4 Движение грунтовых вод
Вода в почве при движении образует поток грунтовых вод. В основное уравнение движения грунтовых вод (формулу Дарси) входит коэффициент фильтрации:
v = Ki,
где v — скорость фильтрации грунтовых вод;
i — уклон грунтовых вод.
Коэффициент фильтрации (К) — это скорость фильтрации грунтовых вод при уклоне их, равном единице. Он характеризует водопроницаемость почв и выражается в единицах скорости [1].
4.1 Определение коэффициентов фильтрации
Для определения коэффициента фильтрации существуют полевые и лабораторные методы. В практических целях следует применять полевые методы, дающие более точные результаты по сравнению с лабораторными. При высоком горизонте грунтовых вод применяется метод восстановления воды в скважинах после ее откачки, при низком горизонте грунтовых вод — метод инфильтрации воды из скважин и шурфов.
4.1.1 Метод восстановления воды в скважине после откачки
Для каждой почвенной разности тарелочным буром диаметром 10 - 20 см устанавливают не менее двух скважин глубиной, приблизительно равной глубине осушительных каналов или дрен. После устройства скважины следует выждать, пока уровень воды в ней займет свое естественное положение, т.е. до тех пор, пока не прекратится подъем воды в скважине. Когда уровень воды в скважине установится, измеряют следующие величины (рис. 2), исследования ведут по форме «Определение коэффициента фильтрации способом восстановления воды в скважине после откачки»:
1) глубину стояния грунтовой воды от поверхности (начальный уровень);
2) глубину скважины Т;
3) глубину воды в скважине Н;
4) диаметр скважины d.
Все эти величины измеряют от нижнего края доски длиной около 0,5 м, которую укладывают на поверхность почвы поперек скважины, несколько перекрывая ее [5].
Рисунок 2 - Схема измерения подъема воды в скважине
после откачки
Определение коэффициентов фильтрации способом восстановления воды в скважине после откачки:
1. Место определения (область, лесхоз, лесничество).
2. Номер скважины и ее местонахождение (участок, квартал, выдел и пр.).
3. Время проведения наблюдений (дата)
I Откачка
II Откачка
4. Фамилия, Имя, Отчество наблюдателя.
5. Глубина скважины Т, см.
6. Глубина стояния грунтовой воды, см:
- при первой откачке
- при второй откачке
7. Глубина воды в скважине Н, см:
- при первой откачке
- при второй откачке
8. Диаметр скважины d, см
9. Краткое описание почвенного разреза (по генетическим горизонтам).
Когда измерения сделаны, воду из скважины вычерпывают почти до дна. Вычерпывание удобно производить специальным черпаком или консервной банкой емкостью 0,5 л, которая укрепляется на длинной деревянной ручке.
После откачки воды быстро измеряют расстояние Y0’ от поверхности почвы до пониженного уровня воды в скважине и замечают время измерения по часам
При дальнейшем подъеме воды эти измерения периодически повторяют, при каждом измерении величины Yn’ отмечают время. Эти измерения повторяют до тех пор, пока уровень воды в скважине не поднимется почти до первоначального положения (до откачки). Таких измерений делают от 6 до 8 и более (табл. 1). Время, через которое проводят измерения, зависит от скорости подъема воды в скважине.
Когда уровень воды в скважине приблизительно займет свое первоначальное положение, нужно произвести вторую откачку из скважины и повторить измерения.
Таблица 1 - Записи подъема уровня воды в скважине
Номер наблюдения |
I откачка |
II откачка |
||||
расстояние от поверхности почвы до уровня воды, см |
часы |
минуты |
расстояние от поверхности почвы до уровня воды, см |
часы |
минуты |
|
1 |
42 |
15 |
14 |
42 |
16 |
09 |
2 |
30 |
15 |
18 |
27 |
16 |
17 |
3 |
24 |
15 |
22 |
21 |
16 |
25 |
4 |
21 |
15 |
26 |
18 |
16 |
33 |
5 |
18 |
15 |
30 |
16 |
16 |
42 |
6 |
16 |
15 |
40 |
15 |
16 |
57 |
7 |
15 |
15 |
50 |
|
|
|
Запись и обработку результатов измерений производят по определенным формам (бланкам), порядок заполнения которых рассмотрим на примере. Вычисления ведутся в табл. 2.
Таблица 2 - Обработка результатов измерений
Номер наблюдения |
I откачка |
II откачка |
||||
C |
|
lg Yo/Yn |
C |
Yn=Yn-h |
lgYo/Yn |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 |
0 |
28 |
0 |
0 |
28 |
0 |
2 |
240 |
16 |
0,243 |
480 |
13 |
0,333 |
3 |
480 |
10 |
0,447 |
960 |
7 |
0,602 |
4 |
720 |
7 |
0,602 |
1440 |
4 |
0/845 |
5 |
960 |
4 |
0,845 |
1980 |
2 |
1,146 |
6 |
1560 |
2 |
1,146 |
2880 |
1 |
1,447 |
7 |
2160 |
1 |
1,447 |
|
|
|
Yn=Yn-h
В графы 2 и 5 записывают число секунд, получающиеся путем вычитания из времени проведения данного наблюдения времени первого наблюдения (табл.5.2).
В графы 3 и 6 записывают разности, получаемые от вычитания из наблюденных величин Yn из глубины стояния грунтовой воды от поверхности h. Первая из этих разностей, относящихся к нулю секунд, является величиной Yo.
Для заполнения граф 4 и 7 величину Yo делят последовательно на каждое из полученных значений Yn и берут по таблицам логарифмы частных (lg Yo — lgYn).
Далее обработка материалов может производиться аналитическим или графическим способами.
При аналитическом способе каждое значение логарифма делят на соответствующее значение секунд и получают условные тангенсы угла наклона tg. Затем получают средние значения tg для I и II откачек.
Вычисление коэффициентов фильтрации К в см/с производят по следующей формуле:
,
где r — радиус скважины, см;
Н — глубина воды в скважине, см;
Расчеты студент приводит по ниже приведенному образцу (рис. 3).
Рисунок 3 – Определение коэффициентов фильтрации
Все выше приведенные данные должны быть отражены в отчете практики по гидротехническим мелиорациям.