Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow Гидрогеология и основы геологии

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

Основными параметрами, определяющими фильтрационные свойства горных пород, являются коэффициенты фильтрации и проницаемости, водопроводимости и пьезопроводимости, фильтрационной анизотропии и скорости фильтрации, а также фильтрационное сопротивление русловых отложений.

Коэффициент фильтрации к — это показатель, характеризующий степень водопроницаемости пород и определяющийся как скорость фильтрации при гидравлическом градиенте, равном единице. Согласно закону Дарси

где V — скорость фильтрации; / — гидравлический градиент; Q — расход фильтрационного потока; F — площадь поперечного сечения потока.

Проницаемость — это свойство пород пропускать через себя жидкость, газы и смеси при наличии перепада давления.

Коэффициент проницаемости С — это расход жидкости вязкостью 1 Пас, фильтрующейся через сечение площадью 1 см2 при перепаде давления 0,1 МПа, измеряемый в мкм2.

Связь между коэффициентом фильтрации и коэффициентом проницаемости выражается зависимостью

где у — плотность жидкости; г| — динамическая вязкость жидкости.

Для воды приблизительно можно считать, что коэффициент проницаемости С = 1 мкм2 соответствует коэффициенту фильтрации к = 1 м/сут.

Коэффициент водопроводимости Т равен произведению коэффициента фильтрации к на мощность m напорного пласта:

Для безнапорных вод Т = khcp, где hcp средняя мощность водоносного пласта.

Коэффициент водопроводимости Т характеризует степень водо- обильности водоносного пласта и представляет собой единичный расход потока (на 1 м ширины) при I = 1. Размерность коэффициента водопроводимости м2/сут.

Коэффициент пьезопроводности а для напорных вод или уровне- проводности ау для безнапорных вод характеризует скорость перераспределения напоров или уровня подземных вод в пласте при неустановившемся режиме фильтрации.

В напорном пласте а = кт/С, в безнапорном пласте а = khcp/x, где р* — упругая водоотдача пород; р — гравитационная водоотдача пород. Значения коэффициента уровнепроводности обычно изменяются в пределах 102— 104 м2/сут, а коэффициент пьезопроводности — в пределах 105—107 м2/сут.

Фильтрационная анизотропия отражает изменение водопроницаемости пород в различных направлениях. Отношение наименьшего коэффициента фильтрации к наибольшему называют коэффициентом фильтрационной анизотропии X.

Для слоистых пород

Для лёссов X = kr/kB,

где къ коэффициент фильтрации пластов в вертикальном направлении; кТ — в горизонтальном.

Суммарное фильтрационное сопротивление русловых отложений A L соответствует росту длины потока на величину, эквивалентную сопротивлению русловых отложений.

Удельное водопоглощение q — это величина поглощения воды на 1 м опытного интервала при напоре 1 м.

Фильтрационные потоки могут быть как естественными, так и измененными деятельностью человека в районах водозаборов и водо- понизительных установок, при эксплуатации гидромелиоративных систем и разработке полезных ископаемых, на участках строительства инженерных, особенно гидротехнических, сооружений.

При изучении потоков возникает необходимость их схематизации и использования ряда общих положений, относящихся к разнообразным потокам. К ним относятся элементы потока, установившиеся уровни воды, типы потоков, границы и граничные условия, вид движения в них и водопроницаемость водоносных пород.

Верхняя граница ненапорных вод — это их свободная поверхность, фиксируемая в наблюдательных пунктах. В общем случае она имеет криволинейный характер, уклон к месту разгрузки подземных вод, называется депрессионной поверхностью, находится ниже поверхности земли или совпадает с ней (на заболоченных участках).

Характеристикой напорных вод является пьезометрическая уро- венная поверхность — геометрическое место точек, где устанавливается уровень при вскрытии напорного потока скважинами или колодцами. Эта воображаемая поверхность может быть ниже и выше поверхности земли. В последнем случае наблюдается само- излив воды из скважин или колодцев.

Положение установившихся в данный момент времени уровней фильтрационных потоков или водоносных горизонтов по площади определенной территории характеризуется изолиниями — гидроизогипсами и гидроизопьезами (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Карта гидроизогипс (а) и карта гидроизопьез (б) [21]:

7 — горизонтали; 2 — гидроизогипсы; 3 — гидроизопьезы; 4 — заболоченность

Гидроизогипсы представляют собой линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками уровней ненапорных, обычно грунтовых, вод. Гидроизопьезами называются линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками установившихся (пьезометрических) уровней напорных, обычно артезианских, вод.

Для характеристики положения уровней отдельных фильтрационных потоков на определенный момент времени строят карты гидроизогипс и гидроизопьез. Масштабы этих карт зависят от детальности исходных материалов — абсолютных или относительных отметок установившихся уровней в наблюдательных скважинах, колодцах, родниках на определенную дату или отрезок времени, в течение которого изменением уровней воды можно пренебречь. По карте гидроизогипс можно установить направление движения воды, уклон потока ненапорных вод, а при наличии ни карте горизонталей — и глубину залегания воды от поверхности земли. Движение воды направлено перпендикулярно к гидроизогипсам и в сторону гидроизогипс с меньшими отметками.

Направление движения указывает на взаимосвязь грунтовых вод с поверхностными водами. Как правило, грунтовые воды частично или полностью идут на питание поверхностных водотоков и водоемов и сами питаются поверхностными водами. В редких случаях, когда водотоки или водоемы находятся в водонепроницаемых породах, гидравлическая связь между поверхностными и грунтовыми водами отсутствует.

Уклон потока определяется как отношение разности между отметками гидроизогипс к расстоянию между ними. Для характеристики глубины залегания уровня грунтовых вод по площади строят карты гидроизобат, которые представляют собой линии, соединяющие точки с одинаковой глубиной уровня грунтовых вод от поверхности земли. Глубина уровня воды обычно определяется рельефом: чем ниже поверхность земли, тем меньше эта глубина.

Движение воды в фильтрационных потоках может быть установившимся и неустановившимся, равномерным и неравномерным. При установившемся движении расход потока во времени не изменяется: Q = const. При равномерном движении скорость воды в любом поперечном сечении потока — величина постоянная.

В природных или измененных деятельностью человека условиях преобладает неустановившееся неравномерное движение. Чаще всего изменения расходов во времени и скорости по потоку незначительны, поэтому расчеты фильтрационных потоков можно проводить по формулам для установившегося движения подземных вод. Для расчетов необходимо знать некоторые элементы фильтрационного потока и коэффициент фильтрации водоносных пород. Так, расход фильтрационного потока Q в общем случае определяется так:

Для плоских потоков достаточно определить единичный расход q:

Величины (В — ширину потока; h — мощность водоносного горизонта; Нх, Н2 напор подземных вод в первом и втором сечениях; Lx, Ь2 длину пути фильтрации между первым и вторыми сечениями) определяют при полевых исследованиях, а коэффициент фильтрации к водоносных пород различными способами: в лаборатории по эмпирическим формулам и в полевых условиях по результатам опытных откачек, опытных нагнетаний и свободных наливов воды в шурфы и скважины.

При колебаниях расхода или скорости движения воды в фильтрационных потоках изменяются свободные и пьезометрические уровни напорных вод. Скорость изменения этих уровней определяется коэффициентом уровнепроводности а для вод ненапорных и коэффициентом пьезопроводности а* — для напорных:

где hcp — средняя мощность водоносного горизонта; ц — водоотдача водоносной породы; п — пористость водоносной породы; (Зв и (Зп — коэффициенты объемной упругости воды и водоносной породы.

Условия, при которых происходит движение подземных вод, могут быть сложными и простыми. Для относительно простых гидрогеологических условий используются существующие аналитические решения, а в особенно сложных условиях фильтрационные задачи решаются с помощью математического моделирования.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
 
Популярные страницы