talajvíz mozgását a felszín alatti mozgás alatt a gravitáció
A felszín alatti mozgás a gravitáció, a hidrosztatikus nyomás gradiens és a kapilláris erők. Mozgás a talajvíz a levegőztető zónák és a telítettség eltértek.
vízmozgás lehet lamináris vagy turbulens. Lamináris áramlási vízfolyások, mindenféle turbulencia nélkül mozog egymással párhuzamosan, az alacsony sebességek, így néha nevezik parallelnostruychatym lamináris mozgást. A felszín alatti mozgás a legtöbb esetben lamináris.
Turbulens jellemzi nagy sebességgel, vortex-típusú, pulzálását és az egyes vízsugarak keveréssel. Ez akkor fordul elő csak nagyon nagy pórusokat vagy hasadékok tág kőzetek jelentős gradiensek (például, közel a kutak, intenzív víz szivattyúzására, amelyből gyártott).
A levegőztető zóna behatolt csapadék és a felszíni víz a talajba, az úgynevezett szivárgó (infiltráció). Különbséget tenni a szabad és normális szivárgó beszivárgás. Az első esetben, a mozgás a víz a talajban történik függőlegesen lefelé a gravitáció és a kapilláris erők formájában áramok izolált kapilláris pórusok és egyéni tubulusok; ahol a talaj pórustér nem telített vízzel, és ez megtartja a légmozgás, amely kiküszöböli a hidrosztatikus nyomás hatásaira, a vízmozgás. A második esetben, a víz mozgás a folyamatos gravitációs úton, a hidrosztatikus nyomás gradiens és a kapilláris erők; pórusok vízzel teli teljesen.
Szivárgó víz lehet valaha is elérte a talajvizet, ami azt növelni, vagy maradnak a vadose zónában formájában kapilláris felfüggesztett vízben.
A telítési zóna alatt a gravitáció és a hidrosztatikus nyomást szabad (gravitációs) vizet a pórusok és repedések talajban felé mozdul kúpos felület a vízadó réteg (talajvíz szintje), vagy abba az irányba, a nyomás csökkentésével. Ez a mozgás az úgynevezett szűrés.
Szerint a enciklopédikus meghatározás, szűrés - ez a folyadék mozgását a porózus közegben. A felszín alatti mozgás nem csak a porózus, hanem a törött képződmények, valamint a környezetben bonyolultabb geometriájú szabadon (szűrés) helyet. Továbbá, kapcsolatban a különféle vízi típusú kőzetek lehetővé különböző típusú mozgás és nagy energiájú erők meghatározására mozgást (mozgás Evaporative molekulák
-víz, a víz mozgását az intézkedés alapján a felületi feszültség erők, diffúzió, és mások.). A hidrogeológiai a „szűrés felszín alatti” kifejezés a mozgását, a szabad gravitációs víz, amely akkor fordul elő az intézkedés alapján a gravitációs vagy nyomás gradiens (a teljes víztelítettség szabad hely). Sok esetben szűréssel a talajvíz szoros kapcsolatban van más típusú vízmozgás, hogy létezik a felszín alatti vizekbe a bolygón. Ennek megfelelően, az utóbbi időben széles körben használt kifejezés „geofiltration” (VM Shestakov) (szűrés a felszín alatti), amely integrálja az összes típusú vízmozgás a kőzetekben.
Ha figyelembe vesszük a mozgás talajvíz révén keresztmetszet bármely elem alatti vizekbe, a valós körülmények között mozgás a szabad (gravitációs) a víz megy végbe összekötött üregeket rendszer ásványi skeleton rock mínusz a részét részben az üregek által elfoglalt kötött vizet bezárt levegő, gáz, stb . a relatív mennyisége az ilyen szabad (szűrés) helyet vagy annak egy részét a keresztmetszete az elem (ha egyenletes geometria szabad tér) értéke határozza meg az együtthatók és egy aktív kőzet porozitása n (lásd. § 3.1). Az egyszerűség kedvéért a számítások önkényesen feltételezzük, hogy a mozgás a víz keresztül történik a teljes keresztmetszeti elem, terület F (cm2, m2, stb), amelyek ebben az esetben határozza meg a kapcsolatban
F = W (8,1)
ahol B - szélessége a patak, m-ben; t - térfogatáram (slice), m.
Tényleges méret F „keresztmetszetű áramlási csak egy része a teljes keresztmetszet figyelembevételével határozzák meg a mértékét az aktív terhelhetőség n.
és
Így, igazi természetes gravitációs áramlása alatti víz, a szűrőrendszer a pórusok vagy repedések cserélni feltételes áramlás, az úgynevezett szűrési áramlási a talajvíz.
Flow szűrés fluxus Q a víz mennyisége, amely átmegy egységnyi idő révén az áramlási keresztmetszet (cm3 / s l / s, m3 / nap, stb). Mivel az értékelés a forgalmazási
sztrók lehet folyni (áramlási elem), amelynek különböző szélességű, a koncepció úgynevezett specifikus (egységes) Q áramlási sebességét, amely úgy definiálható, mint a víz mennyisége, amely átmegy egységnyi idő révén az áramlási keresztmetszet a szélessége 1 m (cm3 / s, L / s, m3 / nap, stb).
filtrációs sebesség (sebesség szivárgó) Vp (cm / m / nap, stb) - a víz mennyisége, amely átmegy időegységenként keresztül egységnyi keresztmetszeti áramlási (formáció):
ahol Q - áramlás szűrési áramlási, cm3 / s, m3 / nap; F - a keresztmetszeti területe, cm2 m2.
Mivel a porózus közeg keresztmetszeti területe nagyobb, mint a teljes pórusterület, a szűrési sebesség víz mindig kisebb, mint a tényleges sebesség v pórusaiban a talaj. Minél nagyobb a porozitás, annál kisebb a különbség a v és v ^^
(8.4)
ahol p '- kifejezett porozitást a tizedes, p' = p / 100.
Free (gravitációs) vízmozgás mint a normális beszivárgása a levegőztető zónában és a szűrést zónájában van egy finoman porózus szubsztrátok réteges rendszer és engedelmeskedik függőség, amely vonatkozásában a mozgás a talajvíz formájában rögzítik, Darcy-törvény szűrés
ff
ahol Vp - filtrációs ráta; Kf - szűrő együttható; I - hidraulikus meredeksége egyenlő a meredeksége talaj vagy unconfined vízszintjét (ez az eltérés arányos a hosszirányú komponense a gravitációs erő) vagy piezometrikus nyomásgradiens (arányos a gradiens a hidrosztatikus nyomás) nyomás artézi víz.
Szivárgási tényező jellemzi a vízáteresztő talajok. Ez attól függ, a mennyiséget és a pórusok mérete és a tulajdonságait a szűrt folyadék. szűrés együtthatót, az alábbiak szerint a Darcy képletű (8,5), ami számszerűen egyenlő a szűrési sebesség során a hidraulikus meredeksége egyenlő a 1.
Szűrés együttható egységekben kifejezett sebesség: m / nap, m / h m / s, cm / s, mm / perc, stb Ez - egy nagyon fontos jellemzője, hogy használják a tanulmány a talajvíz mozgását. Szivárgási tényező tükrözi áteresztő talajtulajdonságok (lásd. A 3.2). Tájékoztató értékeket a szűrő együtthatók bizonyos talajokban táblázatban mutatjuk be. 6. Ha összehasonlítjuk a talaj porozitása és szűrési együtthatók figyelemre méltó tény, hogy jelentősen csökkent a szűrőkben vályog és agyag, annak ellenére, hogy nagyobb porozitás. Ennek oka az, hogy a finom pórusok a talaj van töltve vízzel, és kapilláris film, amely megakadályozza, hogy a szabad mozgás (gravitációs) víz. szűrési együttható tipikusan kísérleti úton határozzuk meg.
A fő hidrodinamikai áramlási szűréssel elemek piezometrikus nyomás és a nyomás gradiens.
Hidraulikus fejét. A koncepció a víznyomás be a tudomány az orosz tudós Daniel Bernoulli. az alábbi egyenlet fejezi ki annak meghatározását, az értéke fej H:
ahol P - a hidrosztatikus nyomás a ponton a víz alatt áramlását; src = „http://uchebniki-besplatno.com/files/uch_group51/uch_pgroup252/uch_uch667/image/50.jpg” alt = „” /> - térfogati tömegű vízzel; z - a pont magassága
áramlási fölött a kiválasztott síkban összehasonlítása nyomások; - a dinamikus nyomás.
Az érték az áramlás alatti vizek rendkívül kicsi, ezért
elhanyagolták, és a fej a talajvíz határozza meg az egyenlet
(8.7)
Az érték az úgynevezett piezométerek
cal nyomás és olyan intézkedés az energia áramlását mozgó
folyékony és otnoshenieest piezometrikus fej,
jellemző az „energia a nyomás.”
Piezometrikus fej H - az a magasság, amely a víz fölé kell emelkednie, ezen a ponton az áramlási hatása alatt
hidrosztatikus nyomás P ezen a ponton. Abban az esetben, őrölt áramlási piezometrikus magassága egyenlő a merülési mélysége egy adott pont a talajvízszint, és abban az esetben a víz nyomás - merülési mélység pontot a piezometrikus a víz felszínén (ábra. 16).
Ábra. 16. Az áramkör a talajvíz áramlási szabad felület:
1 - vízadó mátrix és levegőztetés zóna; 2 - gyengén áteresztő kőzetek;
3 - ingyenesen talajvízszint; 4 - piezométerek (kutak); 5 - Direction
talajvíz áramlási
Mivel ezek folyáspontú lehet elfoglalni különböző magassági helyzete, az áramlási energia a két pontot kell csökkenteni egy síkban összehasonlítás: Z1 és Z2 - a távolság (m) a figyelembe vett ponton fel a kiválasztott (single) sík összehasonlítása ( „power pozíció”).
A viszonylag kis változások a sebessége a felszín alatti vizek (szakaszról szakaszra) sebességgel fejét ebben az esetben nem lehet figyelembe venni. Ezután minden egyes pontján a teljes energia a talajvíz áramlási (nyomás) adják
H = h + z. (8.8)
Meghatározásakor fej H felszín alatti referenciasíkot lehet választott felület alapjául szolgáló nem áteresztő réteg (abban az esetben a vízszintes helyzetétől), vagy bármilyen vízszintes felületre. Ha összehasonlítjuk az elhelyezkedés a felületi síkja irányú nyomás alatti víz számszerűen egyenlő a teljesítmény áramlást egy adott szakaszon (H1 = m1, m2 = H2). Valós körülmények között, amikor összehasonlítjuk a nyomás a talajvíz áramlási különböző pontjain az összehasonlítás, mint egy síkban általánosan elfogadott óceánok szinten (z = 0). Ebben az esetben a (ábra. 16) a nyomás értékét (m) egyenlő a szint az abszolút védjegy, amelyhez vizet által felvetett hidrosztatikus nyomás ponton áramlás (úgynevezett folyamatos vízszint). Értékelése nyomás abszolút magasságokban állandó vízszint kényelmes, ha szükséges összehasonlítást a talajvíz nyomása, amelyet különböző pontjain földalatti vizekbe.
Menet közben a folyadék egy porózus közeg (szűrő), vagy mozgó felszín alatti áramlás természetes közepes nyomású (áramlási energia) fogyasztott leküzdésében a súrlódási erők, és ezért a piezometrikus nyomás csökken (az összeg AN) irányába forgalom a talajvíz. Így, akkor feltételezhetjük, hogy minden esetben, a felszín alatti mozgás származik a régió (terület, pont, stb) a nagynyomású régió egy alacsonyabb nyomás (ábra. 16).
Nyomás gradiens. Head veszteség talajvíz (AH, m) közötti régióban Ezen áramlási szakaszok (lásd a 16. ábrát ..), a továbbiakban a távolságot a szakaszok (L - hossza a szűrés útvonalat, m), az úgynevezett gradiens piezometrikus (a nyomásfelvevő gradiens) határozzuk meg az expressziós
Így az I nyomás gradiens értéke a piezometrikus fej veszteségét mutatja a szűrési út egységhossza mentén. A "-" jel a (8.9) kifejezésben azt jelzi, hogy a nyomás a felszín alatti víz mozgásának irányában csökken (növekvő x).
8.2. Darcy lineáris szűrési törvénye
Az alapszűrési törvényt kísérleti jelleggel a francia hidraulika Henri Darcy 1856-ban alapította kísérletekkel, hogy tanulmányozza a víz mozgását homokkal töltött csöveken keresztül (17.
Ábra. 17. Darcy kísérletének terve
A kapott eredményeket a következő kísérletek Darcy megfogalmazott kimenet (törvény), hogy a víz mennyisége (Q), áthalad egy töltött csövön szemcsés anyag, egyenesen arányos a szintkülönbség () a külső részek a cső,
egyenesen arányos a keresztmetszeti területe a cső (F), fordítottan arányos a cső hossza (L - szűrés úthossz), és egyenesen arányos konstans egy adott anyag az együttható (K), amely jellemzi az permeabilitása az anyag kitöltő cső. Így általános formában a Darcy-törvény (az alapszűrési törvény) a képlet segítségével fejezhető ki
(8,10)
ahol Q a víz (áramlás) áramlási sebessége, cm3 / s; K az arányossági együttható, cm / s; F a cső keresztmetszete, cm2; H1 és H2 a piezometrikus fej értéke a külső szakaszokban, cm; L - a cső hossza (szűrési út), cm; Én a nyomás gradiens értéke.
Az áramlási sebesség becslésénél egyetlen áramlási keresztmetszeten keresztül
(8.11)
ahol q a fajlagos vagy egységáramlási sebesség, cm3 / s, m3 / nap; m - a patak teljesítménye, cm, m; 1m = f az áramlás keresztmetszetének területe egységnyi szélességben, cm2, m2.
Ha az egyenlet (8.10) mindkét oldalát elosztjuk az áramlás (F) keresztmetszeti területével, akkor megkapjuk
Kérdések az önkontrollhoz Mi a különbség a víz mozgása között a levegőztetés és a telítettség területén? Melyek a "talajvízszűrés", "áramlási sebesség", "egyszeri áramlási sebesség", "szűrési ráta", "a felszín alatti víz mozgásának valós sebessége" fogalmai? Mi a fej és a nyomás gradiense, a piezometrikus magasság (h) és a referenciasík (z) távolsága? Milyen formában tudjuk kifejezni a szűrési alapszabályt az áramlási sebesség, az egyszeri átfolyási sebesség és a szűrési sebesség tekintetében? Melyek a Darcy törvényének alkalmazhatóságának korlátai?