6.2 Вычисление основных площадных характеристик грунтового потока

На строительных площадках при решении практических задач по водоснабжению или устройству дренажей почти всегда необходимо знать направление движения потоков подземных вод. При отсутствии карты гидроизогипс данные для отдельного участка получают методом трех скважин. Рассмотрим методику определения направления потока грунтовых вод этим методом, построим колонку одной из скважин, определим скорость фильтрации и действительную скорость потока грунтовых вод, единичный расход грунтового потока.

Тремя скважинами, расположенными (в плане) в углах равностороннего треугольника со стороной 160 м, вскрыты водоносные пески, подстилаемые водоупорными глинами (табл. 1).

Таблица 1

Данные для расчета единичного грунтового потока

Данные для расчета	Номер скважины
	1	2	3
Абсолютная отметка устья скважины, м	245,0	242,8	250,1
Абсолютная отметка уровня воды, м	243,1	240,6	248,0
Абсолютная отметка кровли водоупора, м	240,2	237,4	244,8
Коэффициент фильтрации kф, м/сут	2,9	2,9	2,9
Пористость песка n, %	35	35	35

Колонка скважины приведена на рис. 5, а. Для определения направления потока составляют (в масштабе) план расположения скважин (рис. 5, б), указывают их номера и абсолютные отметки уровня грунтовых вод (УГВ) в каждой скважине. Направление потока в плане перпендикулярно гидроизогипсам. При наличии только трех скважин достаточно провести одну гидроизогипсу. С этой целью между скважинами с максимальной (248,3 м) и минимальной (240,6 м) отметками УГВ путем линейной интерполяции находят точку с отметкой, равной 243,1 м (точка А на рис. 5, б). Через точку А и скважину 1 проводят гидроизогипсу. Направление потока перпендикулярно гидроизогипсе и направлено в сторону понижения уровня грунтовых вод (показано стрелкой).

Рис. 5. Колонка буровой скважины №1 (а) и план-схема определения направления потока (б)

Скорость фильтрации вычисляют между любыми двумя точками, расположенными по направлению потока по формуле:

V=k_фI, (2)

где k_ф – коэффициент фильтрации, I – гидравлический уклон;

I=(Н₁–Н₂)/L, I=(248,0–243,1)/104=0,05, (3)

Н₁ и Н₂ – соответственно напоры в двух точках, расположенных по направлению течения воды; L – расстояние между точками, в которых определялись напоры Н₁ и Н₂.

Для вычисления скорости фильтрации опускают перпендикуляр на гидроизогипсу (рис. 11, б) и определяют (по масштабу) расстояние L от скважины 3 до точки Б. L = 104 м. Напор в любой точке измеряют от условной горизонтальной линии, следовательно, в скважине 3 и точке Б их можно принять равными абсолютным отметкам уровня грунтовых вод, т. е. Н₁=248,0 м; Н₂=243,1 м. Тогда:

V=2,9·(248,0–243,1)/104≈0,14 м/сут.

Действительная скорость потока:

V_д=V/n; (4)

V_д=0,14/35=0,04, м/сут

Единичный расход грунтового потока – наиболее удобная количественная характеристика плоского подземного потока (расход при ширине потока, равной 1 м), вычисляем по закону Дарси:

q= k_фIhb, (5)

где h – средняя мощность водоносного горизонта, b – ширина потока, равная 1 м.

h=(h₁+h₂+h₃)/3={(243,1–240,2)+(240,6–237,4)+(248,0–244,8)}/3=3,1м

q=2,9·3,1·0,05≈0,45 м³/сут.

Рис. 6. Фрагменты карт гидроизогипс