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

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?

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.