Движение воды в горных породах

Движение воды в горных породах осуществляется за счет:

1. Пленочного движения;
2. Свободного просачивания;
3. Нормальной фильтрации.

Пленочное передвижение происходит медленно. Природа –гравитация и смачивание. Происходит в породах с недостатком водонасыщения при влажности максимальной молекулярной влагоёмкости.

Свободное просачивание – передвижение воды происходит каплями или отдельными струйками без нарушения состояния воздушной составляющей. Природа – гравитация. Пример: просачивание атмосферных осадков в сухие пористые толщи.

Нормальная фильтрация – это движение воды сплошной массой на значительных площадях через пористые или трещиноватые среды. Природа: гравитация и гидростатическое давление, на верхней границе фильтрации действуют капиллярные силы.

Пример: Инфильтрация воды в сухие толщи при заполнении водохранилища.

 

Основные законы движения подземных вод.

Линейный закон фильтрации (закон Дарси)

Пример: Движение воды в порах (прибор Дарси)

 

1-столб воды, определяющий градиент напора; 2- пьзометр; 3-стеклянная емкость; 4 – подставка для трубки; 5-поддон; 6- перфорированное съемное дно (сетка); 7-держатель трубки; 8-образец

Такой вид движения воды называется ЛАМИНАРНЫМ – движение в виде тонких непрерывных струек, передвигающихся с небольшими скоростями без разрыва сплошности, параллельно друг другу.

Линейный закон фильтрации (закон Дарси) описывает ламинарное движение грунтовых вод. Он описывается уравнением Дарси:

Q = k*(h/l)*ω, где

Q – расход воды, см³/с – количество воды, просачивающееся в единицу времени,

h – разность напоров,

l – длина пути фильтрации,

ω – площадь сечения потока,

k – коэффициент фильтрации – постоянная величина.

Напорный градиент (уклон, гидравлический градиент) I= h/l – падение напора на единицу пути фильтрации.

Площадь сечения потока ω= в*H, где в – ширина потока, а H – мощность.

Скорость фильтрации: V = Q/ ω, (см/с, м/сутки) или V= k*(h/l),. V= k*I,

Действительная скорость фильтрации (u) – действительная скорость движения воды с учетом пористости.

Истинная площадь сечения потока с учетом пористости ω_и = ω*n, где n в долях единицы

тогда u = Q /ω_и или u = Q / ω*n, а расчетная скорость фильтрации: V = Q/ ω. Отсюда

u = V/ n

Единичный расход грунтового потока q. Единичный расход грунтового потока – расход на 1м ширины. Если ω = в*H, где в – ширина потока (1м), а H – мощность -, то

Q = k*(h/l)*в*H.

Единичный расход грунтового q = Q/в = k*(h/l)*H* или q= V*Н

Расчет единичного грунтового потока позволяет оценить длину водозаборного или водоотводящего сооружения.

Коэффициент фильтрации – k = V/ I - количество воды, протекающее в единицу времени, через площадь поперечного сечения, равную единице, при напорном градиенте, равном единице. Численно коэффициент фильтрации равен скорости фильтрации при напорном градиенте 1. Коэффициент фильтрации определяется свойствами пород.

Фильтрационные свойства горных пород

Значения пористости и коэффициента фильтрации различных пород

Порода	Пористость, %	Коэффициент фильтрации, м/сутки
Песок мелкозернистый Песок среднезернистый Песок крупный и грубый Гравий Галечник Лесс Глины Сланцы глинистые Известняк хемогенный Известняк-ракушечник Каменная соль Песчаники Гранит Суглинки	40-50 36-42 25-35 22-28 20-25 50-65 1-20 5-10 20-30 1,0 5-25 0,2-1,0 40-55	5-25 30-40 80-200 ~1000 1000-4000 0,2-0,3 10-4-10-6 10-5-10-6 10-2-10-3 10 -10-1 10-6 5 -10-3 10-4 10-4-10-5

 

Нелинейный закон фильтрации (закон Шези)

Нелинейный закон фильтрации описывает движение турбулентного потока (большие скорости, вихреобразность и перемешивание отдельных струй) и выражается формулой:

Q = k_т√ I* ω или v= k_т√ I

Направление и скорость потока

Направление и скорость потока определяется при построении либо линий равных уровней (гидроизогипс) либо линий равных напоров (гидроизопьез) и подробно описаны в задании 5 практических занятий по курсу «Геоэкология».

Методами полевого определения этих параметров служат измерение удельного электрического сопротивления в скважинах, расположенных по направлению потока при запуске электропроводного вещества (соли) по потоку или красящего вещества.