Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Экзамен.docx
Скачиваний:
28
Добавлен:
06.12.2018
Размер:
2.38 Mб
Скачать

Вопрос № 31 Основные элементы фильтрационного потока.

Фильтрация – движение одно- или многофазных капельножидких подземных флюидов через горные породы, обусловленное наличием перепада напоров. Водоносные горизонт, через который идет фильтрация воды, называется сответствено фильтрационным потоком. Наряду с основными элементами водоносного горизонта, фильтрационный поток характеризуется рядом гидродинамических элементов.

Основными гидродинамическими элементами фильтрационного потока являются: пьезометрический напор, напорный градиент, линии тока и линии равных напопров. При этом для простоты расчетов под фильтрационным потоком понимается не реальный поток жидкости, движущийся только через поровое пространство, а фиктивный поток, занимающий весь водоносный горизонт, включая поровое пространство и скелет породы.

Пьезометрический напор. Понятие о напоре воды введено в науку русским ученым Д. Бернулли. По его определению, величина напора выражается следующим уравнением:

где Р – гидростатическое давление в исследуемой точке потока; t – объемная масса воды; Z – высота исследуемой точки потока над выбранной плоскость сравнения напоров; v2/2g – скоростной напор, который в потоке подземных вод весьма мал и обычно приравнивается к нулю. В этом случае:

Первая часть уравнения известна под названием пьезометрического напора, а отношение , как пьезометрическая высота. Последняя представляет собой высоту, на которую должна подниматься вода над выбранной точкой потока под влиянием гидростатического давления Р в этой же точке. В случае безнапорного оттока пьезометрическая высота равно глубине погружения данной точки от зеркала грунтовых вод, а в случае напорных вод – глубине погружения точки от пьезометрической поверхности этих вод. Из изложенного видно, что пьезометрический напор слагается из двух величин: пьезометрической высоты h и высоты данной точки поток над выбранной плоскостью сравнения напоров Z.

Для подземных вод с горизонтальным залеганием водоупорного основания за плоскость сравнения берется обычно подошва водоносного слоя, тогда пьезометрический напор H равняется мощности потока h. Для подземных вод с наклонным залеганием водоупорного основания за плоскость сравнения берут любую горизонтальную плоскость, проходящую ниже водоупорного основания, и по отношению к ней рассчитывается напор.

Напорный градиент. При движении воды через поры горных пород часть напора теряется на трение, что создает уклон поверхности подземных вод в сторону их движения. Если сделать вертикальный разрез по направлению движения подземных вод, то получим кривую движения напора: у вод со свободной поверхностью она называется кривой депрессии, а у напорных вод – пьезометрической кривой.

Линии тока и линии равных напоров. Линия тока представляет собой линию, которая касательна в каждой своей точке к вектору скорости частицы жидкости, находящейся в этой точке. При установившемся движении в каждой из точек фильтрационного потока скорости остаются во времени постоянными по величине и направлению. Следовательно, постоянными остаются и линии тока. Говоря другими словами, при установившемся движении линии тока совпадают с траекториями частиц жидкости.

Следовательно, в зависимости от поведения линии тока надо различать установившееся и неустановившееся движение. При установившемся движении параметры потока – мощность, напорный градиент и расход – не изменяются во времени, в то время как при неустановившемся эти параметры беспрерывно изменяются.

Линии, перпендикулярные к линиям токов, представляют собой линии равных напоров, или эквипотенциали. Проекция этих последних на горизонтальную плоскость представляют собой гидроизогипсы (для безнапорных вод) или гидроизопьезы (для напорных вод).