рефераты бесплатно
Рефераты бесплатно, курсовые, дипломы, научные работы, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, сочинения,рефераты литература, рефераты биология, рефераты медицина, рефераты право, большая бибилиотека рефератов, реферат бесплатно, рефераты авиация, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент и многое другое.
ENG
РУС
 
рефераты бесплатно
ВХОДрефераты бесплатно             Регистрация

Движение подземных вод  

Движение подземных вод

Особенности движения рассолов.

В пределах одного и того же водоносного комплекса минерализация,

соответственно, плотность и вязкость могут существенно меняться как в

вертикальном направлении, так и по простиранию пласта. При этом скорость

движения потока может быть выражена из

[pic] (1)

Анализируя записанную формулу устанавливаем, что при неизменном

градиенте напора скорость фильтрации может быть различной в результате

изменения плотности и вязкости. При увеличении минерализации рост вязкости

происходит быстрее, чем плотности. Как указывает А. И. Силин-Бекчурин, в

интервале температур 5-20°С скорость фильтрации пресных вод в 1,5-2 раза

выше, чем рассолов. С увеличением температуры эти различия нивелируются.

Неоднородность плотности вод необходимо учитывать при определении

напора или давления. Для пресных вод, обладающих плотностью равной I,

гидродинамическую картину можно оценивать, ограничиваясь лишь данными

статистических уровней в скважинах. Однако, для минерализованных вод,

отличающихся к тому же различной плотностью в разных точках пласта по

результатам замеров статических уровней установить гидравлический уклон,

построить карты гидроизопьез невозможно, т.к. величины уровней зависят от

плотностей.

В этом случае выбирается плоскость сравнения и аналогично определению

приведенного напора рис.2 расчет приведенного давления можно вести

по формуле: [pic]

[pic]рис.1

Вместе с тем в практике исследований известны примеры, фиксирующие

отклонения от закона Дэрси. Нарушение прямой пропорциональности между

скоростью фильтрации и напорным градиентом отмечено прежде всего при

больших скоростях движения подземных вод (верхний предел применимости).

Верхний предел применимости Дарси. Этот предел применимости линейного

закона фильтрации связан с так называемой критической скоростью фильтрации,

при достижении которой не соблюдается прямой пропорциональности между

скоростью фильтрации и напорным градиентом. Количественный признак

определения верхнего предела применимости линейного закона фильтрации был

предложен Н.Н.Павловским (1922г.), а затем ВЛ1.Щелкэчевым.

По В.Н.Щелкачеву, критическое число Рейнольдса RLкр ,

устанавливающее границу между ламинарным и турбулентным движениями

подземных вод, определяется по формуле:

[pic] (2)

а отвечающая этому числу критическая скорость фильтрации соответственно из

выражения:

[pic]

[pic] (3)

В формулах (2), (3): n- пористость; ? -кинематический коэффициент

вязкости, где ?- динамический коэффициент вязкости ,?-плотность воды,

г/см3); [pic]-коэффициент

проницаемости горных пород.

Рассчитанные по формуле (2) критические значения числа Рейнольдса

оказались в пределах 4-12. Такой большой диапазон изменения критического

значения числа Рейнольдса объясняется тем, что отклонение от линейного

закона фильтрации происходит постепенно и в разных условиях неодинаково в

зависимости от структуры порового пространства и от свойств фильтрующейся

жидкости.

Отклонения от линейного закона Фильтрации объясняются тем, что с

увеличением скорости движения воды в пористой среде возрастает роль сил

инерции. При движении воды по поровым каналам с большой скоростью величины

и направления скоростей жидких частиц значительно изменяются вследствие

извилистости каналов и непостоянства их поперечных размеров. Большое

изменение скоростей фильтрации обусловлено существованием значительных сил

инерции, что приводит к нарушению закона Дзрси.

Нарушение линейного закона фильтрации может происходить, например,

при интенсивных откачках подземных вод» На большей площади депрессионной

воронки, созданной откачками, вследствие малых уклонов должен сохраняться

ламинарный режим .движения: в зоне же, которая непосредственно примыкает к

водозаборному сооружению, могут иметь место отклонения от ламинарного

движения, обусловленные резким возрастанием скоростей в суженной

прифильтровой части депрессионной воронки.

В условиях наличия отклонений от линейного закона фильтрации

(переходный режим) наиболее достоверной формой основного закона является

двучленная зависимость вида:

Y=aV+bV2,

где a и b- некоторые постоянные, зависящие от свойств пористой среды и

фильтрующейся жидкости и определяемые экспериментально.

При малых значениях скорости фильтрации величиной bV2 можно

пренебречь, тогда формула представит собой запись закона А.Дарси: У =

aV , в которой а=Y/V . При значительных скоростях Фильтрации, наоборот,

величина члена bV2 становится намного больше первого члена формулы aV ,

без учета которого Формула принимает вид

У= bV2- откуда получается следующее выражение для скорости

фильтрации V :

[pic] (4)

Kk- коэффициент фильтрации по Краснопольскому.

Зависимость типа (4) была в свое время предложена

А.А.Краснопольским (1912 г.) для турбулентного режима движения жидкости и

характеризует ток называемый нелинейный закон фильтрации.

Нижний предел применимости закона Дэрси

Нарушение линейного закона фильтрации наблюдается и в области очень малых

значений скоростей и градиентов. Однако точного значения нижнего предела

применимости закона Дэрси не имеется. Исследованиями американского

гидрогеолога О.Мейнцера установлена применимость закона Дэрси в зернистых

породах при значениях напорного градиента 0,00003 -0,00004 и высказано

предположение о справедливости линейного закона фильтрации при еще более

малых значениях напорного градиента. Экспериментальные исследования

В.Н.Щелкачева и И.Е.Фоменко доказывают, что фильтрация пресных и соленых

вод происходит без нарушения закона Дэрси в песчаных коллекторах с

проницаемостью до 5 мД и выше при очень малых значениях градиента (n*10-

4) и скорости фильтрации (n*10-3 см/год.)

Значительный интерес представляют также исследования фильтрации

подземных вод через глинистые породы.

Фильтрация воды в глинистых породах. В дисперсных глинистых

породах, обладающих крайне малым размером пор, связанная вода практически

полностью перекрывает сечение норовых канальцев. Для возникновения

фильтрации в таких породах необходимо создать градиент капора, превышающий

некоторый начальной напорный градиент. Существование этого начального

напорного градиента вызвано наличием связанной воды, которая отличается

по своим физическим свойствам от обычной вязкой жидкости и, являясь вязко-

пластичной жидкостью, обладает определенной сдвиговой прочностью. При

возникновении напорного градиента, превышающего начальный градиент,

определяемый сдвиговой прочностью, в глинистых породах происходит

фильтрация, подчиняющаяся линейному закону Дэрси, который записывается в

следующем виде :

V=K(Y-Yпр)=K(Y-4Yo/3 ) (5)

[pic]рис.2

На рис.2 показана зависимость скорости фильтрации воды в песчаных

породах (прямая I) ив глинах (кривая II) от напорного градиента. При

фильтрации вода в песчаных породах существует линейная зависимость между

скоростью фильтрации V и напорным градиентом I; при фильтрации воды в

глинах - криволинейная зависимость на первом участке (1-2) и прямолинейная

на втором (2-3). Точка 1 кривой 2 соответствует начальному напорному

градиенту I , при котором вода находится в предельном состоянии; при

превышении же начального градиента отмечается фильтрация воды, но

зависимость скорости фильтрации от напорного градиента имеет прямолинейный

характер (участок 1-2 кривой II). Точка 2 соответствует значению

предельного напорного градиента Iпр, при превышении которого становится

справедливым закон Дэрси.

Экспериментальными исследованиями С.А.Роза установлено, что для

плотных глин значение начального напорного градиента, при превышении

которого начинается фильтрация, может достигать 20-30, в остальных случаях

оно может составлять несколько единиц.

В соответствии с изложенным в природных условиях следует учитывать

возможность фильтрации подземных вод через относительно водоупорные

глинистые отложения.

Структура фильтрационного потока

Для описания структуры потока используется гидродинамическая

сетка, которая состоит из линий напора и линий тока.

Общей структурной формой является пространственный (3-х мерный)

поток ,гидродинамическая сетка которой деформируется по З-м

пространственным координатам.

Анализ пространственных потоков сложен и такой анализ

встречается редко. Основными формами потока, широко используемыми в

гидрогеологических расчетах - плоские (двумерные) потоки в вертикальном

сечении (профильные) и в плане (плановые), для которых характерна

деформация гидродинамической сетки в какой-либо одной плоскости.

В профильных потоках деформации линий тока происходят в вертикальной

плоскости, а в плане поток имеет плоско-параллельный характер, т.е. в атом

случае линии тока в плане параллельны друг другу. Пример - фильтрация в

основании плотин.

В плановых потоках деформаций линий токов - в плане, а в

вертикальном сечении поток носит плоско-параллельный характер. Такие

условия характерны для потоков большой протяженности, длина которой

значительно превышает их мощность.

Наиболее простой структурной формой является линейный (одномерный)

поток, движение которого происходит в одном направлении.

В плановом потоке удобно вместо V фильтрации использовать понятие удельного

расхода потока q , который представляет собой исход планового потока

шириной I м; т.е. площадь поперечного сечения для удельного расхода

численно равна мощности пласта. При однородном строении пласта по

вертикали для записи удельного расхода мощности используется ф. Дэрси,

полагая Q=q, ?=m, т.е.

q= кт *У = TУ

T [м2 /сек]-проводимость потока - удельной расход потока при единичном

градиенте Для планового потока, состоящего из различной проницаемости

q=q1+q2+…=(K1 m1+K 2m2+…)Y т.е. T= K1 m1+K 2m2+…

Тогда средний (средневзвешенный)

Кср=T/m = (K1 m1+K 2m2+…)/m

Таким образом элементы Фильтрации потока :

1. пьезометрический напор H=p/? +z;

2. напорный градиент dh/dl ;

3. линии равных напоров;

4. линии токов;

5. скорость фильтрации.

Понятие об установившейся и неустановившейся фильтрации подземных вод.

Фильтрация подземных вод в пористой или трещиноватой среде горных пород

может иметь установившийся или неустановившийся характер Строго говоря,

движение подземных вод в горных породах всегда является в той или иной мере

неустановившимся , т.е. переменным во времени. Неустановившееся движение

проявляется в изменениях уровня подземных вод, что обусловливает изменения

напорных градиентов, скоростей фильтрации и расхода подземного потока.

Изменения эти могут быть вызваны влиянием естественных или искусственных

факторов, определяющих условия питания, движения и разгрузки подземных

вод. К числу таких факторов можно отнести неравномерное выпадение и

инфильтрацию атмосферных осадков, колебания горизонтов поверхностных

водоемов, паводки на реках, сооружение и функционирование водохранилищ и

каналов, процессы орошения и осушения земельных территорий, откачки

подземных вод из скважин и горных выработок, захоронение сточных вод и др.

В районах, где условия питания и разгрузки подземных вод изменяются во

времени незначительно, движение подземных вод можно рассматривать как

установившееся, т.е. практически не изменяющееся во времени. При

установившейся фильтрации уровни и скорость движения подземных вод в одних

и тех же точках не изменяются во времени, являясь лишь функцией координат

пространства. H,Y,V=const.

Установившееся и неустановившееся движение подземных вод наблюдается как в

безнапорных, так и в напорных водоносных горизонтах. Особенно резко

выраженный неустановившийся характер носит движение подземных вод в первый

период работы водозаборных сооружений

При этом следствием неустановившегося движения в безнапорных

водоносных горизонтах является осушение части водоносного горизонта (в

пределах создаваемой депрессии), происходящее при понижении уровня в

процессе откачки вода. Осушение пласта в зоне влияния откачки происходит

постепенно, вызывая изменение уровня, скорости движения и расхода

подземного потока.

При изучении условий движения подземных вод неглубоких безнапорных

Страницы: 1, 2, 3


© 2010.