Лекция 13

ДВИЖЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

§ 1. Общие понятия о движении подземных вод

Подземные воды в большинстве случаев находятся в движении. Раздел гидрогеологии, изучающий закономерности движения подземных вод, называется динамикой подземных вод.

Законы движения подземных вод используются при гидрогео­логических расчетах водозаборов, дренажей, определении притоков воды к строительным котлованам и т. д.

Подземные воды могут передвигаться в горных породах как пу­тем инфильтрации, так и фильтрации. При инфильтрации передви­жение воды происходит при частичном заполнении пор воздухом или водяными парами, что обычно наблюдается в зоне аэрации. При фильтрации движение воды происходит при полном заполнении пор или трещин водой. Масса этой движущейся воды создает фильтра­ционный поток.

Фильтрационные потоки подземных вод различаются по харак­теру движения, гидравлическому состоянию, режиму фильтрации и т. д.

Движение 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 различных есте­ственных и искусственных факторов (неравномерная инфильтрация атмосферных осадков, откачка воды из скважины, сброс сточных вод на поля фильтрации и т. д.).

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.

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

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

Движение подземного потока может быть ламинарным и турбу­лентным. При ламинарном движении струйки воды передвигаются без завихрений, параллельно друг другу. Ламинарный характер дви­жения воды наблюдается не только в пористых, но и в трещинова­тых породах с коэффициентом фильтрации до 300—400 м/сут.

В породах с крупными трещинами и пустотами, с коэффициен­том фильтрации более 300—400 м/сут, а также в хорошо промытых галечниках движение воды в отдельных случаях носит вихревой ха­рактер, или турбулентный. Этот тип движения в горных породах наблюдается сравнительно редко.

Решение задач о движении подземных вод, выбор метода гидро­геологического расчета и расчетной схемы производят на основе схе­матизации (упрощения) природных гидрогеологических условий. При этом учитывают основные особенности фильтрационного пото­ка подземных вод (характер движения, гидравлические характерис­тики, фильтрационные свойства пород, границы водоносных гори­зонтов и т. д.).

В зависимости от степени учета особенностей потока подзем­ных вод решение конкретных фильтрационных задач выполняет­ся на основе простых или строгих аналитических или численных методов. В особо сложных случаях используют методы модели­рования, что позволяет, особенно с помощью ЭВМ, наиболее пол­но учитывать сложные природные условия, а это повышает дос­товерность гидрогеологических прогнозов.