Движение подземных вод в трещиноватых породах

Движение воды в трещиноватых породах существенно отличает­ся от фильтрации в зернистых породах, если трещины широкие и не заполнены глинистым материалом. В этом случае возникают большие скорости движения подземных вод, которые могут дости­гать сотен и тысяч метров в сутки, в тысячи раз превышая скоро­сти движения подземных вод в песчаных породах.

А. А. Краснопольский в движении воды в трещиноватых поро­дах усматривает «аналогию с движением воды в сложной системе закрытого водопровода». Он считает, что для практических расче­тов движения подземных вод в трещиноватых породах можно при­менять тот же закон, что и для движения воды в трубах и кана­лах, т. е. закон турбулентного движения, по которому скорость прямо пропорциональна корню квадратному из уклона, и предла­гает использовать следующую видоизмененную формулу Шези:

(VII-54)

где Vi — средняя скорость движения воды в трещинах; /С_ш — коэф­фициент скорости передвижения воды в трещинах.

Умножив обе части формулы (VII.54) на коэффициент живого сечения п, близкий к коэффициенту пористости, и на площадь се­чения потока F, получим величину расхода:

По_аналогии е фильтрацией в зернистых породах величину КтП-У 1 можно рассматривать как некоторую приведенную ско­рость, соответствующую скорости фильтрации; ее получают деле­нием расхода Q на общую площадь сечения потока F:

Приравняв К_шп к Kh, получим формулу, приведенную в VI главе:

где Kh можно назвать коэффициентом водопроводимости. Как v, так и Kh являются величинами, приведенными к общей площади се­чения трещиноватого массива, а не к площади пористого простран­ства в нем, поэтому v и Kh представляют собой, как и в случае зернистых пород, условные величины.

221

Следует заметить, что «приведенность» v и Кь., по данным Г. Н. Каменского, проявляется очень резко: отношение действи­тельной скорости движения воды в трещинах к скорости фильтра-

ции v, равное — , при небольшой общей пористости или скважно-п

сти породы достигает значительной величины, гораздо большей, чем в песчаных грунтах.

А. А. Краснопольский применил свою формулу для составления уравнения притока воды к грунтовым и артезианским колодцам.

Для любого цилиндрического сечения потока, направленного к грунтовому колодцу, можно на основании тех же соображений, что и при выводе уравнений Дюпюи, написать:

(VII-55)

где обозначения те же, что и в уравнении Дюпюи. Преобразовав формулу, получим:

(VH-56)

При небольших понижениях уровня по сравнению с общей мощ­ностью горизонта (Я) формула приобретает иное выражение:

(VII-57)

Для артезианского колодца дифференциальное уравнение пото­ка имеет вид

(VII-58)

Преобразовав формулу, получим:

Принимая z/2=#; yi = h; x₂ = R; Xi = r, получим:

Считая— =0 и Н — h=S, найдем: R

(VII-59)

222

Поглощающие колодцы и канавы в зернистых и трещиноватых породах. Поглощающие выработки устраиваются при проведении опытов по наливу или нагнетанию воды для определения фильтра­ционных свойств пород в связи со строительством гидротехнических сооружений. В некоторых районах эти выработки используются для оценки водопоглощения при устройстве на сухих породах полей фильтрации сточных вод, при спуске в водоносные горизонты не­загрязненной промышленной и хозяйственной воды для увеличения запасов подземных вод.

При наливе воды в грунтовый колодец вокруг него, как и при откачке, образуется -воронка депрессии,' выпуклостью обращен­ная не вверх, а вниз.

Рис. 104. Поглощающий грунтовый совершенный колодец

В данном случае величина h соответствует столбу воды в ко­лодце в момент налива, а Я — естественному уровню воды в водо­носном горизонте. Радиус влияния поглощающего колодца опре­деляется расстоянием, на которое распространяется изменение естественного уровня воды. По аналогии с формулой для притока воды к колодцу можно получить следующее выражение для вы­числения поглощения воды колодцем:

(VII-60)

где обозначения те же, что и выше.

Поглощающие колодцы могут быть совершенными (рис. 104), когда они доведены до водоупора, и несовершенными, когда водо­носный горизонт вскрыт ими лишь частично (рис. 105). Как и обыч­ные колодцы, поглощающие колодцы могут иметь не только про­ницаемое дно, но и проницаемые стенки.

Водопоглощение может осуществляться также в напорном во­доносном горизонте. В этом случае формула величины водопогло­щения выводится примерно так же, как и формула притока воды к артезианскому колодцу, с той лишь разницей, что при удалении

223

от поглощающего колодца величина уровня воды постепенно уменьшается. Конечная формула расхода на водопоглощение для напорного колодца имеет следующий вид:

(VII-61)

где h — уровень воды в колодце при наливе или нагнетании; Я — уровень воды в наблюдательной выработке, заложенной на рас­стоянии R от опытного колодца; т — мощность артезианского го­ризонта.

Рис. 105. Поглощающий грунтовый несовершенный колодец

Для водопоглощения может быть использована канава. При этом единичный расход воды из канавы (т. е.' водопоглощение на 1 м длины канавы) q может быть вычислен по формуле

(VII-621

где h — уровень воды при наливе в канаву; Я— первоначальный уровень воды в канаве; остальные обозначения те же, что и выше,