Wydział Geoinżynierii,

Górnictwa i Geologii

Politechnika Wrocławska

Hydrogeologia

Sprawozdanie z ćwiczenia

Odsączalność

Skład grupy:

Wprowadzenie

Odsączalność to zdolność ośrodka do oddawania wody wolnej pod wpływem siły ciężkości. Procesowi temu nie poddają się wody związane ze szkieletem skały siłami przewyższającymi siły grawitacji (wody higroskopijne, błonkowate oraz część objętości wody kapilarnej). W naturze proces ten występuje przy obniżaniu się zwierciadła wody podziemnej.

Miarą odsączalności grawitacyjnej jest współczynnik odsączalności µ, tj. stosunek maksymalnej objętości wody V_w, mogącej odsączyć się ze skały w pełni nasyconej wodą pod wpływem siły ciężkości do całkowitej objętości skały V.

$\mu = \frac{V_{w}}{V}$ (1)

Gdy skała jest w pełni nasycona wodą między współczynnikiem odsączalności µ a współczynnikiem porowatości zachodzi następująca zależność.

n = μ + s_r (2)

gdzie s_r oznacza współczynnik retencji, który określa się jako stosunek objętości wody związanej V_z do objętości skały V. Objętość V_z określa objętość wody pozostającej w skale po procesie odsączania skały w pełni nasyconej wodą.

$s_{r} = \frac{V_{z}}{V}$ (3)

Współczynnik retencji jest szczególną wartością wilgotności objętościowej Θ, tj. stosunku objętości wody zawartej w skale do objętości skały

$\theta = \frac{V_{\text{wc}}}{V}$ (4)

Odsączanie się wody wolnej jest procesem bardzo powolnym, toteż wprowadzono współczynnik odsączalności chwilowej µ_t. Współczynnik ten wyraża stosunek wody wolnej odsączonej z ośrodka w określonym czasie V_t do jego całkowitej objętości V.

$\mu_{t} = \frac{V_{t}}{V}$ (5)

Współczynnik odsączalności chwilowej zależy od czasu trwania procesu odsączania wody i przy dostatecznie długim okresie czasu zbliża się on do współczynnika odsączalności, co można wyrazić w następujący sposób:

μ=μ_t (6)

W naturalnych warstwach wodonośnych im większa jest ich różnorodność i im więcej przewarstwień o małej wodoprzepuszczalności, utrudniających wodzie wolnej przepływ pod wpływem siły grawitacji, tym wolniejszy będzie proces odsączania.

1. Sposób oznaczania współczynnika odsączalności.

Metoda wysokich kolumn, służąca określeniu odsączalności, polega na umieszczeniu próbek gruntu w pionowej rurze, na spodzie której znajduje się siatka filtracyjna oraz komora połączona z ruchomym przelewem oraz rurką piezometryczną. Kolumnę zagęszczonego jak w warunkach naturalnych gruntu wypełnia się wodą, którą wysyca się skałę na całej wysokości. Położenie przelewu ustawia się na takiej wysokości, by ponad swobodnym zwierciadłem wody znajdował się cały profil wilgotności (wilgotność objętościowa Θ w górnej części kolumny ma wartość współczynnika retencji s_r). Odsączanie prowadzi się do ustania wypływu wody.

Rys. 1 Schemat stanowiska do oznaczania współczynnika odsączalności.

Właściwy proces badawczy polega na ponownym obniżeniu przelewu i badaniu objętości wypływającej wody w czasie V_t. Na rurce piezometrycznej odczytuje się wielkość obniżenia przelewu h. W pierwszej fazie odsączania pomiary wykonuje się w krótkich odstępach czasu, które następnie się wydłuża. Współczynnikiem odsączalności jest wówczas stosunek odsączonej wody do objętości V użytej w badaniu skały.

V = F • h (7)

gdzie F jest polem powierzchni przekroju próbki prostopadłego do osi kolumny.

W związku z ograniczoną ilością czasu pomiary objętości odsączonej wody wykonano po 1,2,3,5,10 i co 10 minut do końca zajęć. Współczynnik odsączalności określa się na podstawie sporządzonego w programie WFIT wykresu zmian tego współczynnika chwilowego w czasie oraz znalezionej asymptoty, do której zmierza µ_t.

1. Wyniki i przykładowe obliczenia.

Doświadczenie zostało przeprowadzone na piasku o średnicy 0,25-0,5mm. Próbkę umieszczono w rurze o średnicy d= 70 mm i wysokości 200 cm. Badanie przeprowadzono zgodnie z opisem przedstawionym powyżej. W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano wyniki:

h_gorne= 67,7 cm

h_dolne= 24,2 cm

h = h_gorne − h_dolne= 67,7 – 24,2 = 43,5 cm

Pole powierzchni przekroju próbki prostopadłego do osi kolumny wynosi:

$F = \frac{\pi d^{2}}{4}$

d= 7,0 cm

$F = \ \frac{\pi{7,0}^{2}}{4} = \ $38,5 cm²

Objętość skały, z której odsączano skałę wynosi:

V = F • h= 43,5 · 38,5 = 1674,8 cm³

Wyniki badań objętości odsączonej wody oraz współczynnika odsączalności chwilowej w czasie przedstawiono w tab.2.

Tab. 1. Wyniki badań odsączalności

L.p.	Czas odsączania t	Objętość odsączonej wody Vt	Objętość odsączonej wody V	Współczynnik odsączalności chwilowej µt
	min.	cm^3	cm^3	-
1	1	64	64	0,038
2	2	44	108	0.064
3	3	37	145	0,087
4	5	56	201	0.120
5	10	68	269	0.161
6	20	41	310	0.185
7	30	15	325	0.194
8	40	8	333	0.199

Dla uzyskanych wyników dopasowano krzywą, której asymptota stanowi wartość odsączalności całkowitej µ.

Rys. 2. Wyniki dopasowania współczynnika odsączalność ido krzywej $y = \frac{B + Ax}{C + x}$

Wartość asymptoty wykresu wynosi A= 0,217 .

1. Wnioski

Uzyskane wyniki czyli współczynnik odsączalności chwilowej µ_t dla 40 min równy 0.199 oraz współczynnik odsączalności całkowitej, określony jako asymptota wykresu µ = 0,217 nie odbiegają w znaczący sposób od średnich wyników przedstawionych w literaturze¹, wynoszących 0,19.

---

1. Z. Pazdro, ,,Hydrogeologia Ogólna” Warszawa, 1977↩