лекции 5, 6. Закон движения подземных вод Виды движения подземных вод Подземные воды могут передвигаться в горных породах, как путем инфильтрации, так и путем

• Название: Закон движения подземных вод Виды движения подземных вод Подземные воды могут передвигаться в горных породах, как путем инфильтрации, так и путем
• Дата: 02.12.2020
• Размер: 0.8 Mb.
• Имя файла: лекции 5, 6.docx
• Тип: Закон; #156055
• страница: 1 из 6

Тема 5. Основной закон движения подземных вод

1. Виды движения подземных вод

Подземные воды могут передвигаться в горных породах, как путем инфильтрации, так и путем фильтрации. При инфильтрации передвижение воды происходит при частичном заполнении пор воздухом или водяными парами, что обычно наблюдается в зоне аэрации. При фильтрации движение воды происходит при полном заполнении пор или трещин водой. Масса этой движущейся воды создает фильтрационный поток.

Фильтрационные потоки подземных вод различают по характеру движения, гидравлическому состоянию, режиму фильтрации и т.д.

Движение подземных вод может быть установившимся и неустановившимся, напорным и безнапорным, ламинарным и турбулентным.

При установившемся движении все элементы фильтрационного потока (скорость, расход, направление и др.) не изменяются во времени. Во многих случаях эти изменения настолько малы, что для практических целей ими можно пренебречь.

Фильтрационный поток называется неустановившимся, если основные его элементы изменяются не только от координат пространства, но и времени.

Подземный поток становится переменным, т.е. приобретает не- установившийся характер движения под действием различных естественных и искусственных факторов (неравномерная инфильтрация атмосферных осадков, откачка воды из скважины, сброс сточных вод на поля фильтрации и т.д.).

По гидравлическому состоянию различают безнапорные, напорные и напорно-безнапорные потоки подземных вод.

Для безнапорных потоков характерно неполное заполнение водой поперечного сечения водопроницаемого пласта. Безнапорные потоки имеют свободную поверхность, движение воды в них происходит под действием силы тяжести.

Напорные потоки характеризуются полным заполнением поперечного сечения водопроницаемого пласта водой, имеется пьезометрический уровень, движение воды происходит как под действием силы тяжести, так и за счет упругих свойств воды и водовмещающих пород.

Напорно-безнапорные потоки образуются при откачке воды из скважин, если пьезометрический уровень опускается ниже кровли напорного водоносного пласта.

Движение подземного потока может быть ламинарным и турбулентным. При ламинарном движении струйки воды передвигаются без завихрений, параллельно друг другу. Ламинарный характер движения наблюдается не только в пористых, но и в трещиноватых породах с коэффициентом фильтрации до 300–400 м/сут.

В породах с крупными трещинами и пустотами, с коэффициентом фильтрации более 300–400 м/сут, а также в хорошо промытых галечниках движение воды в отдельных случаях носит вихревой характер, или турбулентный. Этот тип движения в подземных водах наблюдается сравнительно редко.

При известных допущениях фильтрационные потоки в плане можно рассматривать как плоские или радиальные.

Плоским называется поток подземных вод, в котором струйки направлены более или менее параллельно друг другу.

Радиальный поток отличается различным направлением струек: сходящимся или расходящимся. Примером радиального потока может служить движение грунтовых вод при откачке воды из скважины (Рис. 16).



Рис.16Потокигрунтовыхвод:

а – плоский, б – радиальный(расходящийся), в– радиальный(сходящийся)
Различают движение воды, во–первых, как самостоятельного физического тела в разных фазовых состояниях (жидком, газообразном, твердом), во–вторых, как тела физически связанного с горными породами и, в–третьих, как геологического тела.

Движение воды как физического тела. Свободная вода, когда она не связана никакими силами с горными породами, ведет себя как самостоятельное физическое тело, подчиняясь только законам гравитационного, теплового, геофизического полей. Главным в этом случае выступает гравитационное поле, под действием сил которого вода стремится занимать наиболее низкое положение на Земле или в ее недрах. В теп- ловом поле земли вода меняет свое фазовое состояние и соответственно законы движения. Пар движется преимущественно от участков большего давления и температуры к участкам меньшего их значения. Лед может перемещаться как обычное твердое тело. Движение жидкой воды происходит в результате передачи гидростатического давления от участков более высокого напора к участкам его более низких значений.

Движение жидкой воды происходит в результате передачи гидростатического давления от участков более высокого напора к участкам его более низких значений.

Движение физически связанных вод. Физически связанные воды находятся под воздействием разнообразных сил взаимосвязи с горными породами и их движение как свободного физического тела ограничено. Часто движение физически связанных вод, особенно в зоне аэрации, отождествляют с явлением влагопереноса, как формы массопереноса в зоне неполного насыщения, включающей перемещение гравитационных, капиллярных, иммобилизованных и пленочных вод.

Их движение наряду с гравитационными силами обеспечивается дополнительными силами поверхностного натяжения, которые возникают под действием молекулярного притяжения жидкости к твердому телу. Молекулярная диффузия происходит под действием градиентов концентрации, температуры, давления, электрического, магнитного, гравитационного и других полей и других полей. Упоминавшееся ранее движение пленочных вод от слоя с большей толщиной пленки к слою с меньшими ее размерами также по природе своей является диффузизионным и относится к виду концентрационной диффузии.

Еще один пример молекулярной диффузии связан с движением воды в область высокой концентрации растворенных химических веществ. Если два типа воды имеют разную минерализацию и разделены слабопроницаемой перегородкой, вода перемещается из области с низкой концентрацией, в область с высокой концентрацией растворенных веществ. Движение воды будет продолжаться до тех пор, пока соленость воды не выровняется по обеим сторонам перегородки. В этом случае говорят о концентрационном осмосе.

Примеров термоосмоса является миграция воды в сторону образующихся жил льда в грунтах. Пленка воды на растущем кристалле льда имеет пониженную температуру, а значит и более сильное поверхностное натяжение. Поэтому капиллярная вода, соприкасаясь со льдом, притягивается к растущему кристаллу. Такое движение влаги к промерзающему фронту более охотно происходит в среде, которая гораздо ближе к насыщению водой, чем в случае движения воды в виде пара. Движение воды в зону промерзания приводит к непрерывному росту кристаллов льда, которые в свою очередь обусловливают пучение грунтов – явления, широко развитого в областях с холодным климатом и приносящего большие трудности в строительстве разнообразных объектов: жилых зданий, железных и шоссейных дорог, аэродромов и т.д.

Движение воды как геологического тела. Когда мы говорим о геологическом движении воды, то имеется в виду не только и не столько движение воды через поры горных пород, сколько ее движение вместе с горной породой, т.е. ее размещение на определенной глубине, в определенном типе породы, форме такого размещения, взаимоотношения с породой. Геологическое движение водных растворов – результат более общих тектонических и геолого-структурных движений, обусловленных глубинными силами Земли. Оно неразрывно связано с геологическим круговоротом вещества в недрах земли и определяется такими явлениями, как движение литосферных плит, уплотнение и разуплотнение горных пород и т.д.