книги из ГПНТБ / Климентов П.П. Динамика подземных вод учеб. для геологоразведоч. техникумов

Пренебрегая капиллярным давлением и принимая, что в процес­ се длительной инфильтрации напорный градиент будет близким к единице, коэффициент фильтрации из формулы (XI,73) можно оп­ ределить при известном расходе потока Q как скорость фильтра­ ции при напорном градиенте, равном единице:

где Q — стабилизировавшийся в процессе опыта расход воды.

—

Рис. 161. Схема установки для опытов по инфильтрации из шурфа по способѵ Н. С. Нестерова

При определении коэффициента фильтрации по формуле (XI,74) действительно можно принимать напорный градиент близким к еди­

ных сил, а также боковое растекание потока. Учитывая изложен­ ное, способом Болдырева допустимо пользоваться для приближен­ ного определения коэффициента фильтрации в песчаных и трещиноватых породах, где влияние капиллярных сил и бокового растекания невелико.

Способ Н. С. Нестерова. Для того, чтобы уменьшить влияние бокового растекания, Н. С. Нестеров предложил на спланирован­ ное дно шурфа устанавливать концентрично два стальных цилинд­

ра разного диаметра, вдавливая их на глубину 5—10 см (рис. 161). В оба цилиндра наливается вода (высота слоя 2=10 см) и в про­ цессе всего опыта поддерживается на одном и том же уровне с по­ мощью двух сосудов Мариетта, наполненных водой (см. рис. 161). Опыт ведется до стабилизации расхода воды через внутреннее кольцо прибора во времени.

Допускается, что вода из кольцевого промежутка, образован­ ного внешним и внутренним цилиндрическим кольцами, расходует­ ся на просачивание, боковое растекание и капиллярное всасывание. Вода же, заполняющая внутренний цилиндр, расходуется главным образом на инфильтрацию в вертикальном направлении, что позво­ ляет приближенно принимать поперечное сечение инфильтрационного потока равным поперечному сечению внутреннего цилиндра. Следовательно, этот метод значительно упрощает определение по­ перечного сечения потока.

Для определения глубины просачивания бурятся две скважины небольшого диаметра: одна — на расстоянии 3—4 ж от стенки шур­ фа до опыта и другая, закладываемая в центре внутреннего коль­ ца,— по окончании опыта. Глубина просачивания устанавливается по величине влажности породы.

Вычисление коэффициента фильтрации ведется по формуле:

Значение капиллярного давления /гк, равное примерно 50% мак­ симальной высоты капиллярного поднятия, рекомендуется прини­ мать по данным, приведенным ниже.

Способ Нестерова дает лучшие результаты в слабопроницаемых породах, особенно в покровных суглинках и лёссах. К недостаткам способа относятся приближенный учет капиллярного растекания и длительность проведения опытов.

Способ Н. К. Гиринского. Способ учитывает растекание инфильтрационного потока, силы капиллярного всасывания и влияние за­ щемленного воздуха, остающегося в порах пород, насыщаемых при инфильтрации. В шурф, пройденный на необходимую глубину, через п о л ы й цилиндр, вдавливаемый в его дно на 1 —2 см, прово­

дят налив воды. Диаметр цилиндра принимается от 35 до 50 см, что упрощает последующие расчеты. Подача воды в цилиндр и под­ держание в нем постоянного уровня осуществляется с помощью предложенного Е. В. Симоновым автоматического регулятора

Рис. 162. Установка Е. В. Симонова для опытных нали­ вов в шурф по способу Н. К. Гиринского:

(рис. 162). В процессе опыта ведется учет расхода воды на инфиль­ трацию (для контроля опыта строится график Q — По дости­ жении стабилизации расхода (отклонение от среднего расхода не более 10% в течение 2—3 ч опыта) опыт прекращается. Длитель­ ность опыта в мелкозернистых песках и супесях 5—10 ч, в глинис­ тых породах — больше.

фициент, величина которого зависит от значения hK+ z и диаметра кольца (здесь 2 — слой воды в кольце в см).

Способ H. Н. Биндемана. Для определения коэффициента филь­ трации при инфильтрации из шурфов по способу Н. С. Нестерова H. Н. Биндеман предложил обрабатывать результаты опыта по формулам неустановившейся фильтрации.

Расчет коэффициента фильтрации проводится по формуле:

нимается промежуток времени от начала опыта, за который объем поды, пошедший на инфильтрацию Pt,, составляет половину объе­ ма воды, израсходованной на инфильтрацию за время t (время м легко устанавливается по кривой израсходованного объема воды

Метод Биндемана удобен, прост и не требует длительного про­ ведения опыта (стабилизация расхода воды во времени не обяза-

тельна); он дает возможность неоднократно определять параметры по результатам одного опыта (определение осуществляется для разных значений t и /і); он показывает достаточно точные резуль­ таты и особенно эффективен при проведении опытов в слабопрони­ цаемых породах.

Наряду с определением коэффициента фильтрации пород по ме­ тоду Биндемана можно определять величину капиллярного давле-

I

Рис. 163. Вспомогательный

для прогноза неустановившейся фильтрации. Для этого, вычислив

ределяется значение капиллярного давления Ак (для этого надо знать глубину просачивания воды /), или при известном hK опреде­ ляется 1.

Значение недостатка насыщения, определяемого в данном слу­ чае как отношение общего объема воды V, поступившей в породы из внутреннего кольца от момента начала опыта, к объему увлаж­ ненных ею горных пород со/, т. е.:

где со — площадь сечения внутреннего кольца.

Опытные наливы и нагнетания в скважины

Опытные наливы и нагнетания воды в скважины прово­ дят для определения коэффициентов фильтрации и водопоглощаю­ щей способности ненасыщенных и слабоводообильных трещинова­ тых и реже обломочных пород.

При наливах и нагнетаниях в водоносные породы для расчетов параметров можно применять те же формулы, что и при откачках с учетом конструктивных особенностей и степени несовершенства опытных скважин. При этом в расчетных формулах вместо пониже­ ний уровня учитываются соответствующие повышения уровня в центральной и наблюдательных скважинах. Методика расчетов су­ щественно усложняется при наливах и нагнетаниях в сухие породы, а также при опытах с поддержанием постоянного давления (напо-

ра) в опытых скважинах. Детальное рассмотрение методов опреде­ ления параметров по данным опытных наливов и нагнетаний в слабоводообильные горизонты и сухие породы проведено в работах H. Н. Веригина [34], В. М. Насберга [82] и др. Достаточно подроб­ ные сводки о применяемых расчетных формулах для конкретных схем проведения опыта даны в отдельных работах [23, 41, 57, 67, 95, 98 и др.].

Ниже рассмотрены только некоторые из схем проведения опыта по наливам и нагнетаниям в сухие породы.

Наливы в неводоносные породы, подстилаемые горизонтальным водоупором. При наливах в совершенную скважину, заложенную в неводоносных изотропных породах, когда уровень воды в процессе опыта находится в пределах рабочей части фильтра, определение параметров k и ц осуществляется по методике, предложенной Г. И. Баренблаттом и В. М. Шестаковым [29]. Исходными для опре­ деления параметров являются данные об изменении уровня потока, образующегося в результате наливов в скважину, во времени. На­ ливы выполняют с постоянным дебитом Q. Наблюдения за измене­ нием положения уровня образующегося потока на опытном участ­ ке ведутся по центральной и наблюдательным скважинам. При этом наблюдательная скважина должна располагаться на расстоя­ нии г, не превышающем половины высоты столба воды hc в цен­ тральной скважине (рис.165).

ну f(l) можно определять не по графику (рис. 166), а по формуле:

Располагая данными наблюдений за положением уровня в цент­ ральной или наблюдательной скважинах на несколько моментов времени, представляется возможным проводить многократные оп­ ределения параметров по результатам одного и того же опыта.

Наливы в скважину по методу В. М. Насберга. Для определе­ ния коэффициента фильтрации сухих пород при глубоком залега­ нии грунтовых вод, когда вода наливается в скважину при условии, что ее уровень не превышает верхней части фильтра, В. М. Насбергом [82] рекомендуется следующая расчетная формула:

уровней образующегося местного потока. Наблюдения за положе­ нием уровня являются при этом исходными данными для расчетов параметров. По H. Н. Веригину по данным о положении пьезомет­ рического уровня воды в центральной и наблюдательных скважи­ нах можно определить коэффициенты фильтрации k и активной по­ ристости р следующим методом.

При наличии двух замеров уровня воды h\ и h2 над кровлей во­ доносного горизонта в центральной скважине, соответствующих моментам времени t\ и t2 (время отсчитывается от начала опыта в сутках), используются следующие расчетные формулы:

С

При наличии наблюдательной скважины, в которой фиксирует­ ся время появления воды от начала опыта іи, расчеты параметров ведутся соответственно по формулам:

где h-a— столб воды в центральной скважине в момент появления воды в наблюдательной скважине.

Приближенно коэффициент фильтрации при опытных нагнета­ ниях в скважину можно определять по величине удельного водопоглощения q', под которым понимается величина поглощения воды (в л/мин) при напоре в 1 м, приведенная к длине испытуемого1ин-

/Q

тервала в 1 м yq' = где I — длина испытуемого интервала, в м;

где / и гс измеряются в м, q' в л/мин.

Пр и м ер 1. По данным налива в шурф определить коэффици­ ент фильтрации суглинков. Опыт проводился двое суток. При диа­ метре внутреннего кольца 0,25 м и толщине слоя воды в обеих кольцах 0,1 м дебит в течение последних 6 ч опыта составлял Q = = 0,0072 м31сут. Сравнение влажности образцов породы, получен­ ных при бурении скважины до и после опыта, показало, что глуби­ на просачивания / составила 3,25 м.

Р е ш е н и е. Определение коэффициента фильтрации проводим по методу Нестерова на основе формулы (XI,75). Предварительно, по данным на стр. 381, принимая значение капиллярного давления

песков по результатам налива в шурф по следующим данным: диа­ метр внутреннего кольца с? = 0,35 м, его заглубление в пески 10 = = 1 см, высота слоя воды в кольцах при опыте 2= 0,15 м, стабили­ зировавшийся расход воды Q= 3,7 л/мин = 5,32 м31сут.

Р е ш е н и е . Определяем коэффициент фильтрации на основе формулы (XI,76) применительно к обработке результатов по мето­ ду Гиринекого. По данным на стр. 381 находим /ік= 30 см; hK+ z — = 30+15 = 45 см. Далее по таблице (стр. 383) при hK+ z = 45 см и диаметре внутреннего кольца d = 35 см находим значение коэффи­

ДВИЖЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В РАЙОНАХ ОРОШЕНИЯ И ОСУШЕНИЯ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ОСОБЕННОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В МАССИВАХ ОРОШЕНИЯ

Мелиорация сельскохозяйственных земель рассматрива­ ется в нашей стране как один из основных путей повышения их пло­ дородия и интенсификации сельскохозяйственного производства. Вопросы мелиорации и, в частности, развития орошаемого земледе­ лия являются предметом особой заботы партии и правительства с первых дней Советской власти. Грандиозная программа мелиора­ тивного и гидротехнического строительства, намеченная Директи­ вами XXIII съезда КПСС и решениями майского Пленума ЦК КПСС (1966 г.), получила дальнейшее развитие и подтверждение в решениях исторического XXIV съезда КПСС и его Директивах по пятилетнему плану развития народного хозяйства на 1971—1975 гг.

Только в течение девятой пятилетки намечено ввести в эксплуа­ тацию 3 млн. га новых орошаемых земель (включая земли лиман­ ного орошения), провести работы по обводнению пастбищ на пло­ щади 41,2 млн. га и повышению водообеспеченности земель сущест­ вующего орошения, провести осушение сельскохозяйственных угодий в зонах избыточного увлажнения на площади 5 млн. га, в том числе с закрытым дренажем на площади 3 млн. га. При этом особое внимание обращается на улучшение качества водохозяйст­ венного и мелиоративного строительства, широкое внедрение меха­ низации и автоматизации оросительных и осушительных систем, обеспечение их высокой экономической эффективности, всесторон­ нее научное обоснование их проектирования и строительства.

Общую площадь мелиорированных в нашей стране земель к 1985 г. предполагается довести примерно до 48 млн. га, в том числе орошаемых — до 21 млн. га.

Чтобы представить масштабы намеченного мелиоративного строительства, достаточно подчеркнуть, что общая площадь мели­ орируемых земель по состоянию на конец 1970 г. в нашей стране составляла: орошаемых— 11,1 млн. га, осушаемых — 10,2 млн. га, обводненных— 173,5 млн. га.

Характерной чертой проектируемых инженерных мелиораций является их комплексность, которая находит выражение в том, что при проектировании, например, гидротехнических сооружений (во-