Залегании слоев:

1 – водоупор; 2 – водоносный слой; 3 – буровые скважины;

4 – область питания водой; 5 – пьезометрический уровень;

H – высота напора

5.5. Движение подземных вод

Законы движения. Подземные воды могут передвигаться в грунтах путем инфильтрации и фильтрации. Инфильтрация воды происходит в порах с их частичным заполнением воздухом или водяными парами в зоне аэрации. Фильтрация в виде движущегося потока происходит при полном заполнении пор водой.

Движение грунтового потока в водоносных слоях (галечнике, песке, супеси, суглинке) имеет параллельно-струйчатый или ламинарный характер и подчиняется закону Дарси. В крупных пустотах происходит вихревое или турбулентное движение воды, но сравнительно редко. Движение подземных вод может быть установившимся и неустановившимся, напорным и безнапорным.

Ненапорные грунтовые воды имеют водоупор снизу и свободную поверхность сверху. Такие воды передвигаются от более высоких мест к низким (рис. 60).

Рис. 60. Схема безнапорной фильтрации

Грунтовой воды

Разность напоров ΔH = H₁ – H₂ в сечениях 1 и II обусловливает движение воды в направлении сечения II. Скорость движения водного потока зависит от разности напора (чем больше ΔH, тем больше скорость) и длины пути фильтрации L.

Отношение разности напора ΔH к длине пути фильтрации l называют гидравлическим уклоном (гидравлическим градиентом)

I = ΔH /L.

Современная теория движения подземных вод базируется на законе Дарси:

Q = K_фАΔH/L = k_фАl ,

где Q – расход воды или количество фильтрующейся воды в единицу времени, м³/сут; К_ф – коэффициент фильтрации, м/сут; А – площадь поперечного сечения потока воды, м²; ΔH – разность напоров, м; L – длина пути фильтрации, м.

Источники (ключи, родники) - места естественных выходов воды на дневную поверхность. При прорезании грунтовой воды эрозионной сетью возникают нисходящие источники: сосредоточенные выходят потоком в одном месте, рассредоточенные – проса-чивание воды на склоне через слой глинистого грунта. Напорные воды могут давать фонтанирующие (восходящие) источники.

Форма движения потоков грунтовых вод. На строительных или хозяйственных площадках при устройстве дренажей необходимо знать направление движения потоков воды в зависимости от местных геологических условий, рельефа местности и других факторов. Различают потоки плоские, радиальные (сходящиеся и расходящиеся) и криволинейные (рис. 61).

Рис. 61. Формы потоков грунтовых вод:

а – плоский; б – радиальный расходящийся; в – радиальный

сходящийся; г – криволинейный

По карте гидроизогипс направление потока устанавливается по высотным отметкам гидроизогипс (см. рис. 61). Более точные данные для отдельного участка получают методом трех скважин. Берут отметки уровней воды трех скважин, расположенных на вершинах равностороннего треугольника, например, 128, 130 и 125 м (рис. 62).

Можно также использовать метод, когда в центральную скважину вводят сильный краситель, появление которого в одной из наблюдательных скважин указывает направление потока воды.

Рис. 62. Определение направления потока