Wykład 4

Dynamika wód podziemnych – opisuje przepływ… wykład 1

Podstawowe prawa ruchu wód podziemnych:

Prędkość przepływu wód podziemnych w warstwie wodonośnej określa następująca zależność:

v – prędkość przepływu wody [m/s]

Q – objętość wody przepływającej w jednostce czasu przez określony przekrój poprzeczny strumienia wody [m3/s]

A – powierzchnia przekroju poprzecznego strumienia [m2]

Prawo Darcy’ego – ilość wody przechodzącej przez ośrodki skalne w jednostce czasu jest wprost proporcjonalna do współczynnika filtracji spadku hydraulicznego i powierzchni przekroju poprzecznego.

Q=K*J*F

K – współczynnik filtracji

J – spadek hydrauliczny

F – powierzchnia przekroju poprzecznego strumienia

Wycinek strumienia wody podziemnej:

1 – warstwa wodonośna

2 – utwory nieprzepuszczalne

3 – kierunek spływu wód podziemnych

Spadek hydrauliczny – jest wprost proporcjonalny do różnicy wysokości ciśnień a odwrotnie proporcjonalny do długości drogi L.

J – spadek hydrauliczny

L – droga przepływu wody podziemnej

Δh – różnica ciśnień pomiędzy 20ma punktami strumienia wody podziemnej położonych na linii prądu

Współczynnik filtracji – parametr opisujący przepuszczalność ośrodka skalnego dla wody podziemnej. Prędkość filtracji wyraża się przy spadku hydraulicznym równym jedności pod warunkiem, że filtracja (przepływ wody podziemnej) podlega liniowemu prawu Darcy’ego.

Oznaczanie współczynnika filtracji:

Zależy on od filtracyjnych własności ośrodka skalnego uziarnienia, własności filtracyjnych cieczy (ciężaru, temp, lepkości).

Oznaczamy go za pomocą:

1. Wzorów empirycznych

2. Metod laboratoryjnych

3. Metod polowych

Ad. 1

Nie uwzględniają wielu cech strukturalnych warstwy wodonośnej oraz niejednorodności warstwy wodonośnej, które wpływają na wartość współczynnika filtracji.

Np.

a) wzór Allena Hazena(uproszczony)

warunki stosowalności

b) wzór USBSC („amerykański”)

warunki

c) wzór Krugera

warunki

Ad. 2

Polegają na pomiarze prędkości przepływu wody przez próbkę skalna, przy zmiennych wartościach spadku filtracyjnego. Obliczenia są wykonywane za pomocą wzorów z równania Darcy’ego v=K*J

Przez próbkę gruntu o długości L i polu przekroju poprzecznego F przepuszcza się wodę przy zadanej różnicy wysokości hydraulicznych H pomiędzy początkowym i końcowym przekroju próbki. Wydatek strumienia filtracyjnego = const i wynosi Q na tej podstawie wylicza się współczynnik filtracji.

* przyrządy do oznaczania współczynnika filtracji (rys.)

Ad. 3

Otrzymujemy najbardziej wiarygodne wartości współczynnika filtracji. Prowadzone są w naturalnych warunkach geologiczno – hydrogeologicznych. Uwzględniają niejednorodność ośrodka skalnego. Wyróżniamy następujące metody:

- metoda pompowania badawczego w warunkach ruchu ustalonego

- metoda ruchu nieustalonego

- metoda wzniosu zwierciadła wody

- metoda zalewania otworów

- metoda określania współczynników filtracji na podstawie parametrów naturalnych strumienia badawczego

W metodzie pompowania badawczego ujęcie badawcze może stanowić:

- pojedyncza studnia

- węzeł hydrogeologiczny – w skład którego wchodzi studnia wraz z jednym lub wieloma otworami badawczymi

- zespół węzłów hydrogeologicznych

Pompowania badawcze dla określenia współczynnika filtracji trwa kilka/kilkanaście dni. Dla określenia wpływu eksploatacji ujęcia na zasoby wody podziemnej, warunków zasilania warstwy wodonośnej itp. wykonuje się pompowania trwające miesiące lub lata

Następuje zmiana (obniżanie) zwierciadła wody, skutkiem tego jest depresja (s)

Podczas pompowania mierzymy t i s.

Spr. z jaką prędkością zmienia się s ( jak zmienia się w czasie)

Musimy znać:

- miąższość warstwy wodonośnej

- wydajność pompowania

- k (współczynnik filtracji)

Może być warstwa o kilku różnych współ. filtracji, uzyskujemy wtedy średnią wartość k, z obszaru gdzie występuje zasięg występowania studni.

Mogą występować: lokalne soczewki wpływające na k, szczeliną wpływająca na k

Studnia pojedyncza, woda o zwierciadle swobodnym

R – promień leja depresji

r – promień studni

So – depresja studni

Studnia pojedyncza, woda o zwierciadle napiętym:

Podział skał ze względu na k:

- >10^-3 – skały bardzo dobrze przepuszczalne

- 10^-4 - 10^-3 – skały dobrze przepuszczalne

- 10^-5 - 10^-4 – skały średnio przepuszczalne

- 10^-6 - 10^-5 – skały słabo przepuszczalne

- 10^-8 – 10^-6 – skały półprzepuszczalne(gliny, namuły, mułowce, iły piaszczyste)

- <10^-8 – skały nieprzepuszczalne (iły, iłołupki, gliny zwięzłe, margle ilaste, skały masywne niespękane)