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 = H 2 -H 1 = 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:
F 1 < F;
F’ = F × n;
где n – пористость породы;
отсюда:
Q = F 1 × V;
F 1 × V = F × V;
V = F 1 × 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 × y1/2
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.