Тема: Види руху води у гірських породах. Основні закони фільтрації підземних вод.

Мета:

1. навчальна: сформування у студентів уявлення про види руху води в гірських породах та закони, що їх описують.

2. Розвиваюча: розвивати кругозір студента, формувати професійні якості.

3.Виховна: виховувати любов до праці, викликати зацікавленість до дисципліни.

Питання лекції:

1. Види руху води у гірських породах

2. Основні закони фільтрації.

Література:

1Гордеев и др../ Гидрогеология: Учеб. Для геол..-развед. техникумов/ П.В. Гордеев, В.А. Шемелина, О.К. Шулякова. – М.: Высш. Шк.., 1990.-448с.

Матеріал лекції

1. Види руху води у гірських породах.

У природі існують два види руху води:

1. Ламінарне властиво руху води в дрібнозернистих породах. Швидкості руху в них невеликі й вимірюються метрами або навіть сантиметрами на добу.

2. Турбулентний - у великоуламкових і тріщинуватих породах, де швидкості руху води значно більше.

В обох випадках рух води у водоносних шарах з вільною поверхнею відбувається під впливом гідростатичного напору від місць з більш високим рівнем до місць з нижчим рівнем.

У природних умовах вода пересувається за напрямом до виходів джерел, до відкритих водойм, якщо рівень в останніх стоїть нижче, ніж рівень води у водоносному шарі, і, навпаки, може йти з водойм в грунт при зворотному співвідношенні рівнів. Рух води у водоносному шарі може бути викликано штучно відкачуванням води з колодязя, штучним дренажем.

2. Основні закони фільтрації.

Найбільш вивчений закон руху води в дрібнозернистих породах - в пісках з дрібними, переважно капілярними порами. Рух води у разі фільтрації підкоряється закону Дарсі, що виражається формулою:

Де Q — витрата води, м³/с, що проходить в одиницю часу через поперечний перетин породи площею F м²; К — деяка величина, на назівається коєфицієнтом водопроникності або коефіцієнтом фільтрації; h — напір; l — довжина шляху фільтраційного потоку,м.

Рис. Розріз участка підземного потоку.

Величина напору визначається по різниці рівнів у двох перетинах потоку, тобто h = H1 - H2, де H1 і H2 - висота рівнів у точках А і В. Під впливом напору вода з перетину Аа1 переміщається в напрямку перетину BB1.

Співвідношення i є падінням напору на одиницю довжини шляху фільтрації, тобто напірний градієнт, або гідравлічний ухил, і позначається

i =h/l.

Величина v носить назву швидкості фільтрації, та визначається за наступною формулою:

v =Q/F

Швидкість фільтрації не є дійсною швидкістю руху води в порах породи, вона являє фіктивну (наведену) швидкість руху води. Площа поперечного перетинуу потоку F у формулі прийнята рівною площі поперечного перетину породи, тоді як насправді вода пересувається в породі тільки по порах і площа перерізу потоку дорівнює загальній площі пір. Щоб отримати дійсну швидкість руху вод у порах грунту і, треба витрата води Q розділити на площу, зайняту порами, тобто

де р — коефіцієнт пористості.

Дійсна швидкість руху води більше швидкості фільтрації (u> v), так як коефіцієнт пористості менше одиниці.

У районах, де умови живлення і розвантаження підземних вод змінюються підчасу трохи, рух підземних вод можна розглядати як сталий, тобто практично не змінюється в часі. При сталій фільтрації рівні і швидкість руху підземних вод в однихі тих же точках не змінюються в часі, будучи лише функцією координат простору. H, Y, V = const. 

Сталий та несталий рух підземних вод спостерігається як в безнапірних, так і в напірних водоносних горизонтах. Особливо різковиражений несталий характер носить рух підземних вод в початкоий період роботи водозабірних споруд. При цьому наслідком несталого руху в безнапірнихводоносних горизонтах є осушення частини водоносного горизонту (вмежах створюваної депресії), що відбувається при зниженні рівня впроцесі відкачки води. Осушення пласту в зоні впливу відкачування відбуваєтьсяпоступово, викликаючи зміну рівня, швидкості руху і витрати підземного потоку. 

При вивченні умов руху підземних вод неглибоких безнапірних водоносних горизонтів пружні властивості води і гірських порід зазвичай невраховуються, а відповідний цьому режим фільтрації називається жорстким.

У напірних водоносних горизонтах несталого руху визначаєтьсяпружні властивості води та гірських порід. При розтині напірних водсвердловинами і зниженні напорів при відкачування відбувається розущільнення води зодночасним пружним розширенням порід, під впливом чого вода як би видавлюється з пласта в свердловини (водозабірні споруди). Так виникає своєрідний режим підземних вод, відповідний несталиму характеру їх фільтрації. 

Крім пружних властивостей води і гірських порід та несталого руху винапірних водоносних горизонтах можуть впливати і інші чинники;, втому числі приплив води з інших горляноки-парасольок або осушення водоносного пласта в області його виходу на поверхню. При наявності постійно діючихповерхневих джерел енергопостачання, з якими гідравлічно пов'язані напірні водоносні горизонти, та інтенсивного надходження в них води з сусідніх шарів рух підземних вод стабілізується і з часом набуваєхарактер сталого. Y, V = const. 

Фільтрації підземних вод виконуються з урахуванням фактору часу. При цьому позовні значення параметрів потоку підземних вод визначається як функції координат простору часу.

Лекція № 18

Тема: Рух підземних вод у природних умовах

Мета:

1. навчальна: сформування у студентів уявлення про рух води в природних умовах.