WODY PODZIEMNE

Infiltracja



Jest to proces przedostawania się wody z opadów atmosferycznych do gruntu



natężenie infiltracji mierzy się ilością opadu w mm słupa wody, jaki wsiąka w grunt

w ciągu 1 minuty [mm/min]



natężenie infiltracji zależy od różnych czynników, a przede wszystkim od struktury

gruntu i jego

właściwości, natężenia opadu i stanu wilgotności gruntu



w procesie infiltracji biorą udział:

-

siły grawitacyjne

-

siły molekularne

-

siły kapilarne

-

siły adhezyjne

-

prężność powietrza wypełniającego pory w gruncie i inne



proces infiltracji składa się z dwóch faz:

-

wsiąkania

-

przesiąkania



przesiąkanie mierzy się za pomocą współczynnika filtracji k, który wyraża w tym

wypadku szybkość przesiąkania [cm/godz, cm/min]

Strefa aeracji i

saturacji



Strefa aeracji czyli napowietrzenia, pozornie pozbawiona

wody,


strefa saturacji czyli nasycenia wodą

Nasycenie wodą strefy saturacji następuje na skutek infiltracji wody opadowej
zatrzymującej się na głębiej leżącej warstwie nieprzepuszczalnego gruntu

Granicą stref jest zwierciadło wody gruntowej

Rodzaje wody w strefie aeracji

1.

Para wodna

zawarta w powietrzu wypełniającym próżnie w gruncie

2.

Woda higroskopijna

to drobiny pary wodnej zawartej w powietrzu zaadsorbowane (siły molekularne) przez cząsteczki koloidalne i
ziarna mineralne
stanowiące grunt
Zdolność adsorbowania pary wodnej nazywa się wodochłonnością higroskopijną i wynosi:

w żwirach do 0,05 %,
w piaskach do 1 %,
w piaskach pylastych do 7 %,
w glinach i iłach do 20 %.

Gęstość γ = 2 g/cm

3

, właściwości zbliżone do ciała stałego, temperatura zamarzania - 78  C, nie przekazuje

ciśnienia hydrostatycznego, nie rozpuszcza innych substancji i nie ma zdolności do ruchu, nie może być
wykorzystywana przez rośliny.

3.

Woda błonkowata

wiązana przez ziarna mineralne po zakończeniu adsorbcji wody higroskopijnej (po

osiągnięciu max.
wilgotności higroskopijnej)
Gęstość zbliżona do wody wolnej, temperatura zamarzania poniżej 0C, nie przenosi ciśnienia

hydrostatycznego, ma
ograniczoną zdolność rozpuszczania.

4.

Woda kapilarna

unoszona ponad granice stref aeracji i saturacji na skutek działania zjawiska

włoskowatości powodowanego
przez siły kapilarne, może występować w postaci wody kapilarnej właściwej - połączonej z wodą wolną w
strefie saturacji i
wody kapilarnej zawieszonej - nie połączonej z wodą wolną.
Właściwości wody kapilarnej nie różnią się od wody wolnej z wyjątkiem niższej od 0  C temperatury

zamarzania.

Rodzaje wody w strefie saturacji

1.

Wody przypowierzchniowe

zwane też zaskórnymi, czy hipodermicznymi występują bardzo płytko i praktycznie pozbawione są strefy
aeracji

2.

Wody gruntowe

 występują w strefie saturacji i oddzielone są od powierzchni terenu strefa aeracji

 zasilane są bezpośrednio z powierzchni ziemi infiltrującymi opadami atmosferycznymi

 podlegają pewnym nieznacznym wpływom temperatury powietrza do głębokości ok. 20 m (na głębokości 20
m mają
stałą temperaturę odpowiadającą średniej rocznej temperaturze dla danej miejscowości)
 skład chemiczny wody gruntowej może ulegać pewnym zmianom w czasie

 stan sanitarny wody gruntowej jest na ogół dobry, tym lepszy im większa miąższość strefy aeracji

 posiadają zwierciadło swobodne

3.

Wody wgłębne

 są zasilane przez opady atmosferyczne, lecz znajdują się w warstwach wodonośnych pokrytych

utworami nieprzepuszczalnymi
 mają mniejszy udział w krążeniu, wolniejszą wymianę wód, słabo reagują na czynniki powierzchniowe,

ich własności fizyczne i chemiczne zmieniają się bardzo powoli i można uznać je za stałe

Podział wód podziemnych

Strefa

Typy

Stan fizyczny

Rodzaje

Aeracji

wody higroskopijne
wody błonkowate
wody kapilarne

wody związane

wody wsiąkowe
wody zawieszone

wody wolne

wody porowe
wody szczelinowe
wody krasowe

saturacji

wody powierzchniowe
wody gruntowe
wody wgłębne
wody głębinowe

Rodzaje ruchu wody w gruncie

 Większość wód podziemnych znajduje się w ruchu,

 ruch wody w skałach czy gruncie nazywa się ogólnie filtracją,

 rozróżnia się 3 rodzaje ruchu wód podziemnych:

-

ruch laminarny, czyli warstwowy, o niewielkich prędkościach,

-

ruch turbulentny, powstaje po przekroczeniu prędkości krytycznej przez ruch

laminarny,

cząsteczki cieczy poruszają się w sposób chaotyczny, wykonują ruchy poprzeczne ,

wirowe,

-

ruch mieszany, w jednych partiach i odcinkach występuje ruch laminarny, w innych

turbulentny

Prawo Darcy'ego, współczynnik filtracji

gdzie:
Q

- objętościowe natężenie przepływu filtracyjnego [m

3

]

k

- współczynnik filtracji

,

S

f

- spadek hydrauliczny wyrażony różnicą słupów wody lub różnicą ciśnień na drodze l;

A

S

k

Q

f







A

- powierzchnia przekroju przez który przepływa woda [m2]

 współczynnik filtracji ma wymiar prędkości i można go wyrażać: m/s, m/d, cm/s, itp.

 zależy od:

-własności filtracyjnych ośrodka skalnego (gruntowego), a przede wszystkim uziarnienia,

- fizycznych własności filtrującej cieczy, jej ciężaru właściwego, temperatury i lepkości,

 wielkość współczynnika filtracji pozostaje w odwrotnym stosunku do współczynnika lepkości, zatem rośnie

ze wzrostem
temperatury,
 do celów porównawczych używa się współczynnika filtracji względem wody o temperaturze 10 C

Podział skał według własności filtracyjnych

Charakter przepuszczalności

Współczynnik

filtracji

[m/s]

Współczynnik

przepuszczaln

ości [darcy]

Bardzo dobra:
rumosze, żwiry, żwiry piaszczyste,
gruboziarniste i równoziarniste
piaski, skały masywne z bardzo
gęstą siecią szczelin

> 10

-3

> 100

Dobra:
piaski gruboziarniste, nieco ilaste,
piaski różnoziarniste, piaski
średnioziarniste, kruche, słabo
spojone gruboziarniste piaskowce,
skały masywne z gęstą siecią
szczelin

10

-3

10

-4

100  10

Średnia:
piaski drobnoziarniste,
równomiernie uziarnione, less

10

-4

10

-5

10  1

Słaba:
piaski pylaste, gliniaste, mułki,
piaskowce, skały masywne z
rzadką siecią drobnych spękań

10

-5

10

-6

1  0,1

Skały półprzepuszczalne:
gliny, namuły, mułowce, iły
piaszczyste

10

-6

10

-8

0,1  0,001

Skały nieprzepuszczalne:
iły, iłołupki, zwarte gliny ilaste,
margle ilaste, skały masywne
niespękane

< 10

-8

< 0,001