6.8.3. Напрямок, швидкість і витрати потоку ґрунтових вод.
Для вирішення практичних завдань водопостачання або обладнання дренажних споруд майже завжди необхідно мати відомості про напрямок та швидкість руху ґрунтових вод. Визначають напрямок і швидкість руху у польових умовах різними методами.
Напрямок потоку. Є кілька способів визначення напрямку руху ґрунтових вод. На карті гідроізогіпсів напрямок потоку визначається за допомогою висотних позначок гідроізогіпсів (вода тече в напрямку зменшення висот) (рис.14).
Рис.14 Визначення напрямку руху підземних вод за картою гідроізогіпсів
В разі відсутності даних для побудови карти гідро ізогіпсів, користуються методом трьох свердловин. Між найбільшою і найменшою позначками РПВ знаходять точку з позначкою рівня третьої (середньої) свердловини. Дві однакові позначки з'єднують лінією, до якої проводять перпендикуляр із найбільшої позначки. Цей перпендикуляр і вказує напрямок руху води (рис.15).
Рис.15 Схема для визнчення напрямку руху грунтових вод за трьома свердловинами:1- напрямок руху води; 2 – гідроізогіпса
з відміткою 40,6 м.
Для визначення напрямку руху користуються також колориметричним, соляним або електролітичним методами. Для цього пробурюється декілька свердловин по периметру з дослідною свердловиною у центрі. В дослідну свердловину уводять органічну фарбу, сіль або електроліт і фіксують його появу у спостережних свердловинах.
Швидкість руху ґрунтових вод. Оскільки вода рухається в породах з неоднаковою швидкістю, мова може йти про середню швидкість руху. Ця швидкість визначається тими ж методами, що і напрямок.
Метод барвників і соляний полягає в тому, що у напрямку руху води пробурюють дві свердловини. Барвник або сіль уводиться в ту свердловину, яка знаходиться вище за течією (це дослідна свердловина). Поява барвника в спостережній свердловині дозволяє визначити відрізок часу (t1 - t2), напротязі якого вода подолала шлях l між свердловинами. Швидкість руху буде:
V = l / t1 - t2,
де t1 - час введення барвника (солі); t2, час появи барвника (солі) в спостережній свердловині.
Замість барвника або солі можна користуватися електролітом (NH4Cl, NaCl та ін.). В цьому випадку електричний ланцюг складається у двох свердловинах, віддалених на 2...4 м одна від одної. У нижній свердловині за допомогою амперметра фіксують підвищення електропровідності води за рахунок появи електроліту. Максимальна електропровідність відповідає часу t2.
Крім названих методів швидкість руху води можна визначити за допомогою карти гідроізогіпсів, користуючись формулою V=Кф·I. Для цього необхідно знати коефіцієнт фільтрації порід і знайти гідравлічний градієнт.
6.8.4. Витрати плоского потоку.
Потік підземних вод може бути безнапірним і напірним. Вода може рухатися в однорідних і неоднорідних шарах, при горизонтальних і похилих водотривах.
Витрати безнапірного потоку в однорідних шарах. Водотрив горизонтальний.
Витрати води визначаються за законом Дарсі
,
,
де В – ширина потоку, м; Нср – середня потужність потоку; Нср = (Н1+ Н2)/2; м;
Iср – середній гідравлічний градієнт Iср=(Н1- Н2)/L;
Н1 i Н2 – напори в точках 1 і 2.
Витрати плоского потоку шириною В = 1 м визначаються за формулою
q = Q / B=Кф(Н21- Н22)/2L,
тут L – довжина потоку.
Рис.16 Ґрунтовий потік з горизонтальним водотривам.
Витрати безнапірного потоку в однорідних шарах. Водотрив похилий.
Витрати плоского потоку шириною В = 1 м визначають також за законом Дарсі
q = КфF Icр = КфL hcр Icр= Кф (h1+ h2)/2 (Н1- Н2)/L,
hcр – середня висота потоку шириною 1 м; hcр= h1- h2/2;
Iср - середній гідравлічний градієнт; Iср=(Н1 - Н2)/L.
Рис.17 Горизонт ґрунтових вод з ухилом.
Витрати напірного потоку в однорідному шарі.
Витрати напірного потоку на 1 м ширини потоку при постійній потужності водоносного шару.
q = КфFср Icр = Кф hв(Н1- Н2)L,
де Н1 і Н2 – п’єзометричні рівні води в точках 1 і 2; hв -
Якщо потужність напірного шару змінюється на ділянці L, то витрати на 1 м ширини потоку складуть
q = КфFср Icр = Кф (h1 + h2)/2 (Н1 - Н2)/L,
де Fср – середня площа потоку, Fср = (h1 + h2)/2;
Icр - середній гідравлічний градієнт; Iср=(Н1 - Н2)/L,
При значній різниці в потужності водоносного шару для розрахунків використовують формулу Біндемана:
.
Якщо підземні води рухаються в неоднорідних водоносних шарах, то витрати визначають за середнього значення коефіцієнта фільтрації Кфср.
Рис.18 Рух напірного потоку: а) при постійній потужності; б) та в) при змінній потужності.