50 Скорость фильтрации грунтовых вод

Скорость фильтрации (v) - отношение расхода воды к площади поперечного сечения потока (v = Q/F). Таким образом сформулировать закон Дарси можно как "Скорость фильтрации пропорциональна напорному градиенту"

v = КфI

51 Действительная скорость фильтрации грунтовых вод

Действительная скорость движения подземных вод значительно меньше скорости изменения напоров и уровней. Поэтому гидрохимическая обстановка во времени значительно более консервативна, чем гидродинамическая, а размеры зоны, оказывающей влияние на изменение качества воды в водозаборных сооружениях, оказываются несоизмеримо меньше размеров зоны гидродинамического воздействия. Это позволяет ограничить собственно контуром месторождения размеры площади, в пределах которой должна быть дана характеристика полей миграционных параметров.

Для измерения действительной скорости движения подземных вод в естественных гидродинамических условиях издавна применяют так называемый способ наблюдательных скважин. Способ уже стал классическим и описан в многочисленных руководствах и справочниках.

Итак, величину действительной скорости движения подземных вод следует определять по времени максимальной концентрации индикатора в контрольной скважине.

Дарси справедлив для действительных скоростей движения подземных вод в песчаных и обломочных породах приблизительно до 1 000 м / сутки. Скорости более нескольких метров в сутки в таких породах встречаются редко, а более десятков метров в сутки исключительно редко.

53 Коэффициент фильтрации. Закон Дарси.

Закон Дарси — Закон фильтрации Дарси устанавливает линейную зависимость между объемным расходом жидкости или газа и гидравлическим градиентом (уклоном, перепадом давления) в пористых средах, например, в мелкозернистых, песчаных и глинистых грунтах. Дарси закон обычно используют при расчетах режимов разработки нефти и газа.

В законе Дарси k — Коэффициент фильтрации, характеризует среду и жидкость одновременно (зависит от размера частиц, от их формы и степени шероховатости, пористости среды, вязкости жидкости). Этот коэффициент обычно используется в гидротехнических расчетах, где приходится иметь дело с одной жидкостью — водой.

58 Процессы выветривания и их виды

Выветривание – совокупность процессов физического разрушения и химического

(биохимического) разложения горных пород и минералов на поверхности Земли под действием

внешних агентов. Главные агенты выветривания – вода во всех ее проявлениях, перепады

температур (Солнечная энергия), кислород и углекислый газ, а также живые организмы. Горные

породы и минералы, сформированные в иных условиях, становятся неустойчивыми на

поверхности Земли и преобразуются путем выветривания в новые, более устойчивые. Сущность

выветривания состоит в установлении равновесия между составом минералов и условиями

поверхности Земли.

Физическое выветривание под действием колебания температур, роста кристаллов солей,

расклинивающего действия замерзающей воды в трещинах, корневой системы деревьев приводит к дроблению, измельчению горных пород и обломков. Химическое выветривание минералов и пород путем реакций окисления, гидратации, растворения и гидролиза приводит к коренному изменению их химического состава и формированию новых минералов. Биологическое выветривание пород приводит в конечном итоге к формированию почвы, отличающейся от горных пород плодородием.

Интенсивность различных типов выветривания и его результаты определяются климатическими условиями местности, составом пород, характером тектонических движений и длительностью выветривания. Совокупность несмещенных продуктов выветривания,оставшихся на месте разрушения коренных пород, называется корой выветривания.

Различают три типа: выветривания: физическое, химическое, биологическое. Физическое выветривание - это процесс механического раздробления горных пород без изменения химического состава образующих их минералов Физическое выветривание активно протекает при больших колебаниях суточных и сезонных температур, например в жарких пустынях, где поверхность почвы иногда нагревается до 60 - 70°С, а ночью охлаждается почти до 0°С. Процесс разрушения усиливается при конденсации и замерзании воды в трещинах горных пород, поскольку, замерзая, вода расширяется на своего объема и с огромной силой давит на стенки. В сухом климате аналогичную роль играют соли, кристаллизующиеся в трещинах горных пород. Так, соль кальция CaSO₄, превращаясь в гипс (CaSO₄ - 2H₂O), увеличивается в объеме на 33%. В результате от породы, разбитой сетью трещин, начинают отпадать отдельные обломки, и с течением времени ее поверхность может подвергнуться полному механическому разрушению, что благоприятствует химическому выветриванию. Химическое выветривание - это процесс химического изменения горных пород и минералов и образования новых, более простых соединений в результате реакций растворения, гидролиза, гидратации и окисления. Важнейшими факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ и кислород. Вода выступает в роли активного растворителя горных пород и минералов, а растворенный в воде углекислый газ усиливает разрушающее действие воды. Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород - гидролиз - приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решетки на ионы водорода диссоциированных молекул воды. С деятельностью воды связана также гидратация - химический процесс присоединения воды к минералам. В результате реакции происходит разрушение поверхности минералов, что в свою очередь усиливает их взаимодействие с окружающим водным раствором, газами и другими факторами выветривания. Реакция присоединения кислорода и образования оксидов (кислотные, основные, амфотерные, солеобразующие) называется окислением. Окислительные процессы широко распространены при выветривании минералов, содержащих соли металлов, особенно железа. В результате химического выветривания изменяется физическое состояние минералов, разрушается их кристаллическая решетка. Порода обогащается новыми (вторичными) минералами и приобретает такие свойства, как связность, влагоемкость, способность к поглощению и др. Биологическое выветривание - это процесс химического разрушения и химического изменения горных пород и минералов под влиянием организмов и продуктов их жизнедеятельности. При биологическом выветривании организмы извлекают из породы необходимые для построения своего тела минеральные вещества и аккумулируют их в поверхностном горизонте породы, создавая условия для формирования почвы. Корни растений и микроорганизмы выделяют во внешнюю среду углекислый газ и различные кислоты (щавелевую, яблочную, янтарную, плавиковую, азотную, серную и др.), которые разрушают минералы и усиливают процесс выветривания. Большая роль в биологическом выветривании монолитных пород принадлежит лишайникам, которые разрушают породы как химически, выделяя углекислоту и кислоты, так и механически, проникая гифами внутрь минералов и трещин горных пород. Животные в меньшей степени, чем растения, влияют на горные породы. Однако и они разрушают их путем механического разрыхления и выделения продуктов жизнедеятельности. Разные породы и минералы имеют неодинаковую устойчивость к выветриванию. Более легко выветриванию подвергаются пористые породы с высоким содержанием минералов: вулканические пеплы, слюды и др. Наоборот, минералы с плотной структурой - устойчивы к выветриванию - это кварциты, граниты и др. Промежуточное положение занимают полевые шпаты. Интенсивность выветривания зависит также от климатических условий и главным образом от температуры и количества осадков. В условиях засушливого климата продукты выветривания накапливаются, в условиях влажного климата - вымываются (выщелачиваются).