HYDROLOGIA,
METEOROLOGIA
I KLIMATOLOGIA
Cz. II  HYDROLOGIA
W 5  Wody podziemne 2
M. Nawalany
Rodzaje wody w ośrodku skalnym:
" woda higroskopijna  woda zaadsorbowana na fazie stałej ośrodka
porowatego wskutek działania sił molekularnych. Woda ta związana jest
z fazą stałą ośrodka najsilniej i usuwa się ją przez suszenie w 105-110�C
" woda błonkowata  woda związana z fazą stałą ośrodka dzięki siłom
elektrycznym; związanie to jest dużo słabsze niż w przypadku wody
higroskopijnej; z wodą błonkowatą wiąże się pojęcie wodochłonności
molekularnej
" woda kapilarna  woda podnosząca się ponad swobodne zwierciadło
wody gruntowej wskutek sił kapilarnych (włoskowatych); przyczyną
powstawania sił kapilarnych są zjawiska na granicy faz powodowane
przez siły adhezji i kohezji
" woda kapilarna zawieszona  woda zawieszona ponad swobodnym
zwierciadłem wody podziemnej; zjawisko to zachodzi w momencie gdy
zwierciadło opada i woda kapilarna traci z nim kontakt; zawieszenie wody
jest możliwe dzięki łańcuszkowemu charakterowi kapilar
" woda zawieszona (przemijająca)  woda pozostająca na
nieprzepuszczalnej soczewce znajdującej się w warstwie wodonośnej.
Zagadnienie wilgotności gruntu
Współczynniki charakteryzujące grunt:
1. Grunt suchy  nie zawiera wody adhezyjnej, kapilarnej, ...,
charakteryzowany jest przez współczynnik porowatości objętościowej n:
VP
n
V
gdzie: VP  objętość porów w badanej próbce gruntu, V  objętość próbki gruntu.
2. Grunt wilgotny  dla tego gruntu definiuje się współczynnik
odsączalności wpc:
wpc n
3. Grunt mokry  zawiera wodę adhezyjną, wodę kapilarną i wodę
w martwych porach; dla gruntu mokrego definiuje się współczynnik
porowatości efektywnej ne :
ne wpc n
Prędkość a specyfika rozmieszczenia
Przejście od skali mikro do makro
Na rysunku pokazano linię przekroju przez trzy pory (i, i+1, i+2)
istniejące między czterema ziarnami fazy stałej.
Rozważane będzie zagadnienie pola prędkości Vr.
Przejście od skali mikro do makro  prędkość w porze
Średnie pole prędkości w obrębie pojedynczego poru: w każdym punkcie
powierzchni
vp
S p przekroju poru prędkość ma wartość izdefiniowaną
i
następująco:
vrdSp
i
i
vp
i
Sp
gdzie:
i
p - powierzchnia przekroju poru
S
i
Vr - funkcja opisująca pole prędkości na powierzchni rozważanego przekroju poru.
Przejście od skali mikro do makro  średnia prędkość porowa
Średnia prędkość porowa Vp: wynik uśrednienia po wszystkich porach
(od 1 do Np) prędkości średnich .
vp
i Np
i
vp Sp
i i
i 1
vp
i Np
Sp
gdzie:
i
Np - liczba porów w rozważanym przekroju. i 1
Przejście od skali mikro do makro  pole przepływu właściwego
Pole przepływu właściwego  c.d.
Związek wartości przepływu właściwego q z wielkością średniej prędkości
porowej Vp i współczynnikiem porowatości powierzchniowej ns:
i N i N i N
p p p
vp Sp vp Sp Sp
i i i i i
Q
i 1 i 1 i 1
q vpns
i N i N i N
k Ns k Ns
p p p
S
Sp SS Sp Sp SS
i k i i k
i 1 k 1 i 1 i 1 k 1
gdzie:
SS
- pole powierzchni przekroju k-tego ziarna
k
ns - porowatość powierzchniowa.
i N
p
Sp
i
ns i N i 1 k Ns
p
Sp SS
i k
i 1 k 1
Pole przepływu właściwego  c.d.
Widać zatem, że:
" przepływ właściwy jest mniejszy od średniej prędkości porowej,
ponieważ 0 < ns < 1
" przepływ właściwy ma wymiar strumienia:
q = Vp � ns
m3
m
s
m2 s
Związek pomiędzy porowatością (objętościową) nV, a porowatością
powierzchniową ns jest następujący:
Vp
n nv ns
V
Różnice między fizyką a hydrogeologią
" fizyka  prędkość v
" hydrogeologia  przepływ właściwy
q
q (x, y, z, t)
x
q vpn
q q (x, y, z, t)
y
q (x, y, z, t)
z
" fizyka  ciśnienie p
" hydrogeologia  wysokość hydrauliczna
p p
(x, y, z, t) z z
�g
Pomiar wysokości hydraulicznej
Wysokość słupa wody h a ciśnienie hydrostatyczne
p
h
p na dnie piezometru:
Po zainstalowaniu piezometru wielkości Hk i z i są znane:
Hk  z pomiaru geodezyjnego, z  na podstawie
znajomości długości piezometru
Pomiar h polega na:
" zmierzeniu świstawką
(gwizdkiem hydrogeologicznym)
głębokości zalegania
zwierciadła wody w piezometrze
- G
" obliczeniu h na podstawie
pomiaru G oraz znajomości Hk
oraz z.