Лекция №4

В зависимости от причин создания упоров, выделяют их несколько видов:

1)Гидростатический напор. Создаётся за счёт разностей уровней в различных частях водонасыщенной толщи. Вода при вскрытии стремится подняться до максимального уровняО, по принципу сообщающихся сосудов.

2) Литогеостатический напор. Возникает в результате уплотнения мощных глинистых толщ, сопровождается отжатием воды из глин в пласты коллекторы, в результате чего в них создаётся избыточное давление. Уплотнение пород при этом происходит в результате литостатического давления, которое оказывается выше лежащей площади пород

3)Тектонический напор.Создаётся при тектонических движениях, часто при напряжениях сжатия пород. Появляется при горообразовании и при землетрясении.

4)Термический напор. Возникает за счёт повышенных тепловых потоков. Вода при нагревании уменьшает плотность и стремится занять наиболее высокое положение

5)Антропогенный\техногенный напор. Проявляется в результате закачки воды в недры под высоким давлением.

Газовый состав подземных вод

Газы в недрах присутствуют в свободных и растворённых состояниях, они могут быть связаны за счет молекулярных сил, с отрицательно заряженными частицами грунта. Количество растворённого в воде газа выражается в см³\л или в г\дм³. Сумма объёмов всех газов растворённых в воде называется газонасыщенностью. Максимальная газонасыщенность характерна для восходящих минеральных источников. Max газонасыщенность = 10^-4 – 10^-6 %. Среди газов: O2, H, СО2, СН4, H2S, N2. Растворимость газов в воде зависит от ряда факторов, главными из которых являются глубина залегания и давления. С их увеличением возрастает кол-во растворённых газов. С другой стороны с глубиной увеличивается минерализация воды, что ведёт к снижению растворимости газов. Для большинства газов с увеличением температуры до 100°С газорастворимость снижается, при дальнейшей области температуры она увеличивается. Процессы газообразования идут повсеместно. Генетически все природные газы смешанные. Газовый состав является одним из классификационных признаков при систематике минеральных вод.

Классификация столово-минеральных вод:

1)Воды с газом окислительной обстановки

2)Воды с газом восстановительной обстановки

3)Воды с газами метаморфической обстановки

4)Воды с радиоактивными веществами

Движение жидкостей и вод

Движение жидкости и газов в порах и трещинах горных пород называется фильтрацией. Движение воды в пористой среде рассматривается обобщённо для всего поперечного сечения фильтрующей среды в целом. При этом важнейшей характеристикой движения воды в пористой среде является скорость фильтрации. Скорость фильтрации может быть охарактеризована количеством воды, которое протекает в единицу времени, через единицу площади поперечного сечения пористой среды. Обозначив объёмный расход воды, фильтрующейся в еденицу времени через Q, а площадь сечения через F, мы получаем V=Q\F - скорость фильтрации.

Выделяют установившийся и неустановившийся режим движения поземных вод:

- Установившееся движение подземных вод, это движение при котором остаются неизменными во времени все гидравлические параметры. Это направление движения, скорость движения, расход и напор.

-Неустановившееся движение это движение при котором направление, расход, скорость, напор непрерывно изменяются во времени.

Водоносный горизонт, через который идёт фильтрация воды называется фильтрационным потоком, который характеризуется рядом гидродинамических элементов. Основными из них являются: пьезометрический напор, напорный градиент, линии тока, линии равных напоров.

Пьезометрический напор – это давление столба воды, в рассматриваемой точке, над водоупорной кровлей напорного водоупорного горизонта.

Напорный градиент\перепад напора – создаётся за счёт того, что при движении воды через поры горных пород часть напора теряется на трение, что создаёт уклон поверхности грунтовых вод в сторону их движения.(т.е. разность напоров)

Линии тока – это такие воображаемые линии, касательные в любой точке к которым совпадает с направлением вектора скорости в этой точке.

При установившемся движении, в каждой из точек фильтрационного потока скорости остаются постоянными во времени. По величине и направлению они также постоянны, следовательно постоянными будут и линии тока. При установившемся режиме, линии тока совпадают с траекторией движения частиц жидкости.

При неустановившемся режиме – скорость частиц в каждой точке изменяется по величине и направлению. Значит и линии тока изменяются. В данном случае они не совпадают с траекторией движения частиц, а отражают их движение.

Линии перпендикулярные линиям тока называются линиями равных напоров. А их проекции на горизонтальную плоскость представляют собой гидроизогипсы.

Движение подземных вод в горных породах может быть ламинарным или турбулентным. Ламинарное движение .

Чаще всего движение в пористой среде соответствует ламинарному режиму. Турбулентный режим встречается редко(характерен для карстовых вод)

Ламинарное движение подземных вод в горных породах водчиняется линейному закону фильтрации, который экспериментально установил в 1856г французский гидравлик Андри Дарси. Он проводил опыты по фильтрации воды в целиндре заполненном песком. Установил, что количество воды Q, фильтрующейся через фильтр в еденицу времени, прямопропорционально площади сечения F, разности уровней (дельта H), под действием которых проходит фильрация. И обратнопропорциональна длине пути фильтрации.

k- коэфицент пропорциональности, зависящий от физических свойств породы и фильтрующейся жидкости и называемый коэфицентом фильтрации.

Отношение дельтаН к дельтаL по пути фильтрации называется напорным градиентом.

Коэфицент фильтрации является основным показателем водопроницаемости пород пород. Используется как классификационный признак. Горные породы делятся на:

1)Водопроницаемый. Коэфицент фильтрации больше одного метра в сутки

2)Слабопроницаемые. От одного до 1^-4

3)Водонепроницаемые породы. До 1^-10

Методы определения коэфицента фильтрации включают три группы: Расчётные, лаболаторные и полевые.

Расчётные меры определяют кофицент филтрации эмпирическим путём. Формулы Газина, Крюгера, Слихтера и др.

Лаболаторные методы основаны на установке дарси.

Полевые методы: методы откачки и наливы.