Решение задач о движении ПВ, выбор гидрогеологических расчетов и расчетные схемы производятся на основе схематизации
природных гидрогеологических условий
Основной закон движения ПВ
Движение происходит при наличии разности гидравлических напоров (уровней): воды движутся
от мест с более высоким напором (уровнем) к местам с низким напором.
Гидравлический градиент (ГГр)
Отношение разности напоров Н
к длине пути L фильтрации - I = ΔН/L, т.е. чем больше разность напоров
ΔН = Н1 – Н2, тем скорость движения подземных вод будет выше.
Градиент напора (напорный градиент) – величина безразмерная.
закон Дарси - фильтрация в полностью водонасыщенных породах при ламинарном движении
Q = kф FI
где Q – расход воды или количество фильтрующей воды через поперечное сечение F в единицу времени, м3/сут;
kф – коэффициент фильтрации, м/сут;
F – площадь поперечного сечения потока воды или водоносного пласта, м2;
ΔН – разность напоров, м;l – длина пути фильтрации;
I – гидравлический (напорный) градиент.
Скорость фильтрации
– разделив обе части уравнения на площадь сечения F и используя понятие скорости фильтрации (v), т.е. отношение расхода воды Q к площади поперечного сечения потока,
V= Q/ F, получаем, что v= kф I.
Из этого выражения закона Дарси следует, что
скорость фильтрации пропорциональна kф и напорному градиенту в первой степени (при ламинарном движении) или
= коэффициенту фильтрации при напорном градиенте = 1.
Действительную скорость - vд
движения воды определяют с учетом пористости породы vд = v/n,
где n – пористость, выраженная в долях единицы.
Так как величина пористости всегда меньше единицы, то
действительная скорость движения воды всегда значительно выше скорости фильтрации (примерно в 3-4 раза). Например, в галечниках при n = 0,25 действительная скорость движения подземных вод будет в 4 раза выше скорости фильтрации.
В глинистых породах часть пор занята связанной водой и вода передвигается только через открытые поры, поэтому в данном случае в формулу вводят не n, а nакт (активную пористость).
Дебит (Q)
(син. –производительность, расход)
Объем воды, выдаваемый скважиной, колодцем или в результате самоизлияния из естественного источника, в единицу времени
( М3/сут., см3/с или л/с )
Источники (ключи, родники) - естественные выходы подземных вод на земную поверхность: постоянные, периодические, сезонные и временные источники (в зависимости от характера действия).
В зависимости от температуры различают источники: кипящие, горячие, теплые и холодные.
Каптаж или каптирование – благоустройство родников человеком.
Расход плоского грунтового потока
Рассчитывается для движения подземных вод к траншеям, штольням и другим горизонтальным выработкам, в т.ч. строительным котлованам и дренажным системам.
Плоский поток может быть:
-грунтовым (безнапорным) и напорным;
-перемещаться в однородных и неоднородных пластах,
-при горизонтальных и наклонных водоупорах (рис. 67).
Рис. 60. Схема для расчета расхода плоского потока грунтовых вод: а – с горизонтальным водоупором (вуп); б – с наклонным вуп
Водоупор горизонтальный
Согласно основному закону фильтрации, в пределах рассматриваемого участка от сечения I до сечения II расход грунтового потока в однородных пластах может быть определен как
|
, |
где Kф – коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сутки; В
– ширина потока, м; hср – средняя мощность потока, м; Iср – средний напорный градиент.
Расход плоского потока удобнее выражать на единицу его ширины, т.е. в виде единичного расхода q = Q/B
При значительной разности мощностей для расчетов используется формула Н.Н. Биндемана
При наклонном водоупоре
единичный расход грунтового потока определяется также из закона Дарси
где H1 и H2 – напоры воды в сечениях I и II, отсчитанные от условной плоскости сравнения (О-О) или уровня моря (сл. 59), l
– расстояние между створами.