12.2. Методы определения коэффициента фильтрации

Коэффициент фильтрации K определяется как лабораторными, так и полевыми методами (откачки, наливы, нагнетания). Второй способ гораздо точнее первого. Все эти методы изложены в курсах «Динамика подземных вод» и «Грунтоведение».

Величина K для различных горных пород (м/сутки):

глины –0,001-0,01

суглинки – 0,01-0,1

супеси – 0,1-0,5

песок глинистый – 0,5-1,0

песок – 1-50

песок с галькой – 50-100

галечники – 100-200

12.3. Водопроводимость

Характеризуется коэффициентом водопроводимости

T=K·h

Т=K·m

где h, m – средняя толщина напорного (m) и безнапорного (h) водоносного горизонта.

Он выражает способность водоносного горизонта (комплекса) толщиной h и m, и шириной 1м, фильтровать воду в единицу времени при I=1.

Таким образом, коэффициент фильтрации K и водопроводимость горных пород T зависят от многих факторов (свойства фильтрующейся жидкости и фильтрующей среды).

12.4. Установившееся и неустановившееся движение

Характер движения подземных вод может быть установившимся и неустановившимся во времени. Это связано с изменением уровня подземных вод, напорного градиента, скорости и расхода. Изменения связаны с естественными и искусственными факторами: выпадение осадков, изменение уровней поверхностных вод, функционирование водохранилищ, откачки воды из скважин и горных выработок. Там, где эти изменения незначительны, движение установившееся. Характер движения проявляется как в безнапорных, так и в напорных потоках. В случае неглубоких безнапорных потоков, когда упругими свойствами воды и горных пород можно пренебречь, режим фильтрации – жесткий. В напорных водоносных горизонтах при вскрытии их скважинами и на первых этапах откачек происходит разуплотнение воды и упругое расширение пород. В результате вода выдавливается из пласта в скважины и другие водозаборные сооружения. Такой режим называется упругий, соответствующий неустановившемуся движению.

Кроме упругих сил воды и пород неустановившееся движение может формироваться под воздействием притока воды из других горизонтов или при осушении пласта в области его выхода на поверхность. В случае поступления воды из поверхностных источников питания и интенсивного подпитывания соседними водоносными горизонтами или слоями, движение подземных вод со временем стабилизируется и переходит в установившееся.

Все расчеты по неустановившейся фильтрации выполняются с учетом фактора времени.

13. Гидрогеотермия

13.1. Гидрогеотермический режим земной коры

Тепловой режим Земли формируется под влиянием различных источников тепловой энергии – внешних (космос) и внутренних (планетарные).

Внешние (космические) источники тепла – солнце, луна, звезды, космические лучи. Основным является солнце. Именно солнечная энергия и сила тяжести определяют круговорот воды (гидрологический). Земля поглощает в среднем 6,9·10⁹ Дж/см² в год радиационного тепла; 35,7% теряется на длиноволновое излучение, 10,8% уходит в атмосферу, 53,5% расходуется на испарение. Тепловой баланс поверхности Земли положительный, т.е. приход тепла превышает расход. Это предопределяет влияние инсоляции на гидрогеотермические условия верхних слоев Земной коры, которая менялась во времени и пространстве (смена климатов на Земле). Значительную роль в перераспределении солнечного тепла играют крупные поверхностные водоемы, где активный теплообмен приводит к охлаждению толщ пород под их дном на значительную глубину. Радиация меняется от широты.

Внутренние источники тепла – ранее связывали с остыванием планеты. Другие, наоборот, считают, что Земля разогревается. Значительную роль сыграло открытие радиоактивности. Даже считали, что радиоактивное тепло является основным источником. Однако расчеты показали, что подкоровые толщи Земли практически не содержат радиоактивных элементов. Потоки же тепла под океаном и на континентах практически равны. По современным представлениям глубинное тепло складывается из многочисленных источников (упругая энергия сжатой планеты, энергия гравитационной дифференциации, колебания скорости вращения Земли и др.), каждый из которых одного порядка с радиогенным теплом. Не следует исключать роль физико-химических процессов ядра и мантии, а также тепловой эффект геологических процессов. Например, Ж. Гогель (1978) оценил тектонические процессы в 3·10²⁵ эрг/год.