4. Динамика подземных вод.
Динамика подземных вод – раздел гидрогеологии, изучающий закономерности движения подземных вод. Различают основные виды движения:
негравитационное
гравитационное.
Негравитационное движение происходит в мелкодисперсных грунтах в зоне аэрации (поры заполнены атмосферным воздухом и водой). Вода в этой зоне может мигрировать.
Гравитационное движение происходит в грунтах насыщенных водой при наличии напоров и уклонов. Передвижение воды в грунтах насыщенных водой под действием силы тяжести называется фильтрацией.
Скорость фильтрации определяется расходом воды проходящее через единицу поперечного сечения.
Коэффициент фильтрации важная характеристика горных пород, которая зависит от состава пород и свойств фильтрующей жидкости: от вязкости, величины минерализации и температуры. Измеряется в м/сут, см/ч, см/с.
Средняя величина коэффициента фильтрации различных пород.
порода |
Кф м/сут |
Характеристика породы по проницаемости. |
Глины |
0,00-0,00003 |
Водонепроницаемая |
Тяжелые суглинистые супеси |
0,001-1-2,5 |
Полупроницаемая |
Торфяники различной степени. |
0,1-1,0-5,0 |
Водопроницаемая |
Пески крупнозернистые |
10-76 |
Водопроницаемая |
Пески средне- и мелкозернистые разложения |
1,0-5-10,0 |
Водопроницаемая |
Галечники, галька |
50-500 |
Водопроницаемая |
Известняки трещиноватые, закарстованные |
50-500-1000 |
Водопроницаемая |
т.к горные породы обладают анизотропностью (способностью разделяться на тончайшие частицы по кристаллическим решеткам), то их водопроницаемость изменяется в широких пределах и в разных направлениях, в вертикальном направлении фильтрация может быть меньше, чем в горизонтальном.
Характер передвижения воды в горных породах может быть различным.
Ламинарное – движение параллельными струйками.
Турбулентное – движение вихреобразное, пульсирующее. Турбулентное, вихревое движение происходит в некоторых случаях в сильно трещиноватых и грубообломочных горных породах.
При движении воды в горных породах в большинстве случаев имеет место линейная зависимость скорости фильтрации от напорного градиента. Закон ДАРСИ. Этот закон формулируется так: скорость фильтрации при ламинарном движении пропорциональна гидравлическому уклону и выражается формулой
v = KI,
где v — скорость фильтрации, К — коэффициент фильтрации, I— гидравлический уклон или напорный градиент.
Положение свободной поверхности подземных вод данной точке по отношению к любой плоскости сравнения получило наименование уровня подземных вод. Различают свободную, ненапорную, поверхность подземных вод, которую называют также скатертью (зеркалом) грунтовых вод, или гидростатическим уровнем. Если после вскрытия уровень воды в скважине поднимается на некоторую высоту, то такую поверхность называют напорной, а уровень пьезометрическим. Уровни подземных вод колеблются во времени, поэтому различают уровни постоянные и непостоянные, установившиеся или неустановившиеся.
Линии на плане (карте), соединяющие точки с одинаковыми абсолютными высотами уровня грунтовых вод над условной нулевой плоскостью, получили наименование гидроизогипс.
Дебит - (производительность, расход) скважины — это количество воды, выдаваемое выработкой в единицу времени. Измеряется в кубических метрах в секунду (м3/с), в час (м3/ч) в сутки (м3/сут).
Часть геологического пласта или весь пласт, заполненный гравитационной водой, имеющий единую водную поверхность (напорную или ненапорную), именуют водоносным горизонтом. В водоносном горизонте выделяют: область питания, область распространения и область стока, или разгрузки (рис.2). Участки выхода горных пород различной проницаемости на дневную поверхность, где атмосферные осадки просачиваются
Рис 2. В горах область питания, на склонах, на равнине, в реке, в болоте – область разгрузки.
Грунтовые воды (первый от поверхности водоносный горизонт, залегающий на постоянном водоупоре) закономерно меняют минерализацию, условия залегания, питания, режим, и химический состав.
Область питания подземных вод территория, на которой поверхностные воды просачиваются в землю.
Область распространения подземных вод - площадь, в пределах которой они залегают.
областью разгрузки подземных вод (дренажа или дренирования) - местность, где подземные воды выходят на поверхность земли.
Зона аэрации - поверхностные слои пород, не содержащие свободных капиллярных и гравитационных вод.
Водоносный пласт – пласт горной породы, содержащий свободную (гравитационную) воду. Он обладает однородным литологическим составом и постоянной водопроницаемостью.
Водоупор- водонепроницаемый пласт горной породы.
Водоупорная кровля, ложе – относительно Внепроницаемый пласт, покрывающий (подстилающий) водовмещающие породы.
Водоносные пласты могут объединяться в водоносные горизонты.
Водоносный горизонт – близкие по составу и фильтрационным свойствам пласты водонасыщенных горных пород.
Подземные воды классифицируют по следующим признакам:
Над депрессионной поверхностью располагаются капиллярные воды, называемые капиллярной каймой. Средние значения hk составляют в крупных песках до 0,15м, средних 0,15—0,35м, мелких 0,35м— суглинках и лёссах 3—4м. В глинах иногда достигают 8 м.
Глубина залегания грунтовых вод - расстояние между поверхностью земли и зеркалом.
Мощность водоносного пласта - расстояние между зеркалом грунтовых вод и водоупорным ложем.
Межпластовые подземные водызалегают между двумя водоупорными пластами. Их поверхность может быть свободна, либо ограничена водонепроницаемым пластом кровли.
ПРИТОК ВОДЫ К ВОДОЗАБОРНЫМ СООРУЖЕНИЯМ
Водозаборное сооружение производит захват (забор) подземных вод для водоснабжения, и других целей (водоотведение).
Существуют различные типы подземных водозаборных сооружений:
вертикальные
горизонтальные
лучевые
Вертикальные водозаборы: буровые скважины и шахтные колодцы,
Горизонтальные водозаборы: — траншеи, галереи, штольни,
Лучевые — водосборные колодцы с водоприемными лучами-фильтрами.
Тип водозаборного сооружения выбирают, исходя из
глубины залегания водоносного пласта,
его мощности, состава ГП
производительности водозабора.
Водозаборы, состоящие из одной скважины, колодца и т. д., называют одиночными, а из нескольких — групповыми.
Интенсивный водозабор из скважин, колодцев, шурфов и т. д. называют откачкой.
Понятие о депрессионной воронке и радиусе влияния
При откачке воды из скважин вследствие трения воды о частицы грунта происходит воронкообразное понижение уровня. Образуется депрессионная воронка, имеющая в плане форму, близкую к кругу по вертикали – депрессионные кривые.
Знание размеров депрессионной воронки позволяет
оценить Кф -- выделить зоны санитарной охраны,
определить причины загрязнения источника водоснабжения и др.
Радиус депрессионной воронки называется радиусом влияния (R). зависит от водопроницаемости пород.
гравий и песок, имеют широкие воронки,
суглинки - имеют воронки с небольшим R.
Определение радиуса влияния (R).
При интенсивной откачке динамический уровень, т. е. уровень воды в скважине, может опуститься ниже кровли водоносного горизонта .
Подтопление подземными водами застроенных территорий.
Основными причинами подтопления городов являются:
инфильтрация утечек технологических вод,
промышленных и хозяйственно-бытовых стоков,
полив зеленых насаждений,
экранирующее влияние водонепроницаемых ГП,
изменение тепло-влажностного режима под зданиями, сооружениями , влияние барражного эффекта (задержка поверхностных и подземных вод зданиями и сооружениями).
Таким образом, подъем УГВ происходит за счет изменения баланса ПВ.
Для ПГС подъем уровня опасен, поскольку изменяет
влажностный режим грунтов зоны аэрации,
физико-механические и другие свойства грунтов
химический состав подземных вод
Подъем уровня грунтовых вод происходит обычно до критического уровня 2-3 м до поверхности земли.
Пример:
Ростсельмаш: грунтовые воды за 40 лет поднялись на 18—20 м. Глубина залегания зеркала ПВ от поверхности земли в ряде случаев составляет 3 м.
В Волгодонске в период интенсивной застройки (80-е годы), уровень ПВ на некоторых участках поднимался со скоростью 0,5 м в месяц, что привело к развитию просадочных явлений в лессовых грунтах,
Мероприятия по борьбе с подтоплением подразделяют на
Профилактические
-организация стока грунтовых вод,
-дренаж,
-предупреждение утечек из водонесущих коммуникаций и др.
Защитные
--дренажные устройства у сооружений,
--гидроизоляция
Последние мероприятия осуществляются при эксплуатации сооружений.
Верное или неверное определение:
Коэффициент фильтрации важная характеристика горных пород, которая зависит от состава пород и свойств фильтрующей жидкости: от вязкости, величины минерализации и температуры, вкуса и запаха.
При откачке воды из скважин вследствие трения воды о частицы грунта происходит воронкообразное понижение уровня - депрессионная воронка, имеющая в плане форму, близкую к кругу по вертикали.
Дебит - (производительность, расход) скважины — это количество воды, выдаваемое выработкой в единицу времени. Измеряется в килограммах в секунду ( М/сут,