Экзаменационный билет № 13

1. Режимы фильтрации подземных вод при проведении опытных откачек. Аналитические и графоаналитические методы определения гидрогеологических параметров.

Режимы: Установившийся (если колебание уровня происходит не более чем в 5 см)- используются методы расчета Джейкоба и м-д подбора;

Неустановившийся – м-д кривая дебита.

Основными параметрами, которые определяются при обработке результатов опытно-фильтрационных работ на основе теории неустановившегося движения, являются коэффициенты фильтрации, водопроводимости, пьезо- и уровнепроводности, водоотдачи, показатель гидродинамического сопротивления скважин.

Для определения этих параметров применяются следующие методы:

1.Графоаналитический метод:(метод Джейкоба). Использование метода даёт обоснования осреднения параметров, как по площади, так и во времени.

1.1 Способ временного прослеживания: S-f(lgt)_B

1.2. Способ площадного прослеживания: S-f(lg), t-const

1.3. Способ комбинированного прослеживания: S-f(lgt/r²)

Метод подбора, основанный на сопоставлении величин понижения уровня в одной и той же точке потока на два различных момента времени или в двух разных точках на один момент времени и дальнейшем подборе значений параметров, удоку4влетворяющих рассматриваемому соотношению понижений уровня (используются экспоненциальные функции, определяемые по графикам в справочной литературе)

2. Основные виды движения подземных вод. Схемы естественных установившихся потоков. Линейные и нелинейные законы фильтрации.

Фильтрация – перемещение подземных вод в порах и трещинах под действием силы тяжести.

Скорость фильтрации – количество воды (объемный расход), которое протекает в единицу времени через единицу площади поперечного сечения пористой среды.

Движение подземных вод в горных породах по своему характеру может быть:

1.Ламинарным – такое движение, когда струйки воды передвигаются без завихрения, параллельно одна другой с небольшими скоростями течения без разрыва сплошности потока. В 95% движения подземных вод ламинарно. Возникает в пористой и трещиноватой среде. Характерно: малые скорости (1 м/сутки), параллельно-струйчатость, отсутствие разрыва сплошности по пути движения потока.

2.Турбулентным – движение воды, для которого характерны большие скорости, вихреобразность, пульсация и перемешивание отдельных струй. Возникает в крупных пустотах и трещинах, а также на локальных участках интенсивного воздействия инженерных сооружений (например, при интенсивных откачках из скважин).

Характерно: высокие скорости (км/сутки), вихреобразность, разрыв сплошности потока по пути движения.

Законы движения подземных вод:

Ламинарное движение подземных вод в горных породах подчиняется линейному закону фильтрации, установленному экспериментально Дарси.Закон Дарси — закон фильтрации жидкостей и газов в пористой среде. Он 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. Линейный закон Дарси может быть записан формулой: . Скорость фильтрации при единичном напорном градиенте численно равна коэффициенту фильтрации.

Законы нелинейной фильтрации описывают фильтрацию в области выше верхнего предела применимости закона Дарси. Для трещиноватых пород при турбулентном движении воды установлен закон фильтрации (закон Краснопольского-Шези) в виде:

Q = kF√I

Скорость фильтрации в данном случае будет равна:

V = k√I,

где k — коэффициент водопроницаемости породы, представ­ляющий собой приведенную скорость фильтрации при градиенте, равном 1.

При турбулентном движении скорости фильтрации потока пропорциональны напорному градиенту в степени ½, а силы сопротивления (выраженные через напорный градиент) пропорциональны квадрату скорости фильтрации.

Фильтрация со скоростями выше критической происходит только в крупных трещинах, порах, карстовых пустотах, вблизи искусст­венных выработок.

В неодинаковых по проницаемости породах возможен сме­шанный режим фильтрации. Тогда закон Дарси можно выразить в обобщенной форме:

J = aV + bV² = v/K (1 + αv),

где а = 1/К и b = а/К — фильтрационные параметры; К — коэффи­циент фильтрации при ламинарном режиме, м/сут; α — коэффи­циент нелинейной фильтрации; I — напорный градиент.

Если элементы потока (B, H, Q) во времени претерпевают значительные изменения, то поток называетсянеустановившейся; если изменения незначительны, то режим движения потока установившейся.

Структура потока определяется характером деформаций гидродинам. Сетки. Общей формой потока является пространственный поток, в котором гидродинамическая сетка деформируется по 3 координатам. При гидрогеологическихрасчётах применяются плоские потоки в вертикальном сечении профильные и в плане – плановые. Для плоских потоков характерна деформация гидродинамической сетки и какой-либо одной плоскости. В плановых потоках деформация происходит по 2 координатам (х и у). Профильный в плане поток имеет плоскопараллельный характер, а его гидродинамическая сетка искажается в разрезе.