Wykład 5

Pomiary prędkości przepływu wód podziemnych

stosuje się metodę bezpośredniego jej pomiaru. Metoda indykatorowa lub wskaźnikowa polega na wprowadzeniu do wody podziemnej łatwo rozpoznawalnego wskaźnika i obserwowaniu w jakim czasie pojawi się on w określonej odległości wskaźnika wprowadzony jest do otworu obserwacyjnego od wskaźnikowego wynosi od kilku do kilkudziesięciu metrów. W zależności od przepuszczalności warstwy wodonośnej. Obserwacje prowadzimy w otworach obserwacyjnych położonych na kierunku filtracji.

Ze względu na rodzaj wprowadzonego wskaźnika rozróżnia się metody:

a) chemiczna

b) kolorymetryczna

c) elektrolityczna

d) potencjału elektrycznego

e) izotopowa

Ad. a

Wprowadza się do wody łatwo rozpuszczalny wskaźnik chemiczny (chlorek sodu lub NH3Cl) w postaci gotowego stężonego roztworu

Ad. b

Wprowadzamy barwnik i obserwujemy w jakim czasie dopłynie do otworów obserwacyjnych.

Metoda naturalnego przepływu strumienia

01, 02 – otwory obserwacyjne

Schemat wyznaczania czasu przepływu wskaźnika

J – spadek hydrauliczny

Studnia pojedyncza, woda o zwierciadle swobodnym

So – depresja

Rodzaje przepływu wód podziemnych

Podział filtracji ze względu na powiązanie spadku hydraulicznego z prędkością przemieszczania się wód podziemnych:

- filtracja linearna

- filtracja prelinearna

- filtracja postlinearna

Ze względu na zmienność parametrów ruchu w czasie w wzdłuż drogi przepływu

- filtracja ustalona – parametry ruchu w danym punkcie strumienia nie zmieniają się w czasie

- filtracja nieustalona – parametry zmieniają się w czasie

Ruch wody podziemnej laminarny – cząstki wody poruszają się w uporządkowany sposób, taki ruch podlega liniowemu prawu Darcy’ego.

Ruch wody podziemnej turbulentny – ze wzrostem prędkości ruch cząstek wody staje się chaotyczny. Opisuje go równanie Chezy-Krasnopolskiego

kf- współczynnik fluacji

Schematyzacja warunków hydrogeologicznych obejmuje:

- budowę geologiczną

- warunki geologiczne

- cechy filtracyjne

- warunki zasilania i drenażu

- warunki brzegowe i początkowe

Przepływ strumienia wód podziemnych

Równanie opisujące ustalony przepływ płaski strumienia wód podziemnych

T – przewodność warstwy [m2/s]

H – wysokość hydrauliczna (napór) [m]

W – intensywność infiltracji [m/s]

W strumieniu jednowymiarowym, naporowym jednostkowy wydatek wyraża się: (q)

Schemat strumienia płaskiego o napiętym zwierciadle (rys)

Schemat strumienia płaskiego o swobodnym zwierciadle

Schemat jednowymiarowego wielowarstwowego strumienia filtracyjnego

Wydatek jednostkowy strumienia równy jest sumie wydatków jednostkowych poszczególnych warstw i jest opisywany za pomocą wzoru:

Dopływ wód do studni:

W czasie próbnego pompowania wody w studni występują następujące zmiany:

- zmiana pierwotnego strumienia filtracyjnego w strumień dopływający radialnie do studni

- obniżenie wysokości hydraulicznej – depresja zwierciadła

Kształt strumienia filtracji zależy od:

- pierwotnego strumienia filtracyjnego

- kształtu, rodzaju i odległość do studni granic obszaru filtracji

- stopnia nafiltrowania warstwy wodonośnej

- rodzaj dopływu wody do studni (przez ścianki boczne, dno, ścianki boczne i dno)

- oddziaływania innych ujęć

- powierzchnia depresyjna ma kształt leja o różnej regularności. Odległość studni do granic leja depresji nazywamy zasięgiem leja depresyjnego lub zasięgiem oddziaływania studni.

Dopływ do pojedynczej studni zupełnej:

Dopływ wód podziemnych do studni uzależniony jest od szeregu czynników; uwzględnianie tych czynników wpływa w dużym stopniu na dokładność wyliczeń. Podstawowe z tych czynników, to:

- hydrauliczny charakter poziomu wodonośnego (naporowy, swobodny, mieszany)

- charakter ruchu wód podziemnych (lamin)

- warunki hydrodynamiczne studni (dogłębienie, nafiltrowanie)

- istnieje lub brak współdziałania studni między sobą

- wpływ dodatkowych źródeł zasilania warstwy wodonośnej

- ograniczenie rozprzestrzeniania warstwy wodonośnej

obliczenia dopływu do studni związane jest z obraniem odpowiedniego schematu obliczeniowego; zakładając często uproszczenie panujących warunków przepływu wód podziemnych.

Rozpatrując powierzchnię walcową położoną w odległości x od otworu przepływa stała ilość wody.

Wielkość powierzchni walcowej wynosi:

Prędkość Darcy’ego

Po przekształceniach i scałkowaniu obu stron równania w przedziałach x=r do x=R oraz z=h do z=H otrzymujemy wzór na wydatek pojedynczej studni do poziomu wodonośnego o zwierciadle swobodnym.

Wzór na wydatek pojedynczej studni dla poziomu wodonośnego o zwierciadle naporowym.

hr – wysokość zwierciadła statyczne

ho – wysokość zwierciadła dynamicznego

Przy studni niezupełnej należy uwzględnić miąższość warstwy wodonośnej.

Dopływ do pojedynczej studni niezupełnej

Oblicza się go za pomocą wzorów, analogicznych jak dla studni zupełnej z uwzględnieniem poprawki Forchheimera. Wydatek studni niezupełnej Qn:

Qn=Q*b

Q – wydatek studni zupełnej [m3/a]

b – poprawka Forchheimera