Основные законы движения подземных вод.

Виды передвижения воды в породах.

Динамика подземных вод

1) Негравитационное движение воды – характерно для рыхлых глинистых пород. Играет большую роль в распределении влаги в зоне аэрации. Обусловлено действием капиллярных сил, разности температуры, различий в минеральном составе, разности концентрации порового раствора и др. Скорость миграции мала.

2) Гравитационное движение воды, подразделяется на:

- свободное просачивание под действием силы тяжести в зоне аэрации;

- фильтрация – ниже зеркала грунтовых вод и подземной воды.

Факторы фильтрации: напорный градиент, мощность водоносного горизонта, водопроницаемость пород.

Фильтрация бывает безнапорной и напорной.

· Безнапорная фильтрация присуща грунтовым водам, когда поверхность фильтрующейся воды всегда является свободной, давление на неё постоянно и равно атмосферному.

· Напорная фильтрация – свойственна артезианским водоносным горизонтам, в которых давление всегда выше атмосферного и равно высоте пьезометрического уровня данной точке.

Безнапорное движение происходит при наличии разности уровня её в двух сечениях. Разность уровня двух точек, отнесённая к расстоянию между ними, называется гидравлическим градиентом.

 

_I = H₂-H₁ = DH

L L

Аналогом гидравлического уклона в тектонике является напряжение, в топографии – уклон :

i = (z₁- z₂)/L.

Изучая движение вод, французский учёный Дарси установил, что расход воды в подземном потоке определяется следующим уравнением :

Q = K ×F ×J,

где Q – расход (дебит) воды (количество воды в единицу времени),

Рисунок 36 – Схема расчета гидравлического градиента

 

К – коэффициент фильтрации или проницаемость пород,

F – площадь поперечного сечения потока,

J – гидравлический градиент.

Эту формулу можно переписать по другому :

Q = F ×V

где V – скорость потока.

Тогда:

V = K ×J

т.е. коэффициент фильтрации равен скорости потока при условии, что гидравлический градиент равен единице.

Однако F – все сечение водоносного горизонта, в то время как вода движется лишь по порам пород. Поэтому V – кажущаяся скорость.

Действительное сечение потока равно:

F¹< F;

F’ = F ×n;

где n – пористость породы;

отсюда:

Q = F¹ ×V;

 

F¹ × V = F ×V;

 

V ₌ F¹× V ₌ F × V ₌ V

F’ F×n n

 

Следовательно, действительная скорость V= V / n.

Так как пористость всегда меньше единицы, то действительная скорость всегда больше скорости фильтрации, то есть кажущейся скорости в 3-4 раза.

Нами рассмотрен линейный закон фильтрации, т.е. законы ламинарного движения. В крупнообломочных и сильнотрещиноватых породах движение потока турбулентное и скорость потока равна:

V = k × y^1/2

Коэффициент фильтрации.Основным фактором, определяющим расход воды, является проницаемость пород, или коэффициент фильтрации.

Коэффициент фильтрации определяется:

а) полевыми работами,

б) лабораторными исследованиями,

г) эмпирическими формулами.

Полевые работы заключаются в проведении опытных откачек.