8.Представления о фильтрации подземных вод (п.В.) в литосфере (геофильтрация). Энергетические характеристики водного потока: давление, гравитационный потенциал, гидростатический напор.

П.В. находятся в постоянном движении и непрерывно происходит их разгрузка. Перемещаются они за счет разности в энергетическом потенциале или разности напоров от мест с более высокими значениями в места с более низкими. В соответствии с законами физики П.В. в пределах своей гидравлической системы стремятся достичь такого положения, когда их энергетический потенциал будет минимальным. При движении из области более высокого гидростатического давления к области более низкого, вода теряет энергию, вследствие сил трения (о частицы грунта). Фильтрация П.В.- движение свободной гравитационной воды, происходящее за счет градиента напора и сил тяжести. U=Vф/n, где U- истинная скорость; Vф- скорость фильтрации; n – активная скважность. U всегда> Vф…… n = (площадь живого сечения)/ площадь фильтрации. Поток воды рассматривается сплошным, а не дискретным. Энергетические характеристики: Напор- давление жидкости, выраженное высотой столба, на которую она поднимается. 1.Гидродинамический напор (Hg) - обобщенная характеристика потенциальной энергии, отражающая энергию гидростатистического давления и энергию положения ее уровня. При низких скоростях течения. Гидродинамический напор является основным показателем энергии подземного потока. Напор характеризуется положением уровня в наблюдаемой скважине, относительно произвольно выбранной горизонтальной плоскости. Hg=z + P/Y + (V)^2/ (2g)= Hпьез+ z, где z -ордината точки (м), P- давление жидкости, Y- плотность жидкости( кг/ куб.м), g- ускорение свободного падения, hпьез- пьезометрическая высота(высота , на которую поднимается вода под действием гидростатического давления. Характеризует энергию давления); (V)^2/ (2g) – характериз. Изменение кинетической энергии в данной точке. Если пренебречь силами инерции, то гидродинамический напор меняется на гидростатический и характеризует уровень потенциальной энергии в данной точке. Н= z + P/Y

Уравнение Бернулли. z + P/Y+(V)^2/ (2g)= z + P/Y+(V)^2/ (2g) +▲Н1-2 левая часть уравнения-(данные для первой точки), правая часть уравнения (данные для второй точки), Z1,Z2- расстояние между точками( характеризует изм. Энергии в ед плоскости), ▲Н1-2- потеря энергии, P/Y- энергия давления в данной точке.

Потенциал. Пьезометрический напор - скалярная величина, т.е. в любой точке среды, эта величина выражается числом.Vф = -gradФ, при Кфильт= const. Ф= const*Hпьез = Кфильт(z + P/Y)

Гидростатическое давление. P= lim(▲P/▲S), где ▲P- разница давлений, ▲S- расстояние; P=Po + Y (ho –z)---- формула из лекций., где Po- давление на жидкость

9. Типы геофильтрационных потоков по структуре и режиму.

Структуру фильтрационного потока определяет характер деформации гидродинамической сетки в пространстве.Естественные потоки бывают трехмерными (пространственные)-гидродинамическая сетка деформируется по трем координатам, двухмерные(плоские) - по двум пространств. координатам, при этом поток, рассматриваемый в разрезе, называется профильным, а рассматриваемый в плане - плановым(плоскоплановым). Если линии токов(след. и линии равных напоров) распологаются паралельно друг другу, поток называется параллельным(плосконаправленным).При расположении линий равного напора в виде концентрических окружностей поток назыв. радиальным(радиально сходившийся,радиально расходившийся).Большинство же потоков являются потоками сложной конфигурации(совмещение плановых и радиальных), вблизи искуственных сообружений - разделяется.В плановых потоках вертик сеч принимается плосконаправленным(l>3m)(m-мощность потока), а в профильных - в плане поток принимается плосконаправленным(B равной 1м). Режим потока определяет изменение элементов потока во времени. По хар-ру гидродинам режима выделяют: стационарные(элементы потока не меняются во времени или несущ. изм), квазистационарные(потоки, в которых во всех точках потока изменение напоров ПВ за расматриваемый период (дельта t) происходит с одним знаком и на одну и ту же величину, всвязи с чем координация гидродинам. сетки остается без изменений) и нестационраные потоки(элементы потока изменяются во времени).Более всего распространен - нестационарный режим.

10. Закон Дарси был установлен по экспериментам с фильтрацией воды через трубку с песком. Q = kFI = kFΔН/L= kBmΔН/L, где k – коэффициент фильтрации (м/сут = скорость фильтрации при единичном градиенте напора), F (м²) – площадь поперечного сечения фильтрационного потока, I – градиент напора, H (м) – разница напоров (например, в скважинах, расположенных по направлению потока), L (м) – длина пути ф.потока, m – мощность потока, В – ширина потока.

Закон Дарси для скорости фильтрации V =Q/F= kI. Скорость здесь вводится для всей площади сечения потока в рамках представлений механики сплошной среды, чтобы перейти к рассмотрению потока в непрерывном пространстве. В реальности фильтрация протекает через площадь порового пространства F’=Fn₀, где n₀ – коэф-т активной скважности.

Проводимость пласта T = km, м²/сут.

Границы применимости: Закон Дарси показывает линейную связь зависимости скорости фильтрации от напорного градиента. Нарушение линейности (верхний предел) – при переходе от ламинарного движения к турбулентному: в высокопроницаемых породах (карст, инт.трещиноватость) либо локально вблизи иск.сооружений (скважины и др.). Мера турбулентности – число Рейнольдса = (Vh/v)= для поровой среды Vd10/v, где d10 – эффект.диаметр пор, v – коэф-т кинематической вязкости жидкости. I=aV + bV^2 = (1+zV)*V/k, z– коэф-т нелинейности фильтрации. При малых скоростях bV^2² = zV^{^2}/k мало, форма осн.закона Дарси.

Нижний предел: при очень малых скоростях фильтрации в тонкодисп.породах – проявление сил молекулярного взаимод.частиц воды и породы. Не решен вопрос о движении воды при малых значениях напорного градиента: то ли при любых, то ли начиная с некот.начального градиента. С опред.момента увеличения напора фильтрация происходит по линейному закону.