ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Насыщение и осушение зоны аэрации при колебаниях уровня

При изменении уровня подземных вод происходит сложный процесс переформирования режима влагопереноса. При снижении или повышении уровня с постоянной скоростью в зоне аэрации при

Условии ее достаточной мощности формируется определенный про­филь влажности, соответствующий скорости влагопереноса. При снижении уровня профиль влажности будет вытягиваться, стре­мясь к равновесному состоянию, обеспечивающему постоянный расход воды. При подъеме уровня равновесное состояние характе­ризуется сжатым профилем влажности. Для формирования равно­весного профиля даже при равномернохм изменении уровня тре­буется длительное время. В связи с этим коэффициент водоотдачи или недостатка насыщения, определяемый экспериментальным пу­тем, в начале процесса значительно меньше коэффициента водоем - кости породы. Со временем он возрастает, стремясь к постоянной величине.

Анализ изменения коэффициента водоотдачи при изменении уровня позволяет выделять текущий коэффициент водоотдачи (2.31) и предельный коэффициент водоотдачи, определяемый сум­марным количеством воды, прошедшей через свободную поверх­ность, отнесенным к изменению уровня

А + дй

ST S (2-82)

H

Из экспериментальных данных Н. 3. Моркоса и Б. М. Живовой следует, что коэффициент водоотдачи существенно зависит от ско­рости снижения уровня. Для анализа этого процесса представим капиллярную зону в виде набора капилляров. Для каждого капил­ляра характерны высота капиллярного поднятия г^ и коэффициент фильтрации ki, определяемые в зависимости от функций ф (6) и k{%). Сечение каждого капилляра определяет его элементарную емкость А8 (рис. 24). Динамика изменения высоты воды h в каж­дом капилляре при постоянной скорости уровня воды и опреде­ляется соотношением

Dli 1 1, (2.83)

Dx0 h + ито

Hi U Ы

Где h = -~ ; и — -; т0

Фі ki

Правомерность такой модели доказывается сопоставлением опыт­ных данных и расчетом (рис. 25).

Соответственно коэффициенты водоотдачи р.,- и предельной во­доотдачи Щі для каждого капилляра можно найти по формулам:

А9 dh /0

И

• де.

Т

"т0

(2.85)

Насыщение и осушение зоны аэрации при колебаниях уровня

Z. CM

120

Too

80

Рис. 24. Графики определения т{>< (а) н (о) для элементарного объема Д0

Рис. 25. Сопоставление данных по динамике влажности при осушенни колонны песка, получен­ных расчетом на: 1 — 5; 2—10; 3 — 20; 4 — 45 мин, с опытными данными работы [49] (5)

(2.86)

Полные значения водоотдачи р, и \xk определятся далее суммиро­ванием

Yi м-t и М-Л = llki >

T=i

Где п — количество капилляров. Заметим, что A0n = 0т— 0О соот­ветствует водоемкости породы ро-

(2.87)

(2.88)

Расчет по формулам (2.84), (2.85) показывает, что для различ­ных значений й динамика рг- и может быть описана экспонен­циальной функцией

Щ = Л0 1-ехр^-0,16^ № = AOj^l - exp ^—0,08

Учитывая, что закон изменения элементарной водоотдачи оди­наков для различных скоростей снижения уровня, коэффициент во­доотдачи можно определить либо по формулам (2.86), либо инте­грированием непрерывных функций 1

Fexpf-0,16МЩ <й1

Для анализа зависимости водоотдачи от времени проведем чис­ленный расчет по формуле (2.89) при следующих параметрах:

1

(2.89)

Ц = Но

K = ko&, ф = 2НК (1 — 0); п -4. Результаты расчета представлены в табл. 23.

Зависимость ji от t

1

Й=и/Ио

T

М-=ц/Ио

100

0,23

104

0,78

101

0,40

103

0,81

102

0,53

106

0,85

103

0,63

Как видно, процесс изменения водоотдачи во времени весьма и весьма длительный, а его динамика определяется безразмерным

2

Г М „

Временем запаздывания ^ = — ---. Время, начиная с которого

ІІПц

Коэффициент водоотдачи определяется с точностью 20 %, можно определить из соотношения

?>6,3. 10*-^-. (2,90)

Нки k2

Так, для песков с коэффициентом фильтрации 10 м/сут и Нк — = 0,1 м при скорости снижения уровня 0,01 м/сут для оценки во­доотдачи с точностью 20 % требуется время порядка 0,6 сут. При тех же условиях для супесей с k = 1 м/сут и Як — 1 м этот период составляет 600 сут. Следует отметить, что полученные оценки справедливы для принятых зависимостей параметров влагопере­носа от влажности. Для других зависимостей пороговое время, на­чиная с которого водоотдача становится практически постоянной, будет иным. При усредненной по влажности высоте капиллярного поднятия Як и линейной зависимости коэффициента влагопереноса от влажности пороговое время определится следующим соотноше­нием:

(2.91)

K0

При этом точность определения водоотдачи составит 20%. По-ви­димому, именно указанными выше особенностями объясняются низкие значения коэффициента водоотдачи для тяжелых и средних пород, полученные по данным режимных наблюдений и откачек. Обычно для суглинков ^х = 0,01—0,05, для супесей р = 0,05—0,1, что значительно меньше водоемкости этих пород — ро=0,2—0,25. Особенно сложно протекают процессы осушения и насыщения зоны аэрации при изменении темпа подъема уровня и смены на­правления его движения на обратное. В этом отношении весьма показательным представляются результаты опыта, проведенного Юнгсом (Youngs Е. G., 1969 г.). Эксперимент состоял в периоди­ческом дождевании лизиметра с песком, с фиксированием расхода

А

Рис. 27. Характер изменения влажности при различных ско­ростях поднятия уровня.

А — а—О,5; б — «= 1; s — а= 1,5 м/мес. Цифры у кривых — значения ко­эффициента насыщения

Насыщение и осушение зоны аэрации при колебаниях уровня

0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,25 0,3 0,35 04 в

Qg стекающей из поддона воды. Юнге исследовал динамику коэф­фициентов насыщения и водоотдачи, которые удовлетворяли бы обычно используемому балансовому соотношению

Dh

Qg - qw = - Ц. (2.92)

Где qw — расход воды, поступающей на поверхность лизиметра. На рис. 26 представлены графики изменения величин qg, qw, р, определенных по формуле (2.92). Положительные значения соот­ветствуют водоотдаче, отрицательные—насыщению. Как видно из рисунка, значения коэффициента водоотдачи меняются во времени в широких пределах и на некоторых этапах достигают неправдопо­добно больших величин.

Насыщение и осушение зоны аэрации при колебаниях уровня

О 20 40 60 і, мин

Рис. 26. Динамика водоотдачи по данным Юнгса (Е. G. Yongs, 1969 г.).

А — изучение интенсивности дожде­вания и оттока из лизиметра; б — динамика коэффициента водоотдачи

При длительных и монотонных процессах, когда темп измене­ния уровня остается постоянным, коэффициенты водоотдачи или
насыщения можно считать равными соответствующим коэффициен­там емкости. К таким процессам можно отнести: подъем уровня при орошении, если исходная его глубина была достаточно боль­шой; подпор прибрежных территорий в районе каналов и водохра­нилищ; длительное водопонижение в связи с эксплуатацией под­земных вод.

Как следует из формулы (2.31), коэффициенты водоотдачи или насыщения зависят от положения свободной поверхности подзем­ных вод относительно поверхности земли. Особенно эта зависи­мость начинает проявляться при глубине залегания уровня порядка 3Як. Моделирование подъема уровня в суглинках (0т = 0,45, Вэ = = 0,2, k = 2 -10~2 м/сут, #к = 1 м) подтвердило это положение (рис. 27). При подъеме уровня со скоростью 0,5; 1 и 1,5 м/мес коэффициент насыщения зависел не столько от скорости подъема уровня, сколько от положения его относительно дневной поверхно­сти. При глубине уровня 4 м, и = 0,25, при глубине 3 м р, = 0,18; при глубине 1,5 м р —0,12. Зависимость коэффициентов насыще­ния и водоотдачи от глубины уровня подземных вод рассмотрена в ряде работ и наиболее полно обобщена С. Ф. Аверьяновым [14]. Им были получены зависимости для текущего и предельного ко­эффициентов водоотдачи из предпосылки неизменности профиля влажности над уровнем подземных вод. Следует отметить, что на эту зависимость влияют не только характер связи между высотой всасывания и влажностью, но и процессы, которые происходят в зоне аэрации. В частности, при поступлении в нее воды или при испарении зависимость коэффициентов насыщения или водоотдачи будет различна.

Насыщение и осушение зоны аэрации при колебаниях уровня

Эти особенности можно учесть, считая в первохМ приближении зависимость влажности от высоты всасывания линейной величиной, а коэффициент влагопереноса — постоянным и равным коэффици­енту фильтрации. Для этой простой модели коэффициенты водоот­дачи или насыщения определятся по формуле

(2.93)

При инфильтрации / следует принимать отрицательным, а при испарении — положительным. Причем в первом случае формула

Справедлива при - г—^ 1, а во втором —при -—<2Нк— 1. Соот-

«0 Ко

(2.94)

Ветственно коэффициент предельной водоотдачи

Цк = 0,5р.0.

Зависимость (2.93) может применяться при z<2HK.

Близкая к линейной зависимость между водоотдачей и глубиной залегания уровня подтверждается прямолинейностью графика (рис. 28), на осях которого отложены свободный объем зоны аэра­ции V = Рк2 И 22.

Совершенно иначе протекает процесс осушения и насыщения пород в среде с гетерогенно-блоковым строением. Насыщение по­
род происходит очень быстро, по - скольку вода при этом может пере - 08 - двигаться по макропорам и трещи­нам. Причем, поскольку их доля в общем объеме породы очень мала, процесс заполнения трещин и мак­ропор происходит очень быстро. Полное насыщение происходит с за­паздыванием, определяемым време­нем влагообмена, однако период этот очень непродолжителен и редко превышает 1 сут. При снижении уровня в первую очередь происхо­дит осушение макропор и трещин, которые определяют очень низкие значения водоотдачи, не превышаю­щие обычно 5 %. Затем начинается процесс осушения блоков и агрега­тов породы, длительность которого может превышать 10 сут. Опыт определения водоотдачи при откачках в двухслойной среде, где покровные отложения пред­ставлены средними и тяжелыми породами, показывает, что даже при весьма длительных откачках коэффициент водоотдачи не пре­вышает 5%. Анализ этого процесса, данный в работе [21], пока­зывает, что фаза полного гравитационного режима для средних су­глинков наступает только через 100 сут от начала опыта. Из этого анализа, в частности, следует, что постановка откачек для опреде­ления водоотдачи в тяжелых породах лишена практического смысла.

ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Квалифицированные услуги в области геологического обследования участка

Невозможно начать возведение дома без начального изучения геологического изыскания. Строительные нормы, используемые при возведении стен, напрямую зависят от полученных результатов изучения почвы. Что такое геология для строительства и как получить …

Инженерная геология в Киеве

Геологические исследования играют большую роль при масштабном строительстве домов, несущих конструкций и производственных мощностей. Среди большого спектра услуг инженерная геология занимает почетное место в потребительском рейтинге на рынке. Компания «Геоплан» …

Геологические исследования

Анализ состояния грунта - это один из самых важных этапов перед началом строительства. Данный спектр исследований позволяет всесторонне и объективно оценить положение дел на строительной площадке, чтобы конструктор мог правильно …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua