Лекция: Виды воды в порах грунтов

Основные силы, действующие на воду в порах грунта:
— силы молекулярного взаимодействия; — капиллярные силы; — силы тяжести и гидростатического давления; — сосущая сила корневой системы растений (десукция).В зависимости от физического состояния, подвижности и характера связи с грунтом выделяют несколько видов воды в грунтах: — химически и физически связанная, — капиллярная, — свободная (гравитационная), — вода в твердом и парообразном состоянии. Классификация подземных вод- По температуре подземные воды делятсяна исключительно холодные (ниже 00С), весьма холодные (4-200С), теплые (20-370С), горячие (37-420С), весьма горячие (42-1000С), исключительно горячие (более 1000С). К термальным водам относят воды с температурой более 200С. Если такие воды имеют лечебное значение (обычно это воды и специфического химического состава), их называют «термами». По минерализации подземные воды,как и все природные воды делят на пресные, солоноватые, соленые и рассолы. Подземные воды, оказывающие бальнеологическое воздействие на организм человека, называют минеральными. Они подразделяются на углекислые, сульфидные или сероводородные, железистые и мышьяковистые, бромистые и йодистые, воды с большим содержанием органических веществ, радоновые. По гидравлическим условиям подземные воды подразделяют на напорные (артезианские и глубинные) и безнапорные (грунтовые).По характеру вмещающих воду грунтов подземные воды подразделяют на поровые, пластовые, трещинные, трещинно-жильные. Движение подземных вод — В зоне аэрации происходит проникновение атмосферных осадков и поверхностных вод в грунт, называемое инфильтрацией. Различают свободное просачивание и нормальную инфильтрацию.В зоне насыщения под действием силы тяжести и гидростатического давления свободная (гравитационная) вода по порам и трещинам грунта перемещается в сторону уклона поверхности водоносного горизонта или в сторону уменьшения напора. Это движение называется фильтрацией. В мелкопористых грунтах движение вод имеет ламинарный режим-Закон фильтрации Дарси:uф = K ф I, где uф – скорость фильтрации, K ф — коэффициент фильтрации, I — гидравлический уклон, равный либо уклону поверхности уровня грунтовых безнапорных вод (этот уклон пропорционален продольной составляющей силы тяжести), либо градиенту пьезометрического напора (пропорционального градиенту гидростатического давления) у напорных артезианских вод. Скорость фильтрации (м/сут, мм/мин или см/с) – это отношение расхода фильтрационного потока к площади поперечного сечения в пористой среде. Скорость фильтрации (м/сут, мм/мин или см/с) – это отношение расхода фильтрационного потока к площади поперечного сечения в пористой среде. Коэффициент фильтрации характеризует водопроницаемость грунтов. Он зависит от количества и размера пор и от свойств фильтрующей жидкости. Коэффициент фильтрации численно равен скорости фильтрации при гидравлиеческом уклоне, равном 1. Коэффициент фильтрации выражают в единицах скорости: м/сут, мм/мин, см/с и т.д. для определения скорости фильтрации в зоне насыщения необходимо знать величину гидравлического уклона. Для безнапорных грунтовых вод уклон определяют через величину падения уровня грунтовых вод DH на расстоянии L: DH/L = (H1 – H2)/L. Тогда формула Дарси приобретает вид:uф = K фDH/L. В крупнообломочных и трещиноватых грунтах режим движения вод турбулентен. В таких случаях вместо формулы Дарси применяют зависимость типа формулы Шези в таком виде:uф = K фÖI, где K ф– коэффициент турбулентной фильтрации, который определяют опытным путем. Для поверхности бассейна- x = yпов + yинф + zпов ±Duпов,где x – атмосферные осадки на поверхности бассейна, yпов — поверхностный (склоновый) сток, yинф — вода, поступившая в зону аэрации в процессе инфильтрации, zпов — испарение непосредственно с поверхности смоченных водой растений, с участков, залитых водой и т.д., ±Duпов — изменение содержания (запасов) воды в неровностях поверхности бассейна, например в водных объектах на этой поверхности.Для зоны аэрации-yинф + zгр.в = yпочв + yпит.гр.в. + zтр + zз.а ±Duз.а,где yинф – поступление воды в процессе инфильтрации с поверхности, yпочв — сток в почвенном слое, yпит.гр.в. — вода, поступающая из зоны аэрации в грунтовые воды и участвующая в их питании, zтр — поглощение воды из зоны аэрации корневой системой растений (десукция) и затрачиваемой впоследствии на транспирацию, а частично на увеличение биомассы растений, zз.а — подземное испарение воды из зоны аэрации в атмосферу, zгр.в — испарение воды с поверхности грунтовых вод (эта вода идет на пополнение содержания вод в зоне аэрации), ±Duз.а — изменение содержания (запасов) воды в зоне аэрации, выражающееся в изменении влажности грунтов. Для зоны насыщения-yпит.гр.в = y.гр.в + zгр.в ± yгл ± Duгр.в ,где yпит.гр.в – питание грунтовых вод из зоны аэрации, y.гр.в — сток грунтовых вод, zгр.в — испарение с поверхности грунтовых вод, ± yгл — питание грунтовых вод из глубинных напорных горизонтов или разгрузка грунтовых вод в эти глубинные горизонты, ± Duгр.в — изменение содержания (запасов) воды в водоносном горизонте грунтовых вод, выражающееся в изменении уровня грунтовых вод.Для всего речного бассейна-x = y + z ± yгл ± Du, где y = yпов + yпочв + y.гр.в, z = zпов + zтр + zз.а, ± Du = ± Duпов ± Duз.а. ± Duгр.в