Вопросы для самоконтроля

1. Какие типы грунтовых вод выделяются по условиям залегания, питания и минерализации?

2. Чем отличаются условия залегания грунтовых вод речных долин и ледниковых отложений?

3. В чем заключаются особенности грунтовых вод морских побережий?

4. Какими показателями характеризуются трещинные и карстовые воды?

5. Какое влияние оказывают подземные воды на ведение горных работ?

Тема 5.3. Движение подземных вод, режимы фильтрации, законы фильтрации; водопроницаемость горных пород, методы оценки водопроницаемости; описание движения подземных вод к вертикальным и горизонтальным дренам, радиус влияния и область питания дрен [5, 13, 16, 24].

5.3.1 Движение подземных вод, режимы фильтрации, законы фильтрации, методы оценки водопроницаемости

Режим подземных вод – изменение во времени их уровня, химического состава, температуры, расхода. В естественных условиях – ненарушенный. Различают сезонные колебания уровня, в многолетнем цикле (11 лет).

Зеркало грунтовых вод ведет себя в зависимости от рельефа, повышаясь на водоразделах и понижаясь к рекам, оврагам и другим местам дренирования – стокам. Вода в водоносном слое под действием силы тяжести находится в непрерывном движении и стремится достичь наиболее низкого места в рельефе.

Она перемещается в зависимости от пористости пород, характера соприкосновения частиц, формы и размеров пор, уклона водоносного слоя. Обычно скорость движения воды в песках при небольших уклонах составляет от 0,5 до 3м/сут. При увеличении уклона или пор – до первых десятков м/сут.

Подземные воды могут двигаться в виде безнапорного (со свободным уровнем, на поверхности которого давление равно атмосферному) или напорного (водоносный пласт полностью заполнен водой и пьезометрический уровень выше его кровли) потока.

В зависимости от количества атмосферных осадков объем грунтовых вод может меняться и летом, дебит – расход источников падает.

Линейный закон фильтрации (Закон Дарси). Движение подземных вод в пористых породах (в песке, галечнике, супеси, суглинке) имеет ламинарный характер (параллельно-струйный), т.е. происходит без разрыва, с плавным изменением скорости и подчиняется основному закону фильтрации – закону Дарси и выражается формулой:

Q = kF;

или v = kJ,

где Q– количество фильтрующейся воды (расход) в единицу времени, м³/сут;

k– коэффициент фильтрации, м/сут;

F– площадь поперечного сечения потока, м²;

J– гидравлический уклон.

Отсюда следует, что скорость фильтрации пропорциональна гидравлическому уклону в первой степени.

В особых случаях, движение подземных вод носит турбулентный(вихревой) характер, как в трубах или каналах (А.А, Краснопольский).

В обломочных рыхлых и крупно трещиноватых скальных породах, частично заполненных рыхлым материалом, возможен смешанный характер движения воды.

Водопроницаемость горных пород, методы оценки водопроницаемости.

1.1. Все горные породы в той или иной мере пропускают через себя воду. Способность породы пропускать через себя воду называется водопроницаемостью, а движение воды в породах под действием напора – фильтрацией.

Численно водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации.

Коэффициент фильтрации (или коэффициент водопроницаемости) равен скорости движения воды при напорном градиенте, равном единице:

, ( 1 )

где V– скорость фильтрации воды на отрезке, см/с;k_ф– коэффициент фильтрации, см/с; J – напорный (гидравлический) градиент – отношение потери напора (уровня) воды –∆Hк длине пути фильтрации –(рис. 1):

. ( 2 )

Рис. 1. Схема, раскрывающая смысл напорного градиента

1.2. Величина коэффициента фильтрации для различных пород изменяется в широких пределах. По величине k_фвсе породы подразделяются на несколько групп по водопроницаемости согласно ГОСТ–25100–2011 (табл. 1). Однако важно подчеркнуть, что для определенного типа породыk_фявляется постоянной величиной.

Таблица 1