WŁAŚCIWOŚCI HYDROGEOLOGICZNE SKAŁ:
POROWATOŚĆ: Umożliwia występowanie i przemieszczanie się wody podziemnej w skałach. Występowanie porów zależy od pęknięć w różnym stopniu przenikających skały, których pochodzenie wiążę się z różnymi procesami geologicznymi oraz od budowy skał okruchowych składających się z odłamków skalnych i minerałów nieszczelnie przylegających do siebie. Wielkość odłamków warunkuje rozmiary i ogólną ilość porów. Objętość porów w skałach okruchowych zależy od wymiarów i kształtu ziaren i ich wzajemnego położenia i stopnia równoziarnistości. Objętość wolnych przestrzeni wykazuje na ilość wody jaka w danej skale może być magazynowana; wymiar i kształt wolnych przestrzeni określają przepuszczalność skały. Gdyby przyjmując, że te cząstki z których składają się skała są kulami o jednakowej średnicy to objętość porów w jednostce objętości zależałaby od wzajemnego ułożenia ziaren wobec siebie a niezależna od ich średnicy. Wyróżniamy 3 rodzaje ułożenia ziaren: sześcienny, rombowy, romboedrowy. Liczbową miarą porowatości jest współczynnik porowatość, będący stosunkiem objętości porów do objętości całej skały. n=Vp/V. Skały równoziarniste mają mniejszą porowatość niż skały zbudowane z ziaren o równej średnicy. Gdyby wśród stosunkowo grubego materiału znajduje się materiał drobnoziarnisty. pomieścić się on może w przestrzeniach między cząsteczkami większymi, zmieniając przez to porowatość. Badania wykazały, że współczynnik porowatości jest tym większy im bardziej ziarna odbiegają od kształtu kuli. Rodzaje porów: nadkapilarne ( śred. większa niż 0,5 mm),
kapilarne ( o śred. 0,5 – 0,0002 mm), subkapilarne ( śred. mniejsza niż 0,0002 mm).
MIARODAJNA ŚREDNICA ZIAREN:W skałach okruchowych nie spojonych, które są najważniejszymi zbiornikami wody podziemnej, decydującym czynnikiem przepuszczalności jest wymiar ziaren i procentowy udział w składzie ziaren o określonych średnicach. W celu ich oznaczenia prowadzi się ANALIZĘ GRANULOMETRYCZNĄ, która zależy od podstawowych badań hydrogeologicznych środowisk niespojonych. Istotą analizy granulometrycznej jest mechaniczny rozdział poszczególnych frakcji o określonych średnicach ziaren, które wchodzą w skład badanej skały. Najczęściej stosowanymi metodami a.g. są metody: 1. sitowa 2. areometryczna. Analizę sitową stosuje się do skał składających się z ziaren o średnicy większej niż 0,07 mm. Wykonuje się ją przez wstrząsanie wysuszonej próbki skały przez komplet 8 sit. Próbkę o masie 100-1000g zależnie od przeciętnej średnicy ziaren, po uprzednim zalaniu wodą i roztarciu w celu rozdzielenia zlepionych ziaren, suszy się w temperaturze 105-110º do stałej masy. Następnie waży się ją i wsypuje do górnego sita w komplecie, po czym przesiewa się przez cały komplet sit. W wyniku przesiewu poszczególne frakcje zostają oddzielone i zatrzymane na kolejnych sitach na denku zbierają się natomiast ziarna, których nie zatrzymało sito o najmniejszych oczkach. Po przesianiu próbki, każdą zatrzymaną na sitach frakcję (na denku też) waży się a potem oblicza procentową zawartość każdej frakcji: a=ms*100%/mc
a – procentowa zawartość frakcji, ms – masa frakcji zatrzymanej na sicie, mc – masa całej próbki. Metodę areometryczną stosuje się natomiast do skał złożonych z ziaren o średnicy mniejszej niż 0,07 mm, stosuje się ją gdy chcemy zanalizować pozostałość na denku zawierającą ziarna o średnicy mniejszej od 0,07 mm. Metoda ta oparta jest na zasadzie opadania kulistych cząstek w zawiesinie wodnej. Wyniki analizy granulometrycznej przedstawia się na wykresie uziarnienia w postaci KRZYWEJ UZIARNIENIA. Wykres ten sporządza się w układzie prostokątnym , gdzie na osi odciętych oznaczone są logarytmy średnic zastępczych, na osi rzędnych oznacza się procenty wagowe. Na taki układ nanosimy dane z analizy granulometrycznej, sumując kolejno procentową zawartość następujących po sobie frakcji, poczynając od najdrobniejszej.
SZCZELINOWATOŚĆ: szczeliny są to rozwarcia masy skalnej bez widocznego przesunięcia lub przesunięciem w płaszczyźnie przekroju. Skały o teksturze zbitej i masywnej wykazujące w normalnych warunkach minimalny współczynnik porowatości np.: granity, bazalty, mogą stać się dobrymi akumulatorami wody podziemnej, jeśli w wyniku różnych procesów geologicznych, w czasie których działają naciski i naprężenia, ulegają popękaniu. Z punktu widzenia mechanizmu działania sił, szczeliny dzielimy na: 1. pęknięcia i szczeliny rozerwania – równoległe do płaszczyzny, w której leżą osie najmniejszych i pośrednich naprężeń – prostopadle do działania sił. 2. pęknięcia i szczeliny ścinania – tworzą się wzdłuż płaszczyzn leżących obustronnie pod kątem mniejszym niż 45º względem osi największych nacisków. Ze względu na genezę, szczeliny wyróżniamy: 1. szczeliny syngenetyczne – wskutek działania sił wewnętrznych w czasie powstawania niektórych skał. Proces ten zachodzi w czasie krzepnięcia magmy, co powoduje kurczenie się masy skałotwórczej.2. szczeliny tektoniczne – powstają w skałach wskutek ciśnień zewnętrznych występujących w czasie ruchów skorupy ziemskiej:
■ diaklazy – szczeliny, wzdłuż których nie wystąpiło przesunięcie skał, lecz tylko odspojenie. Spotykamy je w skałahc leżących poziomo jak w seriach pofałdowanych.
■ paraklazy – szczeliny, wzdłuż których nastąpiło przesunięcie mas skalnych. Są to szczeliny przywiązane do różnych dyslokacji nieciągłych, przeważnie uskoków. Powstają wskutek nacisków rozrywających jak i zgniatających. Pojedyncze szczeliny uskokowe rzadko występują same, przeważnie tworzą gromady. – tworzą systemy równoległe do siebie, charakterystyczne dla struktur schodkowych, zapadliskowych. 3. szczeliny wietrzeniowe – powstają jako wynik wietrzenia fizycznego. W powstaniu ich główną rolę odgrywają wpływy termiczne – nasłonecznienie, zmiany temperatur i mróz. Szczeliny dzielimy na:
■ nadkapilarne – o szerokości większej niż 0,25 mm
■ kapilarne – o szerokości 0,25 do 0,0001 mm
■ subkapilarne – o szerokości mniejszej niż 0,0001 mm
KRASOWATOŚĆ: Szczególnym rodzajem próżni skalnych, w których może przepływać lub gromadzić się woda podziemna, są próżnie krasowe powstają wskutek ługowania łatwo rozpuszczalnych skał. Należą do nich: sól kamienna, gips, wapienie, dolomity. Krasowatością nazywamy występowanie próżni krasowych w skałach. Procesy krasowe drążące wnętrze skał mogą rozwijać się tylko wtedy, gdy istnieją w nich spękań i szczeliny, którymi może swobodnie przepływać woda. Ważnym czynnikiem krasowania jets klimat, zwłaszcza wysokość i częstość opadów. Krasowanie przebiega łatwiej i szybciej w obszarach wyżynnych i górskich, w których ułatwiony jest przepływ wody podziemnej do miejsc niżej położonych. W skałach zawierających nie rozpuszczalne domieszki np. w wapieniach piaszczystych rozwój krasu może być zahamowany, jeśli woda nie wyniesie ze sobą nierozpuszczalnych związków. Wtedy nierozpuszczalne resztki mogą zatykać szczeliny i próżnie w miejscach przewięzień i uniemożliwiać swobodny przepływ wody.
ODSĄCZALNOŚC: Część wody wchłoniętej przez skałę zostaje związana siłami molekularnymi, resztę zaś może oddać w postaci grawitacyjnie ściekającej. Zdolność skały całkowicie nasyconej wodą do oddania wody wolnej, ściekającej pod działaniem siły ciężkości nazywamy odsączalnością. Jako szczególny przypadek wyróżniamy odsączalność sprężystą , którą oznacza ilość wody oddawanej przez skałę przy zmianie ciśnienia hydrostatycznego. Miarą odsączalności jest współczynnik odsączalności, gdzie Vo – objętość wody odsączonej ze skały, V – objętość skały, µ - odsączalnośc. µ= Vo/V. Ilość wody odsączalnej zależy od wielkości porów i jest tym większa im większe są pory. Wynika to z faktu, że w małych porach rozwija się ogromna powierzchnia jednostkowa, która wiąże wielkie ilości wody. Wielkość porów zależy od wielkości i równoziarnistości ziaren, odsączalność zależy więc od nich też.
ODSĄCZALNOŚĆ – zdolność ośrodka skalnego o pewnej polowej pojemności wodnej do oddawania wody pod wpływem sił ciężkości. Współczynnik odsączalności: Wc – objętość wody odsączonej przez skały, Wco- objętość osuszon4ej części skał, np – porowatość, Vm – ciężar objętościowy, Vw – ciężąr objętościowqy wody, WM – max malekularna pojemność wodna. µ=Wc/WCO=np. – Vm/Vw * Wm
współczynnik odsączalności definiujemy: ilość wody zredukowanej z jednostki powierzchni przy jednostkowym obniżeniu poziomu swobodnego zwierciadła wody.
ODSĄCZALNOŚĆ SPRĘŻYSTA lub współczynnik odsączalności spręzystej jest stosunkiem objętości Vw oddawanej z warstwy do objętości leja depresji Vl wykształconego w piezometrycznej powierzchni złoża. Współczynnik ten zależy od porowatości skały i odkształcalności wody i od odkształcalności skał. µ spr=Vw/Vl.
WODOCHŁONNOŚC: To zdolność do pochłaniania i gromadzenia wody przez skały. Skały chłoną w odpowiednich warunkach, i nasycają się wodą wolną , należy przez wodochłonność rozumieć wodochłonność ogólną, czyli obejmującą wodę związaną jak i wolną. Wodę mogą chłonąc te skały, które mają próżnie. Im większa objętość próżni tym więcej skała może wchłonąć wody. Całkowita wodochłonność zostaje osiągnięta, gdy wszystkie próżnie zostaną wypełnione wodą. Wodochłonność można wyrazić wzorem, gdzie ms - masa próbki suchej, mn – masa próbki skały nasyconej, W – wodochłonność: W=(mn - ms ):ms *100%
WODOPRZEPUSZCZALNOŚĆ: Zdolność do przewodzenia wolne wody, tnz. umożliwienie jej ruchu w skale w przypadku różnicy ciśnień hydrostatycznych. Ruch wody zachodzi wtedy, kiedy próżnie tworzą splot przewodów hydraulicznych. Stopień przepuszczalności może być określony objętością wody, jaka przepływa w jednostce czasu przez określony przekrój skały i przy określonej różnicy ciśnień hydrostatycznych. Przepuszczalność zależy od wymiarów przewodów wewnętrznych skały – im większe przewody tym lepsza przepuszczalność. Warunkiem przepuszczalności jest też porowatość, szczelinowatość i krasowość.
WILGOTNOŚĆ NATURALNA GRUNTU- jest to stosunek masy wody znajdującej się w skale do masy szkieletu gruntu. Wn= (Mn/Ms) *100%
WILGOTNOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA – jest to stosunek objętości wody zawartej w skale do objętości skały. Wo= Vm/W
WYSOKOŚĆ SSANIA jest związana z kapilarnością czynną, jest to wysokość na jaką grunt przy podsączaniu od dołu w szkielecie ziarnowym danego gruntu.