27Medium sand 39 28Fine sand 43 23Silt 46 8Fine-grained sandstone 33 21Medium-grained sandstone 37 27Clay 42 3Limestone 30 14Dolomite 26 -Dune sand 45 38Loess 49 18Peat 92 44Schist 38 26Siltstone 35 12Claystone 43 -Shale 6 -Tuff 41 21Basalt 17 -Gabbro (weathered) 43 -Granite (weathered) 45 -

39

โดยปกตจะนอยกวา 1% อยางไรกตาม กระบวนการทางธรณทส าคญ คอ กระบวนการผพงและการแตกจะท าใหคาความพรนเพมมากขน ปกตกระบวนการแตกของหน ซงอาจจะมาจากหลาย ๆสาเหต จะท าใหคาความพรนเพมขนตงแต 2% ถง 5% อยางไรกตาม รอยแตกหรอแนวแตก จะมปรมาณทนอยและแคบลงเมอหนอยลกลงไป อนเนองจากน าหนกของหนทวางทบอยขางบนนอกจากนกระบวนการท าลาย ซงหมายรวมทงกระบวนการทางกายภาพและกระบวนการทางเคมจะสงผลใหความพรนของหนอคนและหนแปรเพมมากขน ซงอาจจะถง 30% ถง 60%

2.5.1.3 ความพรนของหนภเขาไฟ (Porosity of volcanic rock)ถงแมวาสวนประกอบทางเคมของหนภเขาไฟและหนอคนระดบลก

อาจจะเหมอนและคลายคลงกน เนองมาจากมตนก าเนดมาจากหนหนดเหมอนกน แตเนองดวยกระบวนการเกดทหนภเขาไฟเกดจากการเยนตวของลาวาอยางรวดเรว ท าใหความพรนของหนอคนสองประเภทนแตกตางกนมาก ประกอบกบการทลาวาขนมาเยนตวอยางรวดเรวทผวดน ท าใหเกดโครงสรางหลาย ๆ ลกษณะ ซงสงผลใหความพรนของหนภเขาไฟมคาสง อาท ชองวางทเกดจากการทฟองอากาศหนออกไป แนวแตกทเกดจากการหดตวของลาวาขณะทมนเยนตว รอยตอระหวางชนของลาวา หรอแมกระทงกรวดทรายแมน าทถกกกเกบอยในลาวา ท าใหความพรนของหนภเขาไฟมมาก อาท หนบะซอลต อาจจะมความพรน 1% ถง 12% ในขณะทหนพมมซ(Pumice) อาจจะมความพรนสงถง 87% แตชองวางทมอยอาจจะไมตอเนองกนกได ส าหรบหนตะกอนภเขาไฟ (Pyroclastic rocks) จะมความพรนสง ซงเปนผลจากการทตะกอนภเขาไฟนถกพนขนไปในอากาศ และกลบตกลงมาสพนอกครง ในลกษณะเชนเดยวกบการเกดหนตะกอน หนเถาภเขาไฟ (Tuff) อาจจะมความพรนระหวาง 14% ถง 40% กระบวนการผพงกอาจจะชวยเสรมใหหนภเขาไฟเหลาน มความพรนสงถง 60% ได

2.5.2 ประสทธภาพในการจายน าและประสทธภาพในการดดคาง (Specific yield andSpecific retention)

ประสทธภาพในการจายน า (Specific yield, $% ) หมายถง อตราสวนของปรมาตรของน าทจายออกมาหรอถกดงออกมาจากหนทอมตวดวยน าดวยอทธพลของแรงโนมถวงโลกตอปรมาตรของหนทงหมด (รปท 2.9) โดยธรรมชาตแลว โมเลกลของน าจะยดตดอยกบผวของเมดตะกอนดวยแรงตงผว แรงโนมถวงของโลกจะพยายามดงน านใหเคลอนทลงตามแรงโนมถวง ซงจะท าใหน าบางสวนไหลซมลงไป อยางไรกตาม น าบางสวนจะคงเหลออยในชองวางเหลาน ซงเปนผลเนองมาจาก แรงดงดดระหวางโมเลกล (Molecular attraction) 2 แบบดวยกนคอ

40

(1) Adhesion ซงเปนแรงดงดดระหวางผวหรอผนงของเมดตะกอนและโมเลกลของน า และ

(2) Cohesion ซงเปนแรงดงดดระหวางโมเลกลของน าทอยใกลเคยงกน

ผลจากแรงดงดดทงสองแบบน จะท าใหยงมน าเหลอตดคางอยในชองวาง ซงแรงโนมถวงของโลกไมมากพอทจะดงออกมาได ปรมาตรของน าทจะเหลอตกคางอยในชองวางนน จะขนอยกบ (ก) ผลรวมของพนผวของชองวาง ซงถามพนผวมาก กจะมน าเหลอตกคางอยคอนขางมาก พจารณาหนทมความพรนเทากน แตมขนาดของเมดตะกอนตางกน หนทมขนาดของเมดตะกอนเลก จะมพนทผวรวมของเมดตะกอนมากกวาพนทผวรวมของเมดตะกอนขนาดใหญ ปรมาณน าตกคางในหนทมเมดตะกอนขนาดเลก กจะมากกวาในหนทมเมดตะกอนขนาดใหญ และ (ข) ขนาดของชองวาง ถาชองวางระหวางเมดตะกอนมขนาดใหญ กจะมน าเหลอตกคางนอย ในขณะทถาชองวางมขนาดเลก กจะมน าตกคางมาก

รปท 2.9 ประสทธภาพในการจายน า (Specific yield) (A) หนทอมตวดวยน า (B) ผลจากแรง โนมถวง ท าใหน าทมปรมาตรหนงหนวยถกดงลงไป สงผลใหระดบทอมตวดวยน าลด ลงไปดวย ประสทธภาพในการจายน ากคอ อตราสวนของปรมาตรของน าทจายออก

มาตอปรมาตรทงหมดของหน (จาก Fetter, 2001)

41

ประสทธภาพในการดดคาง (Specific retention, &% ) หมายถง อตราสวนของปรมาตรของน าทตกคางหรอดดคาง จากอทธพลของแรงโนมถวงตอปรมาตรทงหมดของหน

เนองจากประสทธภาพในการจายน าจะแสดงถงน าทจายออกมาโดยแรงโนมถวง ในขณะทประสทธภาพในการดดคางแสดงถงน าทตกคาง ดงนน ผลรวมของประสทธภาพในการจายน ากบประสทธภาพในการดดคางจงเทากบความพรนทมอยในตวหนนน คอ

$ &# % %= + ………..……………(2.2)

ตวอยางเชน กรวดทอมตวดวยน ามปรมาตร 100 ลบ.ม. สามารถจายน าออกมาได 20 ลบ.ม. และตดคางอย 12 ลบ.ม. แสดงวา กรวดนมประสทธภาพในการจายน าเปน 20%และมประสทธภาพในการดดคาง 12% ความพรนของกรวดนกคอ 32% ตามสมการท 2.2

การหาคาประสทธภาพในการจายน า อาจท าไดในหองปฏบตการ โดยน าตะกอนหรอหนตวอยางทตองการหาคามาท าใหอมตวดวยน า โดยการแชในน า การแชในน าเพอปลอยใหตวอยางอมน า ตองท าชา ๆ และท าจากดานลางขนไป เพอใหน าไลฟองอากาศออกไปดานบน เมอตวอยางอมตวดวยน าแลวกจะปลอยใหน าซมไหลออกจากแทงตวอยางโดยธรรมชาตหรออกนยหนงตามแรงโนมถวง ซงอาจใชเวลานานเปนสปดาหหรอหลายสปดาห อตราสวนของปรมาตรน าทไหลออกกบปรมาตรทงหมดของหนตวอยาง กคอ คาประสทธภาพในการจายน า อยางไรกตาม การหาคาประสทธภาพในการจายน าในหองปฏบตการมขอควรระวงหลายอยางอาท เนองจากใชเวลานาน น าทปลอยจายออกมาอาจมการระเหยออกไป ท าใหคาอาจผดพลาดตลอดจนตองใชเวลานานในการด าเนนการ นอกจากการหาคาในหองปฏบตการแลว ยงสามารถหาคาประสทธภาพในการจายน าไดจากการสบทดสอบ (Pump test) ซงจะไดกลาวตอไปในบทท 4

2.5.3 สมประสทธของการซมได สมประสทธของการจายน า และสมประสทธของการกกเกบน า (Hydraulic conductivity, Transmissivity and Storativity)

ปรมาณของน าบาดาลทถกกกเกบอยในหน จะขนอยกบชองวางทมอยในเนอหนนน ๆ หรออกนยหนงกคอ ความพรนนนเอง แตปรมาณของน าทถกกกเกบนน ไมไดเปนสงทแสดงถงปรมาณของน าทเราสามารถสบน าออกมาใชในระยะเวลาใดเวลาหนง หรอในสภาวะใดสภาวะหนง ปจจยหรอตวการทส าคญทจะเปนตวบงชถงจ านวนหรอปรมาณของน าทสามารถน า

42

ออกมาใชทส าคญ ไดแก สมประสทธของการซมได สมประสทธของการจายน า และสมประสทธของการกกเกบ ซงถอวาเปนคณสมบตทางชลศาสตร (Hydraulic properties) ทส าคญดงน

2.5.3.1 สมประสทธของการซมได (Hydraulic conductivity หรอCoefficient of permeability, ' ) หมายถง อตราการไหลของน าผานวตถตวกลางทมพนทหนาตดหนงหนวย ซงมทศทางตงฉากกบการไหลของน าภายใตลาดชลศาสตร (Hydraulicgradient) หนงหนวย (รปท 2.10) และเขยนในรปสมการได ดงน

!! !!" $ #('

) *+ *,= ………………………………(2.3)

โดยม ' = สมประสทธของการซมได (L/T ; m/d or ft/d) ( = อตราการไหล (L3/T ; m3/d or ft3/d) ) = พนท (L2 ; m2 or ft2)

$*+ *, = ลาดชลศาสตร (L/L ; m/m or ft/ft)

2.5.3.2 สมประสทธของการจายน า (Tranmissivity หรอ Coefficient oftransmissibility, - ) หมายถง อตราการไหลของน าผานชนหนอมน าทมพนทหนาตดหนงหนวยและยาวตลอดความหนาของชนหนอมน า ภายใตความลาดชลศาสตรหนงหนวย (รปท 2.10) และเขยนในรปสมการได ดงน

!! !!=- '. ………………………………(2.4)

โดยท - = สมประสทธของการจายน า (L2/T ; m2/d or ft2/d) ' = สมประสทธของการซมได (L/T ; m/d or ft/d) . = ความหนาของชนหนอมน า (L ; m or ft)

2.5.3.3 สมประสทธของการกกเกบ (Storativity หรอ Storage coefficient,% ) หมายถง ปรมาณของน าซงชนหนอมน าสามารถปลอยออกมาหรอเกบเขาไปไวในตวของมนตอพนทหนาตดหนงหนวย เมอระดบน าลดหรอเพมหนงหนวย (รปท 2.11)

43

ถาพจารณาในเขตทอมตวดวยน า ระดบหรอแทงความสงของน า จะท าใหเกดแรงดน ซงสงผลตอการเรยงตวของเมดตะกอนและโมเลกลของน าทมอยในชองวางเมอระดบแรงดนเพมขน โครงสรางของเมดตะกอนกจะปรบขยายตวใหญขน หรอเมอระดบแรงดนลดลงกจะหดตวเลกลง เพอปรบสภาวะใหสมดลตามธรรมชาต ซงเปนไปตามความยดหยน(Elasticity) ของเมดตะกอน ในท านองเดยวกน เมอแรงดนเพมมากขน โมเลกลของน ากจะเลกลงหรอขยายตวเมอแรงดนลดลง ดงนน ในกรณของชนหนอมน า เมอมการลดลงของระดบน า

รปท 2.10 ความหมายของสมประสทธของการซมได (Hydraulic conductivity) และ สมประสทธของการจายน า (Transmissivity) (จาก Walton, 1970)

บาดาลหรอระดบความดน โครงสรางของชนหนอมน ากจะมการหดตว ท าใหน าถกขบเคลอนออกมา นอกจากน จากการทโมเลกลของน าขยายตวเนองจากแรงดนลดลง กจะเออหนนใหน าถกขบเคลอนออกมาจากชนหนอมน ามากขน พฤตกรรมของเมดตะกอนและโมเลกลของน าทตอบสนองตอการเปลยนแปลงของแรงดนในลกษณะยดหยนเชนน สามารถอธบายความหมายของการกกเกบจ าเพาะ (Specific storage, /% ) ซงหมายถง ปรมาณของน าทถกปลอยออกมาหรอกก

44

เกบเขาไปตอหนงหนวยปรมาตรของชนทอมตวดวยน า เนองมาจากการสนองตอบของเมดตะกอน และโมเลกลของน าตอการเปลยนแปลงระดบความดนหนงหนวย

ในกรณของชนหนอมน ามแรงดน (Confined aquifer) ถงแมวาระดบความดนจะลดลง แตสวนทเปนชนหนอมน าจะยงคงอมตวดวยน าทงหมด (รปท 2.11)คาสมประสทธการกกเกบ ( % ) ของชนหนอ มน ามแรงดน จะมคาเทากบ

/% % .= ………………………………(2.5)

คา /% มมต (Dimension) เปน 1/L และ . ความหนาของชนหนอมน ามมตเปน L ดงนน คา % จงไมมมต (หนวย) น าทงหมดทปลอยออกมาจากชนหนอมน ามแรงดนน ไดจากการปรบตวหรอความยดหยนของเมดตะกอนและโมเลกลของน า และไดน ามาจากตลอดความหนาของชนหนอมน า ปกตจะมคาคอนขางนอย ระหวาง 0.00001-0.001

ในกรณของชนหนอมน าแบบไมมแรงดน (Unconfined aquifer) เนองจากความหนาของสวนทอมตวดวยน า จะขนอยกบปรมาณน าทกกเกบอยในชองวาง เมอระดบน าลดลง น ากจะถกปลอยออกมาจากชองวางโดยแรงโนมถวงของโลก ซงจะขนอยกบประสทธภาพในการจายน า (Specific yield, $% ) ของชนหนอมน าเปนส าคญ รวมทงน าบางสวนกจะถกปลอยออกมาตามคาของการกกเกบจ าเพาะ (Specific storage, /% ) (รปท 2.11) ดงนน ในกรณของชนหนอมน าแบบไมมแรงดน คาสมประสทธของการกกเกบ (Storativity, S) จะมคาเทากบ

$ /% % % .= + ………………………………(2.6)

โดยม . เปนคาความหนาของสวนทอมตวดวยน า

เนองจากคา " #$% จะมคามากกวา /% . มาก ในกรณของชนหนอมน าแบบไมมแรงดนน จงมกถอวาคาสมประสทธของการกกเกบ " #% จะมคาเทากบคาประสทธภาพในการจายน า " #$% คาสมประสทธของการกกเกบ " #% ส าหรบชนหนอมน าแบบไมมแรงดน จะมคาอยระหวาง 0.02 - 0.30 ซงจะเหนวามคาสงกวาในกรณของชนหนอมน าแบบมแรงดนมาก

45

รปท 2.11 ความหมายของสมประสทธของการกกเกบ (Storativity) (จาก Brassington, 1988)

ปรมาตรของน าทถกปลอยออกมาจากชนหนอมน า เมอมการลดของระดบน า หรอระดบความดน สามารถค านวณไดจากสมการ

0" %) += ∆ ………………………………(2.7)

โดยม 0" = ปรมาตรของน าทถกปลอยออกมา (L3 ; m3 or ft3) % = สมประสทธของการกกเกบ (ไมมหนวย) ) = พนทของชนหนอมน าทปลอยน าออกมา (L2 ; m2 or ft2) . +∆ = การเปลยนแปลงของระดบน าหรอระดบความดน (L ; m or ft)

ตวอยาง : ชนหน อมน าไมมแรงดน มคาสมประสทธของการกกเกบ" #% เทากบ 0.13 และมพนทเทากบ 123 ตารางไมล ในชวงฤดแลงระดบน าบาดาลในชนหนอมน านลดลง 5.23 ฟต ค านวณปรมาณน าทถกปลอยออกมาจากชนหนอมน าน

46

จากสมการท (2.7) 0" %) += ∆= 0.13 × 123 mi2 × 2.7878 × 107 ft2/mi2 × 5.23ft= 2.3 × 109ft3

ในท านองเดยวกน ถาเปนชนหนอมน ามแรงดน และมคาสมประสทธของการกกเกบ " #% เทากบ 0.0005 ค านวณการเปลยนแปลงของปรมาณน าทกกเกบในชนหนอมน าน

จากสมการท (2.7) 0" %) += ∆= 0.0005 × 123 mi2 × 2.7878 × 107 ft2/mi2 × 5.23ft= 9.0 × 106ft3

2.5.4 Homogeneity and Isotropyในทางอทกธรณวทยา คณสมบตพนฐานทส าคญ 2 ประการของชนหนอมน า

ไดแก สมประสทธของการซมได " #' และสมประสทธของการกกเกบ " #% ส าหรบความหนาของชนหนอมน ากมความส าคญ เพราะการตอบสนองของชนหนอมน าจะขนอยกบผลคณของคา % !!' % และความหนาของชนหนอมน าเปนส าคญ

Homogeneous unit หมายถง หนวยหนทมคณสมบตเหมอนกนในทกต าแหนง ยกตวอยางเชน หนทรายทเปน Homogeneous unit จะหมายความวา หนทรายนนจะมความพรน ขนาดของเมดทราย ขนาดของการเชอมประสาน และความหนาเหมอน ๆ กนหรอแตกตางกนนอยมากในทกต าแหนง เปนผลใหคา % !!' % มคาเทา ๆ กนในทก ๆ ต าแหนง เชนเดยวกนในกรณของหนอคนหรอหนแปรทมปรมาณรอยแตกและการวางตวของรอยแตกเทา ๆ กนและเหมอนกนในทกต าแหนง เปนตน

Heterogeneous unit หมายถง หนวยหนทมคณสมบตเปลยนแปลงหรอไมเทากนในทกต าแหนง กรณตวอยางเชน (1) การเปลยนแปลงของความหนา หนทรายทมความหนาลดลงในลกษณะเปนลม (Wedge) กจะถอวาเปน Heterogeneous unit ถงแมวาจะมความความพรน คา % !!' % เทากน (2) กรณมชนหนหลายชนตอเนองกน แตละชนมคา % !!' % ทตางกน กจะถอวาเปน Heterogeneous unit ถงแมวาในแตละชนอาจมคณสมบตเปนHomogeneous unit กตาม และ (3) ในชนหนเดยวกนแตมการเปลยนแปลงลกษณะของหน(Facies change) (รปท 2.12)

47

รปท 2.12 ลกษณะของหนทมคณสมบตไมเทากนในทกต าแหนง (Heterogeneous unit) (A) ชนทมการเปลยนแปลงความหนา (B) ชดของชนหนทมคณสมบตตางกน (C) ชนหนทมการเปลยนแปลงลกษณะหน (จาก Fetter, 2001)

Isotropic unit หมายถง หนวยหนทมคณสมบตเหมอนและเทากนในทกทศทาง ในขณะท Anisotropic unit หมายถง หนวยหนทมคณสมบตไมเหมอนและแตกตางกนในบางทศทางหรอทกทศทาง (รปท 2.13)

พจารณารปท 2.14 ซงเปนชนหนอมน า 3 ชนเรยงตวกน ก าหนดใหแตละชนเปน Homogeneous unit (คา ' เทากนในทกต าแหนง) แตมคา ' ในแนวดง " #!' แตกตางกบคา ' ในแนวระนาบ " #+' ซงหมายความวา แตละชนมลกษณะเปน Homogeneous andanisotropic แตเมอชนหนมาเรยงตวอยดวยกน 3 ชน จงมลกษณะเปน Heterogeneous andanisotropic กลาวคอ คา ' ไมเทากนในทกต าแหนง และไมเทากนในทกทศทาง ในกรณนสามารถค านวณหาคาเฉลยคา ' ในแนวระนาบ หรอ %+ 1!2' ไดดงน

%&

#+3 3

+ 1!23

' .'.=

= ∑ ………………………………(2.8)

โดยม %+ 1!2' = คาเฉลยของสมประสทธการซมไดในแนวระนาบ (L/T ; m/d or ft/d)

3' = คาสมประสทธการซมไดในแนวระนาบของชนท 3 (L/T ; m/d or ft/d)

48

3. = ความหนาของชนท 3 (L ; m or ft). = ความหนารวมทงหมดของชนหนอมน า (L ; m or ft)

คาเฉลย ' ในแนวดง หรอ %! 1!2' สามารถค านวณได ดงน

%

&

! 1!2 #3

3 !3

.'.'=

=∑

………………………………(2.9)

โดยม %! 1!2' = คาเฉลยของสมประสทธการซมไดในแนวดง (L/T ; m/d or ft/d)

!3' = คาสมประสทธการซมไดในแนวดงของชนท 3 (L/T ; m/d or ft/d)

3. = ความหนาของชนท 3 (L ; m or ft). = ความหนารวมทงหมดของชนหนอมน า (L ; m or ft)

Isotropic AnisotropicA B

''

รปท 2.13 Isotropic และ Anisotropic units (จาก Fetter, 2001)

49

&'

''('

&.

'.(.

4

!

รปท 2.14 ชนหนอมน าทมคณสมบตเปน Heterogeneous and anisotropic (จาก Fetter, 2001)

2.5.5 คณสมบตของการใหน าของหน (Water yielding properties of rocks)คณสมบตของการใหน าของหนชนดตาง ๆ สามารถแยกอธบายไดเปน 2 กลม

ใหญ ขนอยกบการแบงชนดของหนในทางธรณวทยา กลาวคอ หนทยงไมแขงตว หรอหนรวน(Unconsolidated rocks) และหนทแขงตวแลว (Consolidated rocks)

2.5.5.1 หนทยงไมแขงตว (Unconsolidated rocks)โดยปกตแลว หนทยงไมแขงตว พวกทราย กรวด จะเปนชนหนอม

น าทส าคญทสด ซงอาจจะถง 90% ของแหลงน าบาดาลทงหมดทใชในปจจบนน ส าหรบชนหนอมน าในกลมน อาจจะแบงไดเปน 4 พวกใหญ ๆ ตามลกษณะการเกดของมน ดงน

(ก) ตะกอนธารน าปจจบน หมายถง ตะกอนซงตกทบถมอยตามทราบลมน าหลากของแมน า ล าธารปจจบน โดยปกตแลว ถาเปนพวกทมขนาดใหญและมสมประสทธของการซมไดสง เชน พวกทราย กรวด มกจะเปนชนหนอมน าทดมาก แตถาเปนพวกทมขนาดเลก เชน พวกทรายแปง ดนเหนยว ทรายละเอยด กอาจจะไมใหน าเปนปรมาณมาก

50

(ข) ตะกอนธารน าเกา หมายถง ตะกอนธารน าของทางน าเกา ปกตจะมความหนาและแผกระจายกวางกวาตะกอนธารน าปจจบน อยางไรกตาม ถงแมวาพวกนจะมคณสมบตในการใหน าดเทา ๆ กบพวกตะกอนธารน าปจจบน (ขอ ก) แตจะเสยเปรยบในดานปรมาณของน าทลงไปเพมเตม (Recharge) ทงน เพราะวาในสวนของตะกอนธารน าปจจบน จะมแมน าไหลผาน ท าใหสามารถไดรบน าลงไปเพมเตมจากแมน า ดงนน จงตองระมดระวงการใชน าจากตะกอนธารน าเกาใหมากกวาแบบทเปนตะกอนธารน าปจจบน

(ค) ตะกอนตามหบเขา หมายถง ตะกอนทอยตามหบเขา ซงสวนใหญจะเปนผลมาจากการผพงท าลายของหนทประกอบตวเปนภเขาในบรเวณขางเคยง สวนใหญจะเปนพวกทรายและกรวด ซงมกจะเปนชนหนอมน าทดอนหนง แตเมอเปรยบเทยบกบตะกอนธารน า ทงขอ ก และขอ ข ขางตนแลว มกจะมคณสมบตของการใหน าต ากวา เนองจากการคดขนาดไมคอยด

(ง) ตะกอนชายหาด หมายถง กรวด ทราย ทถกพดพามาและสะสมตว โดยคลนจากทะเล มกจะมขนาดเลกและอมน าเคม บรเวณทเปนหาดทราย หรอสนทรายรมฝงมกจะมน าจดอยตอนบน โดยมน าเคมรองหนนอยตอนลาง การเจาะพฒนาน าบาดาลในบรเวณนจงตองระมดระวงในเรองของน ากรอยและน าเคม

2.5.5.2 หนตะกอน (Sedimentary rocks)(ก) หนทรายและหนกรวดมน ปกตจะมความพรนนอยกวาพวก

กรวดและทราย ทงน เนองมาจากการเชอมประสานของเมดกรวดและทราย น าทไดจากหนทรายและหนกรวดมน อาจจะมาจากชองวางปฐมภม ในกรณทหนนนถกเชอมประสานเปนบางสวนแตน าทไดในลกษณะน มกจะมปรมาณนอย พวกทใหน ามาก จะเปนน าทไดจากชองวางทตยภมกลาวคอ เปนผลเนองมาจากรอยแตก รอยแยกตาง ๆ โดยทวไปแลว ความสามารถในการใหน าจะนอยกวาหนทยงไมแขงตว

(ข) หนปนและโดโลไมต โดยคณสมบตตามธรรมชาตแลว หนปนและโดโลไมต เปนหนทมความพรนนอยมาก เนองจากเปนพวกทเกดจากการตกผลก ซงมขนาดเลก เพราะฉะนน พวกหนปนและโดโลไมตทจะเปนชนหนอมน าทดไดนน มกจะไดน าจากพวกชองวางทตยภม โดยเฉพาะอยางยง พวกโพรง (Solution opening) ตาง ๆ โดยการทน าบาดาลเขาไปละลายบางสวนของตวมนเองออกมากลายเปนชองวางใหญโต โดยปกต โพรงนมกจะไมมรปแบบทแนนอน ทงในแนวระนาบและแนวดง ซงท าใหยากตอการส ารวจเจาะหาสวนทใหน าบาดาลทด และจ าเปนทตองศกษาถงรปแบบของการวางตวของโพรงตาง ๆ ใหด ในบรเวณใกล ๆ

51

กน บอหนงอาจจะไดน าเปนปรมาณมากถาเจาะผานโพรง แตอกบอหนงอาจจะไมไดน าเลย ถาเจาะไมผานโพรงดงกลาว (รปท 2.15)

ในชนหนอมน าประเภทน สวนทอาจจะใหน าเปนปรมาณสง อาจจะไดจากรอยตอของระนาบชนหน (Bedding planes) ทงน เพราะจะเปนแนวทงายตอการทจะละลายเปนชองวางขนาดใหญ น าทไดจากหนปน โดโลไมตและเกลอจด (ยปซม) มกจะเปนน าทมความกระดาง (Hardness) สง

รปท 2.15 ลกษณะของโพรงในบรเวณหนปน (จาก Davies and De Weist, 1967)

2.5.5.3! หนอคน (Igneous rocks) โดยปกตแลวหนอคนมกจะเปนชนหนอมน าทเลว เนองจากสภาพและคณสมบตตามธรรมชาตของการเกดของมน แตกอาจมบางพวกทอาจเปนชนหนอมน าทดได

(ก) บะซอลต อาจจะเปนชนหนอมน าทดได กลาวคอ มความพรนและความซมไดสง ทงน ขนอยกบกระบวนการทางธรณวทยาทควบคมการเกดของมน ถาเปนพวกทมขนาดเลกหรอเนอแนน พวกนกมกจะเปนชนหนอมน าทเลว แตถาเปนพวกทมชองวางหรอรพรนมาก หรอทเรยกวา Vesicular basalts ซงมชองวางมากและถาชองวางเหลานมการตดตอซงกนและกนด กจะเปนชนหนอมน าทดมาก นอกจากน คณสมบตของการใหน าของหนเหลาน จะขนอยกบปรมาณของรอยแตก ซงเกดจากการเยนตว ซงโดยปกตแลวมกจะพบอยเปน

52

จ านวนมากตามธรรมชาตของการเกด คณภาพของน าในชนหนอมน าพวกน มกจะอยในเกณฑทดเนองจากแรธาตตาง ๆ ทประกอบเปนหนบะซอลตน เชน เฟลสปาร ไพรอกซน และโอลวน และอน ๆ มกจะเปนพวกทละลายน าไดยาก

(ข) แกรนต โดยคณสมบตตามธรรมชาตของหนแกรนตแลว มกจะเปนชนหนอมน าทเลว โดยเฉพาะอยางยง พวกทเปนหนทสดหรอพวกทวางตวอยขางลาง หรอรองรบหนอน ในกรณทหนแกรนตนผานกระบวนการผพงท าลายมาแลว สวนทผพงนกอาจจะใหน าไดเปนปรมาณพอสมควรแตไมมากนก สวนทผอาจจะลกไดถง 30 เมตร แตปกตไมเกน 100เมตร นอกจากน สวนทมรอยแตกหรอรอยแยกกอาจจะชวยใหไดน ามากขน

โดยปกต คณสมบตของการใหน าของหนอคนทเยนตวภายใตผวโลก และหนแปรจะมประสทธภาพลดลงเมอเทยบกบความลก

2.5.5.4! หนแปร (Metamorphic rocks) ความหวงทจะไดน าบาดาลจากบรเวณทเปนหนแปรมกจะมนอย ไมวาหนแปรนนจะเปนพวกควอรตไซต หนออน หนชนวน หนชสต หรอหนฟลไลตกตาม นอกจากจะไมคอยใหน าแลว พวกนสวนใหญยงมกจะแขง และยากตอการเจาะ ในบางกรณหนแปรอาจจะใหน าไดบาง ซงสวนใหญจะไดจากบรเวณทผพงหรอผานกระบวนการผพงท าลายมาแลวอยางไรกตาม สวนทผในหนแปรมกจะอยทระดบความลก 1-15 เมตร ถงแมบางกรณอาจจะลกถง100 เมตร แรประกอบหนแปรทมน าอยในโครงสราง (Hydrated minerals) มกจะผพงไดงายอาจจะใหความพรนสง ความพรนจะสงสดทความลกราว 12-15 เมตร ในขณะทตอนบน ๆ จะไมสงมาก ทงน เพราะวามพวกแรดนเหนยว ซงเปนตะกอนมขนาดเลกมาก และมอยเปนจ านวนมากจะไปเปนตวลดความพรนในสวนนเอง

ตารางเปรยบเทยบแสดงคณสมบตของการใหน าของหนชนดตาง ๆแสดงไวในตารางท 2.2 จากตารางจะเหนวา หนทมคาความพรนสงไมจ าเปนตองเปนหนทมคณสมบตในการใหน าทสง หรอเปนชนหนอมน าทดเสมอไป คาสมประสทธของการซมไดจะเปนตวบงชถงคณสมบตของการใหน าไดดกวาคาของความพรน

2.6 น าพ (Springs)น าพ หมายถง น าบาดาลทไหลโผลขนมาทผวดน มลกษณะเปนน าไหลตอ

เนอง ในขณะทน าซบ (Seepages) หมายถง น าบาดาลทไหลซมโผลขนมาทผวดน บรเวณทน าซบโผล มกจะเปนทชนแฉะตลอดป อาจแบงน าพเปน 2 ประเภทตามกระบวนการเกด ไดแก

53

ตารางท 2.2 คณสมบตในการใหน าของหนทว ๆ ไป

สมประสทธการซมได (K) ความพรนคาสงสด กรวดคดขนาดด ดนเหนยว

หนบะซอลตเนอพรน ทรายละเอยดหนปนมโพรง ทรายคดขนาดดทรายและกรวดคดขนาดไมด ทรายและกรวดคดขนาดไมดหนทราย กรวดหนอคนทแตกหก หนทรายดนเหนยว หนบะซอลตเนอพรนหนอคนเนอแนน หนปนมโพรง

หนอคนทแตกหกคาต าสด หนอคนเนอแนน

(1) น าพทเปนผลเนองมาจากแรงโนมถวง (Gravitational forces springs) ซงเกดจากการเคลอนทของน าบาดาลตามแรงดนน า และไหลโผลขนมาทผวดนทมสภาพธรณทเหมาะสม

(2) น าพทไมไดเปนผลเนองมาจากแรงโนมถวง (Non-gravitational forcessprings) สวนใหญสมพนธกบหนอคนหรอรอยแตก รอยเลอนทระดบความลกมาก อาท น าพรอน

น าพทเปนผลเนองมาจากแรงโนมถวง อาจจะแบงยอยไดอกหลายลกษณะ ขนอยกบลกษณะของธรณทเออหนน (รปท 2.16) บรเวณทต าและระดบน าบาดาลตดหรอโผลขนทผวดน กจะใหน าพทเรยกวา Depression spring น าพบรเวณรอยตอของหนซงมคณสมบตของความซมไดแตกตางกน จะใหน าพทเรยกวา Contact spring นอกจากนยงม Fault spring,Sinkhole spring, Joint or Fracture spring ปรมาณของน าพอาจจะมปรมาณสงมาก ๆ โดยเฉพาะในบรเวณภมประเทศแบบคาสต (Karst terrain) ของพวกหนปน โดโลไมต ซงมกจะเปนโพรงน าขนาดใหญ โดยทวไป ปรมาณน าพทไหลออกมาจะแปรเปลยนไปกบเวลาหรอฤดกาลขนอยกบปรมาณของน าทไปเพมเตม น าพบางแหลงจะไหลตลอดป ในขณะทบางแหลงจะไมไหลตลอดป

54

รปท 2.16 ลกษณะของน าพและสภาพธรณทเกอหนนใหเกดน าพ (จาก Fetter, 2001)

น าพอกประเภทหนงซงไมไดเปนผลเนองมาจากแรงโนมถวงของโลก ไดแกน าพรอน (Thermal or Hot springs) ซงปกตจะมอณหภมของน าสงกวาน าบาดาลในพนทน าพรอนจะมเกลอแรละลายอยมากกวาน าบาดาล (Highly mineralized) น าพรอนจะพบสมพนธกบหนอคนและสมพนธกบบรเวณทม คาการเปลยนแปลงอณหภมตามความลก (Geothermalgradient) ทมคาสงกวาปกต น าบาดาลจะไหลลงไปตามรอยแตกรอยเลอนทมอยลกลงไป ปกตทความลกตงแต 1,500 ถง 3,000 เมตร น าบาดาลทเยนนจะไดรบความรอนจากคลนความรอนทไดจากหนหนดทอยดานลางหรอลกลงไป อณหภมและความดนของน าบาดาลทรอนขนน กจะไหลวน (Convection current) กลบขนสผวดนตามรอยแตกหรอชองวางทมอยในหน ในลกษณะของน าพรอน อณหภมของน าพรอนทผวดนจะแตกตางกนออกไป อาจจะเปนเพยงน าทอนหรอน าทรอนจดถงจดเดอด ทงน จะขนอยกบอณหภมของแหลงความรอน (Heat source) ทอยลกลงไปเปนส าคญ ถาเรมตนน าบาดาลทผวดนทอณหภม 25 องศาเซลเซยส และบรเวณนนม Geothermal

55

gradient เทากบ 40 องศาเซลเซยสตอกโลเมตร (คาปกตจะอยประมาณ 30 องศาเซลเซยสตอกโลเมตร) ถาน าบาดาลไหลลกลงไป 1 กโลเมตร อณหภมของน ากจะเพมขนเปน 65 องศาเซลเซยส และเมอน านไหลวนกลบขนมาสผวดน กจะไดน าพทอณหภม 40-60 องศาเซลเซยสไดอณหภมทลดลงไปกเปนเพราะมการผสมของน าบาดาลทเยนทใกลผวดน และตวน ารอนเองกอาจจะสญเสยความรอนระหวางทางทไหลวนกลบขนมา (รปท 2.17)

รปท 2.17 ลกษณะการเกดของน าพรอน (Hot springs) (จาก Todd, 1980)

น าพรอนเปนปรากฏการณทางธรณทบงชในเบองตนวาม แหลงพลงงานความรอนใตพภพ (Geothermal energy) กกเกบสะสมตวอย ซงพลงงานนถามคาความรอนและปรมาณน ารอน ไอน ารอนสง กจะสามารถพฒนาน าขนมาใชประโยชนเพอการผลตกระแสไฟฟาใชเพอการเกษตร อตสาหกรรม แหลงทองเทยว และเพอการบ าบดสขภาพได โดยมน ารอนหรอไอน ารอนเปนตวกลางในการน าพลงงานความรอนนขนมาจากภายในโลก

2.7 การเปลยนแปลงของระดบน าบาดาล (Water table fluctuation)ระดบของน าบาดาลในชนหนอมน าไมมแรงดนหรอระดบความดนในชนหน

อมน ามแรงดนกตาม จะเปนตวบงบอกใหทราบถงระดบความดนทเกดขนในตวชนหนอมน านน ๆ ดงนน ถามสาเหตใด ๆ กตามทท าใหความดนของชนหนอมน านนเปลยนแปลงไป กจะ

56

เปนผลท าใหระดบน าบาดาลในชนหนอมน านน ๆ เปลยนแปลงไป การเปลยนแปลงความดนของชนหนอมน านน อาจจะมสาเหตหลายอยาง เปนตนวา การเปลยนแปลงของปรมาณน าทกกเกบ กลาวคอ อตราการสบน าออกมาใชมากกวาอตราทน าเขาไปเพมเตมชนหนอมน า

การศกษาการเปลยนแปลงของระดบน าในชนหนอมน า กระท าไดโดยสงเกตจากระดบน าในบอทเจาะผานชนหนอมน านน ๆ ขอมลของการเปลยนแปลงของระดบน าในชนหนอมน าใด ๆ จะเปนสงทชวยใหการวางแผนพฒนาการน าน าบาดาลจากชนหนอมน านน ๆ เปนไปอยางมประสทธภาพยงขน

การเปลยนแปลงระดบน าบาดาล อาจมสาเหตจากหลาย ๆ กรณ ดงน(1) การเปลยนแปลงตามระยะเวลาและฤดกาล (Secular and Seasonal

variations) หมายถง การเปลยนแปลงในระดบน าทเกดขนตามฤดกาล และสวนใหญจะใชระยะเวลานานในการเกดการเปลยนแปลงน ตวอยางเชน ในแตละปปรมาณฝนตกอาจจะไมเทากน เชนปนฝนตกมากกวาปกต ระดบน ากสงมากกวาปกต ปหนาอาจจะตกนอย ระดบน ากลด ปถดไปอาจจะตกนอยลงอก ระดบน ากยงลดลงอก แตปถดไปอาจจะตกมากขนตามปกต ระดบน ากจะคอย ๆ กลบตวสระดบปกต ทงนโดยมปรมาณหรออตราการสบน าออกจากชนหนอมน าในแตละปเทา ๆ กน การเปลยนแปลงระดบน าในกรณน เรยกวา การเปลยนแปลงตามระยะเวลาและฤดกาล ในแตละปกอาจจะมการเปลยนแปลงของระดบน า ซงขนอยกบฤดกาล เชน ฤดรอน ระดบน าจะต าและฤดฝน ระดบน าจะสงขน เปนตน (รปท 2.18)

ในกรณทเกดน าทวม ระดบน าในทางน าจะสงขนมาก ท าใหน าบางสวนไหลซมเขาไปกกเกบอยบรเวณฝงของทางน าและยาวตลอดทางน า เรยกน าทซมไหลเขาไปกกเกบทฝงของทางน านวา Bank storage ซงจะมสวนไหลซมลงไปเพมเตมใหกบน าบาดาล (Recharge)(รปท 2.19)

ในบางกรณ เชน ในบรเวณทมการสบน าขนมาใชมากเกนกวาปรมาณน าทลงไปเพมเตมใหกบแหลงกกเกบ ระดบน ากอาจจะลดลงเรอย ๆ ทง ๆ ทปรมาณฝนตกกอาจจะเปนไปตามปกต ถาลกษณะแบบนเกดขน กควรจะสงวรณไววาปรมาณของน าทเราดดสบขนมาใชจากชนหนอมน ามากเกนไป และสมควรทจะมการเปลยนแปลงหรอปรบอตราการสบน าขนมาใชใหม ไมเชนนนน าบาดาลกอาจจะหมดไปจากชนหนอมน านนได

(2) การเปลยนแปลงเนองจากน าผวดน โดยทว ๆ ไป อาจแบงทางน าออกไดเปน 2 พวกใหญ (รปท 2.20) ขนอยกบความสมพนธระหวางระดบของน าในทางน านน ๆ กบระดบของน าบาดาลในบรเวณนน ดงนคอ

57

รปท 2.18 การเปลยนแปลงของระดบน าบาดาลตามฤดกาล (จาก Todd, 1980)

รปท 2.19 Bank storage เมอเกดน าทวมและการไหลซมลงไปเพมเตมใหกบน าบาดาล จาก (Winter, et al., 1998)

58

รปท 2.20 ระดบน าบาดาลทสมพนธกบระดบน าของทางน า (a) Losing stream และ (b) Gaining stream (จาก Todd, 1980)

ก. Losing stream ไดแก ทางน าทมระดบน าของมนเองสงกวาระดบน าบาดาล จงสญเสยน าบางสวนใหกบน าบาดาล หรอกลาวอกนยหนง น าบาดาลหรอชนหนอมน าไดรบน าเพมเตมจากทางน าน ระดบน าบาดาลหรอการเปลยนแปลงของมนกจะขนอยกบระดบน าและปรมาณของน าในทางน านน ๆ ในหนาน าระดบของแมน าสงขน กจะท าใหระดบของน าบาดาลสงขนดวย ในชวงทระดบน าในทางน าต า ระดบของน าบาดาลกจะต าไปดวย

ข. Gaining stream ไดแก ทางน าทมระดบน าต ากวาระดบของน าบาดาล จงไดรบน าบาดาลบางสวนเขามา หรออกนยหนง ชนหนอมน าหรอน าบาดาลจะสญเสยน าบางสวนใหกบทางน านน ระดบน าบาดาลจะไมขนอยกบระดบน าโดยตรง แตจะมผลท าใหเกดการเปลยนแปลงบาง กลาวคอ ถาระดบน าในทางน าต า ปรมาณของน าบาดาลทไหลลงสทางน าอาจจะสงขนกวาปกต ท าใหระดบน าบาดาลลดลงไปไดบาง

(3) การเปลยนแปลงเนองมาจากการระเหยและการคายน า การเปลยนแปลงของระดบน าบาดาลซงเปนผลมาจากการระเหยและการคายน านน ปกตจะมนอยมาก มกจะมผลเฉพาะในชนหนอมน าไมมแรงดนทมระดบน าอยใกล ๆ กบผวดน กลาวคอ โดยทวไปไมเกน1.5 เมตร ถาลกกวานนการเปลยนแปลงของน าบาดาลเนองจากการระเหยและการคายน ามกจะไม

59

เกดขน ส าหรบในชนหนอมน ามแรงดน การเกดการระเหยและการคายน าจะไมมผลตอการเปลยนแปลงของระดบน าบาดาล

(4) การเปลยนแปลงเนองมาจากสาเหตทางอตนยมวทยา ไดแกก. ความดนบรรยากาศ (Atmospheric pressure) การเปลยนแปลง

ความดนบรรยากาศจะไมมผลตอการเปลยนแปลงของระดบน าในชนหนอมน าอสระ แตจะมผลตอชนหนอมน ากกขง กลาวคอ ถาความดนบรรยากาศลดลงจะเปนผลใหระดบน าสงขน และถาความดนบรรยากาศเพมขน จะเปนผลท าใหระดบน าลดต าลง ซงพจารณาได ดงน

พจารณาทขอบดานบนของชนหนอมน ามแรงดน (รปท 2.21) สมดลของแรง สามารถเขยนเปนสมการได ดงน

1 5 67 7 /∆ = ∆ + ∆ ………………………………(2.10)

โดยม 17∆ = การเปลยนแปลงของความดนบรรยากาศ (Atmospheric pressure)

57∆ = การเปลยนแปลงความดนของน า (Hydrostatic pressure)

6/∆ = การเปลยนแปลงของแรงบบอด (Compressive stress)

รปท 2.21 สมดลของแรงบรเวณขอบดานบนของชนหนอมน ามแรงดน (จาก Todd, 1980)

60

ถาพจารณาจากรป 2.22(a) ในกรณของบอเจาะผานชนหนอมน ามแรงดนดงกลาว จะได

)5 17 7 +γ= ………………………………(2.11)

โดยม γ = น าหนกจ าเพาะ (Specific weight) ของน า และถาใหความดนบรรยากาศเพมขนเทากบ 17∆ จะได

*5 5 1 17 7 7 7 +γ+ ∆ = + ∆ + ………………………………(2.12)ซงแสดงในรป 2.22(b)

แทนคา wp จากสมการ (2.11) ในสมการท (2.12) จะได " + #5 17 7 + +γ ′∆ = ∆ + ………………………………(2.13)

จากสมการ (2.10) จะเหนไดวา 1 57 7∆ > ∆ ดงนน สมการท (2.13) จะเปนจรงไดกตอเมอ " + #+ +′ มคาเปน (-) และคา " + #+ +′ จะเปน (-) ได กตองมคา + มากกวา +′ซงแสดงวา +′ นอยกวา + นนคอ ในกรณทความดนเพม ระดบน าจะลดลง

รปท 2.22 ผลกระทบของความดนบรรยากาศตอระดบน าในบอทเจาะผานชนหนอมน ามแรงดน (จาก Todd, 1980)

61

ในกรณของชนหนอมน าไมมแรงดน เนองจากการเปลยนแปลงของความดนบรรยากาศ จะมผลโดยตรงตอระดบน าทงในบอน าและในชนหนอมน านน ๆ ระดบน าในบอจงไมมการเปลยนแปลงเกดขน

ข. ความเรวของลม การเปลยนแปลงซงเปนผลเนองมาจากลมน จะมคานอยมากและไมคอยส าคญ การเปลยนแปลงจะเกดขนเมอมลมแรง ๆ พดผานบอน าบาดาล ซงจะท าใหความดนของอากาศในบอลดลงทนท และเปนผลใหระดบน าในบอสงขนบางเลกนอยเมอลมนพดผาน ระดบความดนกกลบคนสสภาพปกต ระดบน ากจะคนสต าแหนงเดม

ค. ปรมาณของน าฝน โดยปกตเมอฝนตกมากระดบน ากจะสง ฝนตกนอยระดบน ากลดลง แตการเปลยนแปลงของระดบน าอาจจะไมเกดขนทนททนใด อาจจะใชระยะเวลาหนงกอนทการเปลยนแปลงจะเกดขน โดยหลกการแลว ปรมาณน าฝนจะไมใชตวชทสงผลกระทบทชดเจนหรอโดยตรงตอระดบน า แตจะขนอยกบปรมาณน าฝนสวนทซมผานลงไปเพมเตม (Recharge) มากกวา

(5) การเปลยนแปลงเนองจากน าขนน าลง น าหนกภายนอก และแผนดนไหวก. น าขนน าลง สามารถแยกออกเปน 2 ประเภท คอ Earth tide และ

Ocean tide ส าหรบ Earth tide ซงเกดจากแรงดงดดระหวางโลก ดวงจนทร และดวงอาทตย มผลท าใหชนหนอมน าเกดการหดตวหรอขยายตวไดบาง ซงจะมผลตอระดบน าไดดวยแตไมมาก และเกดไดกบชนหนอมน าทก ๆ แหง ไมจ าเปนตองเปนชนหนอมน าทอยตดกบทะเลและมหาสมทรส าหรบ Ocean tide จะมผลตอเฉพาะชนหนอมน าทอยตดกบทะเลและมหาสมทรเทานน (ดงรปท 2.23)

ข. น าหนกภายนอก สวนใหญจะมผลตอการเปลยนแปลงของระดบน าในชนหนอมน ามแรงดน เนองจากการเปลยนแปลงน าหนกจากขางนอก จะมผลตอการเปลยนแปลงความดนในตวชนหนอมน าเอง โดยพจารณาจากรปท 2.24

จะเหนไดวา เมอมน าหนกมากดทบอย ความดนทกระท าตอชนหนอมน าจะเพมขน ซงโมเลกลของน าและของแขงทเปนโครงสรางของชนหนอมน า ตองรบแรงเพมขนเมอถงจดทความดนน าเพมมากขน น าทกกเกบอยกจะเคลอนทออกไปจากต าแหนงทน าหนกกดทบอย ท าใหความดนทกดทบสวนทเปนของแขงของโครงสรางของชนหนอมน าเพมมากขน กจะเกดการหดตวของชนหนอมน าขน เมอน าหนกทกดทบอยถกเคลอนยายออกไป ความดนทกดทบบนสวนทเปนของแขงกลดลง ชนหนอมน ากจะกลบคนตว ในขณะทน ากจะเรมเคลอนกลบมายงต าแหนงเดมของมน

62

รปท 2.23 การเปลยนแปลงของระดบน าเนองจากน าขนน าลง (จาก Todd, 1980)

รปท 2.24 ผลกระทบตอชนหนอมน าและระดบน าในชนหนอมน ามแรงดน เมอมน าหนก ภายนอกมากดทบ (จาก Todd, 1980)

63

ค. แผนดนไหว ซงอาจมผลท าใหระดบน าในบอเกดการเปลยนแปลงไดอยางทนททนใด ทงน เปนผลเนองมาจากการหดตวและการคนตวของชนหนอมน า อนเปนผลเนองมาจากคลนแผนดนไหวนนเอง (รปท 2.25)

รปท 2.25 การเปลยนแปลงระดบน าเนองจากแผนดนไหว (จาก Todd, 1980)

(6) การเปลยนแปลงเนองมาจากการขยายตวของชมชน การขยายตวของชมชน (Urbanization) ซงหมายถง การขยายตวของอาคาร สงกอสราง ถนน และอน ๆ ท าใหสงผลตอปรมาณน าทจะไหลซมลงไปเพมเตมใหกบน าบาดาลลดลง ในขณะทมการเพมปรมาณการใชน ามากขนตามการขยายตว โดยทวไปแลว การขยายตวของชมชน จะสงผลใหระดบน าบาดาลลดลง (รปท 2.26) เนองจาก

ก. ลดปรมาณน าทจะลงไปเพมเตม (Recharge) เนองจากสงกอสรางตาง ๆข. เพมปรมาณการสบน าขนมาใชค. ระบบน าเสยท าใหปรมาณน าเสยซงเดมเคยไหลซมลงไปเพมเตมให

กบแหลงน าบาดาล มปรมาณลดลง

64

รปท 2.26 การลดลงของระดบน าบาดาลเนองจากการขยายตวของชมชน (จาก Todd, 1980)

2.8 แผนดนทรด (Land subsidence)ในชนหนอมน ามแรงดน (Confined aquifer) ถามการสบน าขนมาใชมากเกน

ไป จะสงผลใหระดบแรงดนน า (Potentiometric surface) ลดต าลง และกอใหเกดปญหาแผนดนทรดตามมา ปญหาแผนดนทรดเนองมาจากการสบน ามาใชมากเกนไป เกดขนในเมองใหญในหลาย ๆ ประเทศ เชน ใน San Jose, California หรอแมกระทงในกรงเทพมหานคร ซงมรายงานการทรดตวของแผนดนในอตรา 0.5-5 เซนตเมตรตอป และอน ๆ (ตารางท 2.3)

พจารณารปท 2.27 ณ ต าแหนงใดต าแหนงหนงในชนหนอมน าใตระดบน าบาดาลลงไป สภาวะสมดลทเกดขนสามารถเขยนเปนสมการได ดงน

- 8σ σ ρ= + ………………………………(2.14)

โดยม -σ = Total stress (แรงทเกดจากน าหนกของน าบวกกบน าหนกของหนท

อยเหนอต าแหนงนน) 8σ = Effective stress (แรงทกระท าตอเมดตะกอนหรอโครงสรางในสวน

ทเปนของแขงของชนหนอมน า) ρ = Pore fluid stress (แรงทกระท าตอน าซงอยในชองวางของหน)

ตารางท 2.3 บรเวณทเกดแผนดนทรด เนองมาจากการสบน าบาดาลขนมามากเกนไป (จาก Todd, 1980)

พนท ลกษณะตะกอน/อาย ความลกของชนทถกบบอด, ม.

ปรมาณการทรดมากทสด, ม.

พนทททรดตร.กม.

ชวงเวลาทเกด

JapanOsaka Alluvial and shallow marine ; Quaternary 10-400 3 190 1928-1968Tokyo As above 10-400 4 190 1920-1970

MexicoMexico City Alluvial and lacustrine ; Late Cenozoic 10-50 9 130 1938-1970

TaiwanTaipei basin Alluvial and lacustrine ; Quaternary 10-240 1.3 130 1961-1969

United statesArizona, central Alluvial and lacustrine ; Late Cenozoic 10-550 23 650 1948-1967Santa Clara Valley Alluvial and shallow marine ; Late Cenozoic 55-300 4 650 1920-1970Las Vegas Alluvial ; Late Cenozoic 60-300 1 500 1935-1963

66

ในกรณทมชนหนอมน าไมมแรงดน วางตวอยบนชนหนอมน ามแรงดน โดยมชนหนตานน า (Aquitard) ท าหนาทเปนชนหนกนน า (Confining bed) ตลอดจนแทรกสลบอยในชนหนอมน ามแรงดน พจารณาทรอยตอระหวางชนหนอมน ากบชนหนตานน า จะเหนวาสภาวะสมดลของแรงเปนไปตามสมการท (2.14)

พจารณารปท 2.28 เมอมการสบน าออกจากชนหนอมน ามแรงดน น าบาดาลทถกสบขนมาหรอปลอยออกมาจากชนหนอมน า จะท าใหปรมาณน าทชวยรบแรงทมากระท าลดนอยลง หรออกนยหนง Fluid stress " #ρ ลดลง ในขณะทแรงทมากระท าทงหมด (Total stress,-σ ) ยงเทาเดม จงเปนภาระทเมดตะกอนจะตองรบแรงมากขน หรออกนยหนง Effective stress" #8σ เพมมากขน ท าใหชนหนอมน าเกดการบบอดตว (Compression) และเนองจากโดยปกตชนหนตานน า มกจะเปนพวกชนดนเหนยว ซงสามารถถกบบอดไดงายกวาชนหนอมน า ซงสวนใหญจะเปนพวกชนหนทราย ซงมโครงสรางทถกบบอดไดยากกวาชนดนเหนยว เมอรบแรงมาก

รปท 2.27 สภาวะสมดลของแรงทเกดขน ณ ต าแหนงตาง ๆ ในชนหนอมน า (จาก Galloway et al., 2000)

67

รปท 2.28 การลดของระดบความดนน าเปลยนแปลงสภาวะสมดลและท าใหเกดการทรดตว ของแผนดน (จาก Galloway et al., 2000)

ขนและถกบบอด จะท าใหความพรนหรอจ านวนชองวางทมอยลดนอยลง (รปท 2.29) น าจะถกบบอดออกมาไหลเขาสชนหนอมน าทลอมรอบอย ปรมาตรของน าทถกบบออกไปจากชนดนเหนยวจะเทากบปรมาตรทลดลงของชนดนเหนยว ซงจะเทากบปรมาตรของดนทมการทรดตวในท านองเดยวกน ความหนาทลดลงของชนดนเหนยวกจะเทากบความหนาของดนททรดตวลงในแนวดง ปรมาตรทชนดนเหนยวถกบบอดหรอถกอดแนน (Compaction) จะขนอยกบความหนา ความสามารถในการซมได " #' ขนอยกบเวลาและขนาดของการลดลงของระดบความดนน า และโครงสรางของดนเหนยวเปนส าคญ ในขณะทในชนหนอมน าทโครงสรางเปนตะกอน พวกกรวด ทราย การบบอดของเมดตะกอนเกดไดยาก Effective stress " #8σ ทเพมขนจะไมสงผลตอชนหนอมน า จะเหนไดวา การทรดตวของแผนดนจะเปนผลเนองมาจากชนดนเหนยว หรอชนหนทมขนาดเมดตะกอนละเอยดเปนส าคญ เนองจากถกบบอดไดงาย ไมไดมสาเหตมาจากชนหนอมน าซงมขนาดของเมดตะกอนใหญกวาและถกบบอดแนนไดยากกวา

68

จะเหนไดวา สาเหตหลกของแผนดนทรดมาจากการสบน าบาดาลขนมาใชมากเกนไป ดงนน การปองกนแผนดนทรดทดทสดกคอ การลดปรมาณการสบ และเปดโอกาสใหชนหนอมน าไดมโอกาสรบน าจากน าฝนทซมลงไปเพมเตมใหกบชนหนอมน า (Recharge)การทมน าลงไปเพมเตมในชองวาง โดยเฉพาะในชนดนเหนยว จะท าใหระดบความดนน าและปรมาณน าในชองวางของชนดนเหนยวเพมมากขน ซงจะท าใหเกดการปรบสภาวะสมดลของแรงโดยเฉพาะอยางยงในชนดนเหนยว ท าใหเกดการขยายตว (Expanding) ของเมดตะกอนดนเหนยวเนองมาจากน าทแทรกกลบคนเขามาในชองวาง (รปท 2.30) ท าใหชนดนเหนยวขยายตวและเกดการยกตว (Uplift) ของพนดน ท าใหแผนดนทเคยทรดอาจจะกลบยกตวขนมา การแกไขปญหาโดยการอดน าลงไปในชนหนอมน า จงเปนวธการหนงทจะท าใหแผนดนทเคยทรดกลบยกตวคนขนมาได

รปท 2.29 ชนดนเหนยวถกบบอดไดงาย เปนสาเหตของการทรดตวของแผนดน (จาก Galloway et al., 2000)

69

รปท 2.30 การขยายตวของเมดตะกอนดนเหนยว ท าใหแผนดนทเคยทรดยกตวกลบขนมาได (จาก Galloway et al., 2000)