Потоки з постійною витратою по шляху руху

Одеський гідрометеорологічний інститут

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДЛЯ ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ

З КУРСУ “ГІДРОГЕОЛОГІЯ”

Для студентів 3 курсу

гідрологічного факультету

Напрям підготовки гідрометеорологія

Спеціальність гідрологія та гідрохімія

Затверджено:

На засіданні каф. гідроекології

та водних досліджень

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Одеський гідрометеорологічний інститут

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДЛЯ ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ

З КУРСУ “ГІДРОГЕОЛОГІЯ”

Одеса 2000 р.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Одеський гідрометеорологічний інститут

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДЛЯ ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ

З КУРСУ “ГІДРОГЕОЛОГІЯ”

Для студентів 3 курсу

гідрологічного факультету

Напрям підготовки гідрометеорологія

Спеціальність гідрологія та гідрохімія

Затверджено

методичною радою інституту

протокол №

від “ “ ___________2000 р.

Одеса 2000 р.
Методичні вказівки для проведення практичних занять з курсу “Гідрогео-логія” для студентів 3 курсу гідрологічного факультету денної форми навчання.

Укладачі : Селезньова Л.В, ст.викл., Балан Г.К., ст.викл., Одеса, ОГМІ, 2000, 32 ст.

Укр. мова.

Спеціалізація: Гідрологія суші.

Методичні вказівки використовуються для студентів денної форми навчання.

Методичні вказівки (МВ) присвячені ознайомленню з основами динаміки підземних вод і виконанню гідрогеологічних розрахунків.

Вони є продовженням (друга частина) вивчення найбільш важливих методів , використовуваних у гідрогеологічних дослідженнях – рішенню задач гідрогеодинаміки і гідрогеологічного прогнозу.

Зміст

стор.

1.Вступ6

2.Тема 1. Потоки з постійною витратою в однорідному шарі. Побу- 8

дова кривої депресії.Одинична витрата потоку напірних

вод. Ординати кривої депресії напірних потоків.

3.Тема 2.Рух підземних вод у неоднорідних водоносних шарах. Рух 15

підземних вод нормально до напластування; рух підзем-

них вод по напластуванню (паралельно пластам) на при-

кладі безнапірного потоку. Рух підземних вод у двошаро-

вому пласті, горизонтальна неоднорідність

4.Тема 3. Рух підземних вод у межирічному масиві однорідної будо- 22

ви, при наявності інфільтраційного живлення. Визначен-

ня відстані до вододілу. Побудова кривої депресії.

Потоки підземних вод у межирічному масиві неоднорід-

ного складу.

5.Тема 4.Підпір. Прогноз сталого підпору. Підпір у межирічному 28

масиві.

6. Література.32

Вступ

Динаміка підземних вод (гідрогеодинаміка) - наука про рух підземних вод у геологічному середовищі. Такий рух характеризується ламінарним режимом, що підкоряється лінійному закону фільтрації.

Прикладне значення гідрогеодинаміки визначається можливістю вирішувати гідродинамічні задачі в реальних природних умовах. Рішення цих задач, як правило, полягає в оцінці величин витрат, швидкостей фільтрації, гідростатичних напорів і гіпсометричного положення рівня ґрунтових вод у конкретних умовах Це, зокрема, необхідно для визначення величин підземного стоку, фільтраційних утрат водоховищ, підпіру підземних вод і та інш.

Вирішення гідрогеодинамічних задач в реальних умовах пов'язано з великими труднощями, що викликані необмеженістю природних фільтраційних потоків підземних вод, неоднорідністю їхнього складу і властивостей відкладень, що вміщують та складною конфігурацією ліній току течії потоку і эквіпотенційних площин. Облік усіх природних факторів, з метою досягнення максимальної вірогідності кінцевих результатів у цих умовах, не завжди доцільний технічно й економічно.

Тому більшість гідрогеодинамічних задач вирішуеться шляхом аналітичного моделювання, коли реальний природний об'єкт підмінюється моделлю розумної складності. Ці моделі оформляються у вигляді розрахункової схеми.

Формування моделі розумної складності позв'язано з істотним спрощенням реального природного середовища.

Для цього всі фактори стосовно до досліджуваного процесу поділяються на головні і другорядні. Другорядні фактори потім виводяться з обліку. Розподіл факторів на головні і другорядні відносно і залежно від цільового призначення і необхідної вірогідності кінцевих результатів, від складності гідрогеологічної обстановки і ступеня її вивченості і, нарешті, від характеру досліджуваних процесів.

Вигляділивши головні фактори, проводять на їх основі типізацію і схематизацію гідрогеологічних умов з метою представлення їх у вигляді розрахункової схеми. На основі законів лінійної фільтрації визначається функціональна залежність між вигляділеними головними факторами у вигляді одного чи декількох рівнянь.

Під типізацією гідрогеологічної системи розуміється вигляділення в її обсязі об'єктів з відносно однорідними умовами фільтрації. Відносно однорідними можна вважати об'єкти гідрогеологічної системи, в межах яких спостерігається відносна сталість густини підземної води, градієнта зміни коефіцієнта фільтрації вздовж потоку (ΔК/ΔX), градієнта зміни потужності фільтраційного потоку (Δm/ΔX), уклону водотривкого ложа (i), граничних умов.

Схематизація гідрогеологічного середовища полягає в підміні приблизно однорідних об'єктів геологічного середовища однорідними в умовах моделі, з конкретними межами їхнього поширення та з середніми значеннями гідрогеологічних параметрів, що їх характеризують.

Визначивши характер модельного потоку, його параметри і розрахункову схему, приступають безпосередньо до вирішення поставленої задачі. Це рішення залежить від цільового завдання. Найчастіше приходиться мати справу з задачами, цільове завдання яких полягає в оцінці зміни режиму і балансу підземних вод при природній і штучній зміні гідрогеологічної обстановки.

Розв’язання задач в остаточному підсумку зводиться до розрахунку витрати, гідростатичного напору або потужності потоку, як функції координат простору і часу.

Метою практичних занять з Гідрогеології розділу «Динаміка підземних вод» є вивчення студентами основних закономірностей руху підземних вод, оволодіння навичками формування розрахункової схеми і розрахунок основних гідродинамічних елементів потоку підземних вод.

Тема 1

Потоки з постійною витратою по шляху руху, в однорідному шарі.

При оцінці умов сталої фільтрації підземних вод потоки приймаються складеними з великого числа слабконахилених струмків. Вертикальні складові швидкості фільтрації, в порівнянні з горизонтальними, дуже малі і ними зневажають, горизонтальні ж складові швидкості фільтрації приймаються постійними по глибині.

Це положення є основною передумовою для висновку по Дюпюі формул руху природних потоків підземних вод.

Сталий рух потоків підземних вод може бути рівномірним і нерівномірним. При рівномірномурусі швидкість потоку й уклон поверхні підземних вод постійні. Такий вид руху можливий у двох випадках; при русі напірних вод в артезіанському шарі постійної потужності або при русі безнапірного потоку ґрунтових вод по похилій водотривкій підставі зі збереженням сталості потужності потоку. Такі випадки в природі рідкі. Звичайний рух підземних вод буває нерівномірним.

Нерівномірнийрух - це рух, коли потужність водоносного шару, швидкість фільтрації й уклон поверхні підземних вод непостійні, їх пьєзометрична, чи депресійна, поверхня є криволінійно (рис. 1).

Рис.1 Схема нерівномірного ґрунтового потоку при похилому заляганні водоупора.

При вивченні природних потоків підземних вод звичайно зважуються прямі і зворотні задачі. До прямих задач відносяться: 1) визначення витрати підземних вод і інших елементів потоку; 2) побудова депресійній кривої. Зворотні задачі пов'язані з визначенням гідрогеологічних параметрів, що характеризують область фільтрації або умови живлення, за даними про розподіл напорів.

Потік підземних вод може бути одномірним і двомірним, а водоносний шар може підстилатися горизонтальним і похилим водоупором. У залежності від цього, рівняння руху підземних вод будуть різними.

Витрата потоку по шляху руху може бути постійним або змінним. Причинами зміни витрати може бути живлення підземних вод за рахунок інфільтрації або випаровування з їхньої поверхні.

У випадку інфільтрації утвориться випукла поверхня підземних вод, у випадку випару - увігнута. При інтенсивній інфільтрації на окремих ділянках, наприклад, при поливах на масивах зрошення, на поверхні підземних вод утворюються бугри.

Витрата потоку ґрунтових вод може змінюватися в зв'язку з перетіканием води в поглинаючі горизонти або в результаті подпитывания артезіанськими водами. У першому випадку витрата потоку в напрямку фільтрації зменшується, у другому — збільшується.

Потоки з постійною витратою по шляху руху.

Витрата грунтовогопотоку при горизонтальному заляганні водоупорної основи в загальному вигляді, виражається формулою:

Q = Fv= kBhi (1)

де: F = Bh -площа поперечного переріза потоку (В - ширина потоку, h -потужність потоку); v = ki -швидкість фільтрації (k - коефіцієнт фільтрації, I -напірний градієнт).

Якщо розділити ліву і праву частини формули на В,то одержимо

Q/B = q = khi (2)

Величина q називається одиничною витратою потоку, тобто витратою, віднесеною до одиниці ширини потоку. Одинична витрата потоку — величина постійна при сталому русі.

При горизонтальному заляганні водотривкої основи (Н=h), напірний градієнт (уклон) ґрунтового потоку, отже, .

(3)

загальна витрата плоского потоку підземних вод з вільною поверхнею:

(4)

Ця формула виведена Дюпюі

Поиск по сайту: