Wykład 2 10.03
POROWATOŚĆ EFEKTYWNA, MIARODAJNA
Ścianki porów wysłane są cieniutkimi błonkami wody wolnej związanej molekularnie. Przestrzeń przez którą może przepływać wola wolna jest faktycznie mniejsza od objętości porów Vp.
Porowatość efektywną można określić jako tę część objętości porów, przez którą odbywa się ruch wody wolnej. Wyrażamy ją w postaci współczynnika porowatości efektywnej Ne.
ne=Ve/V
Ve – objętość porów czynna w czasie przepływu wody
V – objętość skały
Współczynnik porowatości efektywnej nie można wyznaczyć za pomocą wzoru empirycznego, wyprowadzonego z relacji między tą porowatością, a rzeczywistą prędkością wody przepływającej przez pory skalne.
ne=kJ/W
k – współczynnik filtracji w [m/s]
J – spadek hydrauliczny
w – rzeczywista prędkość ruchu wody w [m/s]
INNE RODZAJE POROWATOŚCI
W krzepnących lawach wulkanicznych często będących jeszcze w ruchu, miejsca uchodzenia gazów mogą być utrwalane w postaci pęcherzyków, kanalików lub wydłużonych rurek. Powstają lawy o dużej porowatości o teksturze gąbczastej, pęcherzykowej. W takim przypadku możemy wyróżnić:
- porowatość pęcherzykowatą – jeżeli pęcherzyki są zamknięte
- porowatość gąbczastą – występuje gdy pęcherzyki łączą się ze sobą, umożliwiają przepływ wody w
skale
SZCZELINOWATOŚĆ
Szczelinowatością nazywamy występowanie w skałach różnego typu pęknięć szczelin, które powstały na wskutek pewnych procesów geologicznych. Szczelinowatość występuje zazwyczaj w skałach masywnych, zbitych posiadających bardzo mały współczynnik porowatości pierwotnej.
Wyróżniamy szczeliny: wietrzeniowe, tektoniczne, syngenetyczne.
Szczeliny wietrzeniowe powstają w wyniku wietrzenia skał w strefie przypowierzchniowej, występują do głębokości kilkudziesięciu metrów. Rozmieszczone są bezładnie i mają niekiedy znaczną szerokość. Szczeliny mogą być wypełnione drobnym materiałem zwietrzelinowym. W powstawaniu szczelin wietrzeniowych dużą rolę odgrywają wpływy termiczne tj. nasłonecznienie, dobowe i sezonowe zmiany temperatur oraz działanie mrozu.
Szczeliny tektoniczne powstają w wyniku dyslokacji tektonicznych. Powstają zazwyczaj w antyklinach i synklinach oraz w strefach uskokowych. Na antyklinach szczeliny powstają w wyniku pensji gdzie skały są rozciągane i rozrywane. W dnach synklin skały ulegają kompresji. Szczeliny te mogą występować na dużych głębokościach, ze spadkiem głębokości szczeliny stają się coraz to bardziej zwarte. Od głębokości ok. 1km szczeliny mają tak małą szerokość, że mogą już nie przewodzić wody wolnej.
Szczeliny syngenetyczne tworzą się w wyniku naprężeń wewnętrznych występujących w niektórych skałach w trakcie ich powstawania, np. podczas krzepnięcia magmy.
Szczeliny tak jak i skały osadowe dzielimy ze względu na ruch wody wolnej i działanie sił międzycząsteczkowych na trzy rodzaje:
- nadkapilarne o szerokości > 0,25mm
- kapilarne o szerokości od 0,0001mm do 0,25mm
- subkapilarne o szerokości poniżej 0,0001mm
KRASOWATOŚĆ
Krasowatością nazywamy występowanie w skale próżni powstałych w wyniku rozpuszczania ługowania skały przez krążące w niej wody. Kras występuje głównie w takich skałach jak: wapienie, dolomity, gipsy w mniejszym stopniu w piaskowcach. W Polsce kras jest najsilniej rozwinięty w wapieniach Tatr, Wyżynie Krakowsko-Częstochowskiej, Górach Świętokrzyskich i Sudetach. Próżnie krasowe osiągają znaczne rozmiary i mają zróżnicowane formy. Są to najczęściej pionowe kominy i poziome nachylone korytarze często z obszernymi komorami (jaskinie, groty). Tworzą one złożone systemy i mogą sięgać do znacznych głębokości. Przepływ wody w próżniach krasowych ma cechy przepływu w kanałach otwartych o zmiennym przekroju.
PRZEPUSZCZALNOŚĆ
Przepuszczalnością nazywamy zdolność skały do przepuszczania wody (przepływu) przez nią płynów.
WODOCHŁONNOŚĆ
Wodochłonnością nazywamy zdolność skały do pochłaniania i gromadzenia wody. Wodochłonnością całkowitą wyznacza sumaryczna objętość próżni otwartych (porów, szczelin, próżni krasowych).
Wartość wodochłonności całkowitej wyznacza współczynnik wodochłonności:
W=Vo/V
Vo – objętość próżni otwartych w skale
V – objętość skały
Stopień nasycenia skały wodą określa się wskaźnikiem nasycenia
Kw=Vw/Vp
Vw – objętość wody w skale
Vp – objętość próżni otwartych
ODSĄCZALNOŚĆ
Odsączalnością nazywamy zdolność skały całkowicie nasyconej wodą do oddawania wody wolnej pod działaniem siły ciężkości lub przy spadku ciśnienia panującego w skale.
Zdolność skały do grawitacyjnego oddawania wody nazywa się odsączalnością grawitacyjną. Określa ją współczynnik odsączalności grawitacyjnej.
µ=Vw/v
Vw – objętość wody wolnej, która może się odsączyć ze skały
V – objętość skały
Współczynnik odsączalności w skałach o takiej samej porowatości jest tym większy im większe są próżnie (pory, szczeliny). W przypadku skal niescementowanych wartość współczynnika rośnie ze wzrostem uziarnienia.
Przybliżone wartości współczynnika odsączalności
Rodzaj skały µ
Piasek pylasty 0,10-0,15
Piasek drobnoziarnisty 0,14-0,18
Piasek średnioziarnisty 0,17-0,21
Piasek gruboziarnisty 0,19-0,23
Żwir 0,24-0,28
Rumosz skalny 0,22-0,25
Skały masywne, szczelinowate 0,005-0,05
HYDROGEOLOGICZNA CHARAKTERYSTYKA WÓD PODZIEMNYCH
Rodzaje ośrodków wodonośnych
Ośrodek wodonośny są to utwory skalne zawierające w porach, szczelinach lub próżniach krasowych wodę wolną.
Utwory nieprzepuszczalne podścielające ośrodek wodonośny nazywamy podłożem warstwy wodonośnej. Dolną powierzchnię warstwy wodonośnej nazywamy spągiem, górną powierzchnię stropem. Utwory przykrywające warstwę wodonośną nazywamy nadkładem.
Zbiornik, basen wody podziemnej nazywamy ośrodek wodonośny o znacznym rozprzestrzenieniu i dużej miąższości o wklęsłym spągu. Zbiornik tworzą warstwy synklinalne lub utwory wypełniające nieckowate zagłębienia.
HYDROGEOLOGICZNA SYSTEMATYKA WÓD PODZIEMNYCH
Wody podziemne strefy aeracji dzielą się na cztery typy:
1. wody zaskórne nazywane też przypowierzchniowymi pojawiają się tuż pod powierzchnią terenu
2. wody gruntowe posiadają następujące cechy hydrogeologiczne:
- warstwa wodonośna występuje bezpośrednio pod powierzchnią terenu
- zwierciadło wody jest swobodne
- przy każdym stanie zwierciadła, woda nie kontaktuje się ze strefą glebową
- ponad zwierciadłem wody występuje strefa aeracji, umożliwiająca infiltrację opadów
atmosferycznych do warstwy wodonośnej, stwarzająca warunki do samoczyszczania się wód
infiltracyjnych
3. wody wgłębne są to wody występujące w warstwach wodonośnych odizolowanych od
powierzchni terenu utworami nieprzepuszczającymi. Wody te występują zazwyczaj na różnych
głębokościach i tworzą układy warstw wodonośnych porozdzielane warstwami
nieprzepuszczalnymi.
4. wody głębinowe są to wody uwięzione wśród utworów nieprzepuszczalnych przeważnie zalegają
na dużych głębokościach. Nie posiadają więzi hydraulicznej z wodami powierzchniowymi ani z
innymi wodami podziemnymi. Nie tworzą zbiorowisk odnawialnych. Znajdują się przeważnie pod
dużym ciśnieniem wywołanym ciężarem nadległych utworów skalnych.
Zwierciadło swobodne – powierzchnia rozgraniczająca strefę aeracji i saturacji, na tej powierzchni występuje ciśnienie atmosferyczne.
Zwierciadło napięte – położenie i kształt zwierciadła napiętego wymuszone jest przez nadległe utwory nieprzepuszczalne, woda podziemna występuje pod pewnym ciśnieniem.
Zwierciadło piezometryczne – zwierciadło jakie tworzy się po odwierceniu otworu w warstwie wodonośnej. Jego poziom ustabilizuje się na pewnej wysokości ponad stropem warstwy wodonośnej.