Лекция 7. Представления о модели фильтрационного потока, его элементах, параметрах, границах

Представления о модели фильтрационного потока, его элементах, параметрах, границах.

При фильтрации движение воды происходит при полном заполнении пор или трещин водой. Масса этой движущейся воды создает фильтрационный поток. Они различаются по характеру движения, гидравлическому состоянию, режиму фильтрации и т.д. Характер движения подземных вод может быть установившимся и неустановившимся, напорным и безнапорным, ламинарным и турбулентным.

При установившемся движении все элементы фильтрационного потока (скорость, расход, направление и др.) не изменяются во времени. Во многих случаях эти изменения настолько малы, что для практических целей ими можно пренебречь.

Фильтрационный поток называется неустановившимся, если основные его элементы изменяются не только от координат пространства, но и от времени.

Подземный поток становится переменным, т.е. приобретает неустановившийся характер движения, под действием как естественных, так и искусственных факторов (неравномерная фильтрация для атмосферных осадков, откачка воды из скважин, сброс сточных вод на поля фильтрации).

По гидравлическому состоянию различают безнапорные, напорные и напорно-безнапорные потоки подземных вод.

Для безнапорных потоков характерно неполное заполнение водой поперечного сечения водопроницаемого пласта.

Безнапорные потоки имеют свободную поверхность, движение воды в них происходит под действием силы тяжести. Режим фильтрации – жесткий.

Напорные потоки характеризуются полным заполнением поперечного сечения водопроницаемого пласта водой, имеется пьезометрический уровень (уровень напорной воды), движение воды происходит как под действием силы тяжести, так и за счет упругих свойств воды и водовмещающих пород. Режим фильтрации – упругий.

Напорно-безнапорные потоки образуются при откачке воды из скважины, если пьезометрический уровень опускается ниже кровли водоносного пласта.

При известном допущении фильтрационные потоки в плане можно рассматривать как плоские или радиальные (рис. 5.)

Плоским называется поток подземных вод, в котором струйки направлены более или менее параллельно друг другу.

Радиальный поток отличается различным направлением струек: сходящимся и расходящимся. Примером радиального потока может служить движение грунтовых вод при откачке воды из скважины. Фильтрационные подземные потоки, как в плане, так и в разрезе имеют естественные границы. Границами напорного потока в разрезе служат нижний и верхний водоупор, а безнапорного – водоупор (снизу) и свободная поверхность (сверху). Границей потоков в разрезе может быть также плоскость раздела пород различной водопроводимости.

Границами подземного потока в плане, т.е. боковыми границами, являются реки, озера, каналы и другие поверхностные водотоки, и водоемы, дренирующие или питающие подземные воды, а также контакты водоносных пород с окружающими породами иной водопроводимости. Возможны водопроницаемые границы, например, контур водоупорных глин. Реальные очертания границ потоков подземных вод весьма сложны.

7.1. Фильтрационные параметры горных пород и водоносных пластов

К основным фильтрационным параметрам относятся: коэффициенты фильтрации, водопроводимости, пьезопроводимости, уровнепроводности.

Коэффициент фильтрации характеризует водопроницаемость горных пород, величина которой зависит от размеров промежутков между порами в зернистых породах и ширины трещин в скальных горных породах. Из уравнения Дарси следует, что коэффициент фильтрации численно равен скорости фильтрации при напорном градиенте, равном единице, т. е. V = K. Коэффициент фильтрации имеет размерность скорости и выражается в м/сутки. Для ориентировочных характеристик коэффициента фильтрации основных литологических разностей горных пород могут быть использованы табличные значения.

При гидрогеологических исследованиях конкретные значения коэффициента фильтрации получают в результате проведения опытно-фильтрационных и лабораторных работ.