|
Закон Дарси. Закон Дарси (Анри Дарси, 1856) закон фильтрации жидкостей и газов в пористой среде. Исторически закон был получен А. Дарси экспериментально1, но может быть получен с помощью осреднения уравнений Навье Стокса,
Для решения многих теоретических и практических задач, связанных с выявлением условий формирования и разрушения месторождений полезных ископаемых, миграцией в воде различных химических и биологических компонентов, прогнозом распространения загрязнений, устойчивостью откосов карьеров, оснований плотин и других инженерных сооружений, необходимо определять направление и скорость движения подземных вод. Эти важные параметры потоков подземных вод определяют гидрогеологическими и геофизическими методами, причем обычно совместно.
Гидрогеологические методы определения направления движения подземных вод. Направление движения подземных вод легче всего установить по картам гидроизогипс (либо гидроизопьез) для изучаемых водоносных горизонтов. По таким картам направление движения подземных вод определяют по линиям тока, проведенным перпендикулярно к гидроизогипсам (либо гидроизопьезам) по уклону потока, т.е. от гидроизогипсы с большей отметкой к гидроизогипсе с меньшей отметкой.
При отсутствии карт, отражающих положение свободной или пьезометрической поверхности подземных вод, для определения направления их движения необходимо иметь не менее трех выработок с отметками уровня подземных вод в одно и то же время. Выработки желательно располагать по углам равностороннего треугольника с длиной стороны от 50 до 300 м (чем меньше уклон потока, тем больше должно быть расстояние между выработками).
По известным или установленным в трех (или более) точках отметкам уровня проводят с учетом интерполяции несколько гидроизогипс (либо гидроизопьез) и определяют направление движения по перпендикуляру к ним в сторону убывания отметок.
Геофизические методы определения направления и скорости движения подземных вод. При отсутствии карт гидроизогипс (либо гидроизопьез) и достоверных данных об уровне подземных вод направление их движения устанавливают при помощи геофизических методов. Направление движения подземных вод устанавливают методом запуска красителя с периодическим фотографированием в скважине его конуса выноса. Краситель опускают в скважину в специальной капсуле. По скорости размывания конуса выноса красителя можно ориентировочно определять скорость движения подземных вод. Для водоносных горизонтов, сложенных породами с редкой и неравномерной трещиноватостью, этот метод применять не рекомендуется.
Индикаторные методы определения направления и скорости движения подземных вод. Действительную скорость движения подземных вод U можно определить, зная скорость фильтрации V и активную пористость пород па, так как U= V/ па. Скорость фильтрации V = kl вычисляют с использованием коэффициента фильтрации водоносных пород к и напорного градиента / (определяется по карте гидроизогипс или гидроизопьез). Однако более надежные результаты дает индикаторный метод определения действительной скорости движения подземных вод.
Индикаторный метод основан на введении в испытуемый горизонт через пусковые скважины каких-либо индикаторов и определении скорости их передвижения в условиях подземного потока по времени появления в наблюдательных скважинах. Индикаторы должны быть безвредными, устойчивыми и легко обнаруживаться в подземных водах. Чаще всего в качестве индикаторов применяют красители (флюоресцеин, родамин-В, уранин, эритрозин и др.), электролиты (поваренную соль, хлористый аммоний, соли лития и др.) и радиоактивные соединения (содержащие J131, Br82, Н3, СО60, Сг51 и др.). Когда в качестве индикаторов применяют радиоактивные изотопы, метод изучения движения подземных вод называют радиоиндикаторным.
Перед проведением опыта участок должен быть хорошо изучен в гидрогеологическом отношении. В пусковых и наблюдательных скважинах при помощи геофизических исследований, лабораторных работ и поинтервального опробования должны быть выделены, соответствующим образом изучены, а при послойном опробовании изолированы пласты, горизонты или интервалы, подлежащие исследованию.
Если передвижение индикатора прослеживают при помощи наблюдательных скважин, то они должны быть заложены ниже по потоку на расстоянии от пусковой скважины 0,5—2 м в суглинистых и супесчаных породах, 2—8 — в песчаных зернистых, 5—15 — в гравийно-галечных и хорошо проницаемых трещиноватых и 15—50 м и более — в закарстованных. Наблюдательных скважин может быть от одной до трех, расстояние между ними — от 0,5 до 2 м.
Определять направление и скорость движения подземных вод можно и без наблюдательных скважин (односкважинные методы), используя данные наблюдений за изменением концентрации индикатора во времени или за его распространением непосредственно в пусковой скважине (фотографирование конусов распространения красителей, термометрические и радиоиндикаторные замеры и т.д.). Появление индикатора в наблюдательных скважинах устанавливают химическим, электрическим и колориметрическим способами; первые два дают более надежные результаты. При химическом способе появление индикатора фиксируют по изменению его концентрации в пробах воды, периодически отбираемых из наблюдательных скважин. Чтобы более точно установить время появления индикатора в наблюдательной скважине, изменение его концентрации в пробах воды изображают в виде графика. Время прохождения индикатора от пусковой до наблюдательной скважины /маКс исчисляют от момента его запуска в пусковой скважине до момента, когда его концентрация в наблюдательной скважине окажется максимальной (рис. 10.13).
Рис. 10.13. График изменения концентрации индикатора в наблюдательной скважине в зависимости от времени
Скорость движения подземных вод определяют как частное от деления пройденного индикатором расстояния А/ на время его прохождения от пусковой до наблюдательной скважины /макс
Аналогично определяют действительную скорость движения подземных вод при применении электролитического и колориметрического способов обнаружения индикатора. В первом случае время появления индикатора в наблюдательной скважине фиксируют по максимальной величине силы электрического тока в цепи, замкнутой через скважину (максимальной сила тока будет в момент прохождения индикатора-электролита через наблюдательную скважину), во втором случае — по максимальной интенсивности окраски отбираемых проб воды (ее оценивают при помощи флюороскопа).
При использовании любого метода для более точного определения времени появления индикатора в наблюдательной скважине необходимо строить графики изменения наблюдаемого показателя (силы тока или концентрации красителя).
При применении радиоиндикаторного метода определения направления и скорости движения подземных вод перемещение помеченных радиоактивными изотопами порций воды контролируют, замеряя при помощи специальных приборов интенсивность радиоактивного излучения и концентрацию индикаторов. В методическом отношении радиоиндикаторный метод аналогичен индикаторному.
Благодаря возможности использования радиоактивных индикаторов низких концентраций, их сравнительно большой сорбционной способности и высокой точности определения радиоиндика- торные методы являются перспективными не только для определения направления и скорости движения подземных вод, но и для решения многих других гидрогеологических задач.
Особенно эффективен односкважинный радиоиндикаторный метод, заключающийся в наблюдении за изменением во времени концентрации введенного в скважину радиоактивного индикатора. Эти замеры и эпюры распределения его активности, получаемые при помощи опускаемого в скважину зонда, позволяют определять расход, скорость и направление движения потока подземных вод.
Индикаторный и радиоиндикаторный методы используют для определения скорости движения подземных вод как в естественных условиях, так и в условиях воздействия различных инженерных сооружений и мероприятий (при откачках воды из скважин, исследовании движения подземных вод в районах гидротехнического строительства, при захоронении сточных вод, а также в других случаях).
| | |
|
|
Скачать 1.55 Mb.