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 0C, 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
Document Outline