Популярные услуги

- Динамика подземных вод

2021-03-09СтудИзба

Лекция №23

Происхождение, классификация и основы динамики подземных вод.

План:

1. происхождение подземных вод.

2. классификация подземных вод.

3. законы фильтрации подземных вод.

4. направления и скорости движение подземных вод.

Ключевые слова: фильтрация, инфильтрационные, конденсационные, седимантационные, ювенальные, аридный, гумидный, нивальный, транзитные реки, грунтовые воды, разгрузка напорных вод, артезианские воды, верховодка, ламинарное, турбулентное.

Рекомендуемые материалы

По происхождению подземные воды делятся:

1. инфильтрационный

2. конденсационный

3. седиментационный

4. магматического

5. метаморфического происхождения

инфильтрационные воды образуется в результате просачивание с поверхности земли осадков и поверхностных вод в пустоты горных пород. Это группа составляет основную часть подземных вод, содержащихся в земной коре.

Конденсационные воды образуется при конденсации водяного пара, перемещающегося под влиянием разности упругости его из атмосферы в горные породы или внутри горных пород – от одного участка к другому. Конденсационное питание подземных вод недостаточно изучено. В некоторых физико-географических условиях, например, в высоко горных районах, оно имеет существенное значение, но по сравнению с инфильтрационных питанием мало.

Седиметнационные воды образуется за счет водоемов, в которых происходило накопление осадочных пород. Это погребенное воды, сохранившихся в глубоких частях гидрогеологических и нефтегазоносных структур, отличается высокой минерализацией, и представляют интерес как сырье для химической промышленности и как лечебных минеральных вод.

Воды магматического и метаморфического происхождения образуется при извержении и застывании магмы, а также выделяются при метаморфизации минералов и горных пород. Иногда их называют ювенальными. На данной стадии развитие Земли они не играют заметной роли.

Инфильтрационное питание подземных вод зависит от осадков, испарение поверхностного стека и других факторов. В разных климатических зонах значения их различны. Так, среднемноголетние годовые суммы осадков изменяются от 70-80мм., в пустынях (Каракумы и Кизылкумы) до 240мм. в зоне влажных субтропиков (Черноморское побережье Кавказа).

Боле чем на 75% территории Республики узбекистана осадков выпадает мене 500мм. С точки зрения инфильтрации важное значение имеет тепловой режим воздуха и зоны аэрации и внутригодовое распределение осадков.

В условиях теплового климата возможна круглогодовая инфильтрация.

С точки зрения оценки условий инфильтрации климат делится на нивальный, гумидный и аридный.

Нивальный или снеговой, характерен для высокогорных хребтов и полярных областей.

Гумидный или влажный, свойственен тундре, тайге и лесной зоне, где осадки преобладают над испаряемости, в связи, с чем происходит интенсивное инфильтрационное питание подземных вод, подземные воды здесь пресные.

Аридный или сухой, характерен для степей полупустынь и пустынь, где испаряемость преобладает над осадками, поэтому инфильтрация очень слабая, минерализация грунтовых вод повышенная и высокая. Подземные воды в пустынях и полупустынях образуется в основном за счет фильтрации из транзитных рек, подземного притока из горных областей, разгрузки напорных вод, конденсации. Меньшую роль играют осадки.

В зависимости от гидравлических свойств (подземные воды), а также условий залегания, подземные воды классифицируется:

1. Верховодка       2. Грунтовый     3. Артезианские воды         

Верховодка образуется на линзах и прослойках слабопроницаемых пород в зоне аэрации и является временным (сезонным) водоносными горизонтами.

Она образуется в результате просачивания осадков, при поверхностных и оросительных водах. Верховодка при интенсивном питании может сливаться с водоупорна наполняя грунтовые воды. 

Грунтовые воды залегают на первом или слабопроницаемом слое. На всей площади развития эти воды могут получать питание сверху за счет инфильтрации осадков и поверхностных вод. Их поверхность свободная, т.е. давление на этой поверхности равно атмосферному. В скважинах и колодцах, в скрывающих грунтовых вод, уровень воды, как правило, устанавливается этой глубине, на который был вскрыт.

Артезианский воды залегают в водопроницаемых отложениях, заключенных между водонепроницаемыми, полностью заполняют пустота в пласте мощностью и находятся под напором Н (рис). Поэтому в скважинах вскрывающих воды, уровень поднимается выше отметки вскрытия и часто выше поверхности земли. Установившийся в скважине уровень  воды называют пьезометрическими.

Рис. Схема артезианского водоносного горизонта и грунтовых вод.

Подземные воды движутся под влиянием силы тяжести от областей питания, где уровень их имеет наибольшие отметки, к областям разгрузки, где отметки уровня наименьшие. Областями питания подземных вод являются горные хребты с окружающими их предгорными шлейфами. Области питания подземных вод приурочены также к водохранилищам. Оросительными каналами, озерам и т.д. разгрузка подземных вод происходить в долинах рек, оврагах, в зонах выливания подземных вод. Искусственная разгрузка подземных вод образуется при отборе подземных вод скважинами, колодцами, осушительными дренами. Направления движения подземных вод (грунтовых) почти всегда совпадает с уклоном рельефа.

Фильтрация – это движение подземных вод в порах рыхлых горных пород и в трещинах осадочных, магматических и метаморфических пород в условиях, когда поры и трещины полностью заполнены водой.

Различают движение воды ламинарное (установившиеся) и турбулентное (неустановившиеся).

Ламинарное или параллельно-струйчатое движения без пульсаций скоростей характеризуется постоянством во времени в любом сечении, мощности, напорного градиента скорости фильтрации, расхода воды.

А турбулентное наоборот, пульсационной-вихревый движения перемещают различный слой потока.

Линейный закон фильтрации. Ламинарное движения подземных вод подчиняется линейному закону фильтрации, закону Дарси.

   Q=K*J*W или Q=K* J *F

где:  

Q–расход фильтрационного потока. Количество воды протекающей через данной поперечное сечение потока в единицу времени (м3/сут.).

K – коэффициент фильтрации породы (м/сут.).

Y – градиент напора или гидравлический градиент

W – поперечное сечение потока, м2

Градиент напора характеризует уклон свободной поверхности грунтовых вод или пьезометрической поверхности грунтовых вод. Его вычисляют по формуле:

    J=(H1-H2)/l

Где:

H1 – отметка уровня грунтовых вод или пьезометрическое поверхности напорных вод в сечении I, м.

H2 – тоже в сечении II,

l – расстояние между сечениями I – II, или путь фильтрации, м (рис)

Градиент напора можно определить из формулы (I) обе части выражения разделить на площадь поперечного сечения потока W(m2), получим:

 

Левая часть равенства определяет собой скорость фильтрации.  V (м/сут.)

V=K*J   если J=1, то V=K

Отсюда следует что коэффициент фильтрации численно равен скорости фильтрации при градиента напора, равном единице.

Скорость движения подземных вод даже в однородной породе различно. По этому, когда речь идет о скорости движения подземных вод, то подразумевают среднюю скорость, изменяющуюся от нескольких миллиметров до нескольких десятков метров в сутки. Её определяют в полевые условиях методами индикаторов, геофизическими изотопными и др. для определения направления подземных вод использует карты гидроизогипс (рис). На рис. Стрелка показывает на направления движения подземных вод.

Водопроницаемость горных пород зависит от их трещиноватости, от размера и густоты трещин и сообщающих пор. Чем больше сечение трещин и пор, тем выше коэффициент фильтрации. Ориентировочный значения коэффициентов фильтрации (м/сут.) рыхлых горных пород приводятся ниже:

Глина – 0,0001                         песок мелкозер, и среднезерновый – 1-20

Суглинок – 0,05-0,10               песок крупнозеновый – 20-50

Супесь – 0,1-0,5                        гравий -20-150

Лёсс – 0,25-0,5                          галечник – 100-500

Песок Т.З. – 0,5-1                     крупный галечник – 500-1000

Коэффициент фильтрации и водоповодимость водоносных отложений можно определят путем наблюдении за стоком действующих производственных или опытных дрен, скажем вертикального дренажа и других водозаборов подземных вод для расчета коэффициента фильтрации, помимо дебита водозабора, необходимо знать положения депрессионной кривой грунтовых вод, который определяет по наблюдательным скважинам, размещенных на поперечники.

Движения потока подземных вод может происходить при горизонтальным и наклонным водоупоры. Рассмотрим закономерности движения потока. Напор определяется относительно горизонтальной плоскости, за которую приняты поверхность водоупора. Кривая упора грунтовых вод называемая депрессионной кривой, ограничивает сверху водонасышенную часть пласта:

Мощность потока – У – величина переменная.

 Напорный градиент в любом сечение равен тангенсу угла между касательной к депрессионной кривой и осью абсциссе. При наклонном водоупоре напор высеченных I и II принимается над горизонтальной плоскостью сравнения 0-0, и напорный градиент будет равен

J=(H1-H2)/l

Единичный расход подземного стока вычисляют по формуле  

где:

h1 и h2 – мощность потока в двух сечениях, среднее значение ее равно

.

Рассмотрим приток подземных вод и водозаборным сооружениям (скважина, колодцы и др.) который предназначен для отбора воды (подземных) на орошения и водоснабжения, а также при осушении сельхозяйственных земель.

При откачке воды вследствие трения воды частицы грунта происходит воронкообразное понижения уровня. Образуется воронка депрессии, имеющая в плане форму, близкую к кругу.

В вертикальном разрезе воронка ограничивается кривыми депрессии, кривизна которых возрастает по мере приближения к точке откачки (рис).

Радиус воронки депрессии называются радиусом влияния (R) величина R входит во многие расчетные формулы при проектировании водозаборных и дренажных сооружений. Для определения R использует различные расчетные формулы. Часто используется формула Кусакина.

где

S – понижения уровня при откачки по центру воронки, м;

H – мощность грунтовой вода, м;

Кф – коэффициент фильтрации, м/сут.

Приток воды (дебит) к совершенному колодцу определяют формулой:

где:

Q – расход (дебит) колодца при откачке м3/сут.

Кф – коэффициент фильтрации, м/сут.

H – мощность грунтовой вода, м;

R – радиус влияния, м;

r – радиус колодца (определяются по площади поперечного сечения колодца, м).  

Контрольные вопросы:

1. Пересилите направление использования подземных вод.

а) использования в питьевых целях

б) в промышленность

в) использование в сельском хозяйстве.

 2. На какой глубине залегают подземные воды в городе Алмалык?

 3. В вертикальном разрезе как выгладят водоносные горизонты?

4. Как происходит искусственная разгрузка подземных вод?

Рекомендуем посмотреть лекцию "Заключение и приложение".

Литературы:

1. Якушева А. Ф. «Общая геология». М. Недра 1988.

2. Мильнучук В. И. «Общая геология». М. Недра 1989.

3. Ершов В. В. «Основы геологии». М. Недра 1986.

4. Иванова М. Ф. «Общая геология». М. Недра 1974.

5. Панюков П. Н. «Основы геологии». М. М. Недра 1978.

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5076
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее