1. Основной закон фильтрации связывает расход фильтрационного потока с потерями напора, характеризующими затраты энергии потока. Для обоснования этого закона прежде всего заметим, что в фильтрационном потоке скорости довольно малы, так что можно пренебречь величиной скоростного напора h0 = ν2/2g и считать основным ламинарный режим течения. Это обстоятельство позволяет предположить в основной области фильтрации существование линейной связи между расходом потока и падением (градиентом) напора.
Такая связь впервые была обнаружена Дарси в опытах по фильтрации в песчаной колонке постоянного сечения и выражается следующей формулой закона Дарси:
где Q — расход фильтрационного потока с поперечным сечением ω при градиенте напора l, представляющем собой отношение потери напора ∆H к длине пути фильтрации l; k — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом фильтрации.
2. Водораздельные потоки, формируемые на междуречных пространствах, являются одним из наиболее распространенных типов потоков. Их питание осуществляется главным образом путем инфильтрации атмосферных осадков, а разгрузка происходит в речных долинах (субаквальным путем, родниками и в зонах выклинивания), а также в эрозионных врезах (родниками и скрытым выклиниванием в делювиальном шлейфе). Такие потоки состоят обычно из одного или нескольких водоносных горизонтов (пластов), разделенных между собой относительно водоупорными пластами.
4. Важнейшим фактором миграции подземных вод является конвективный перенос, происходящий за счёт гидравлического переноса частиц воды в фильтрационном потоке. В качестве основной характеристики скорости конвективного переноса подземных вод используется действительная скорость фильтрации (U), которая представляет собой отношение расхода фильтрационного потока (Q) к площади его поперечного сечения (𝜔п). U=Q\ 𝜔п.
К физико-химическим процессам, осложняющим миграцию подземных вод относится сорбция растворённых в воде солей на горных породах и растворение водой отдельных компонентов горных пород.
Сорбционные процессы прежде всего характеризуются сорбционной емкостью пород (N), которая представляет собой предельное количество сорбируемого в данных условиях компонента в единице объёма породы при определённой концентрации этого компонента в воде (C). Размерность сорбционной ёмкости такая же как и в концентрации раствора [N]=[C].
При сравнительно небольшой концентрации компонента (С) в водном растворе, можно считать справедливым закон действующих масс, когда сорбционная ёмкость пропорциональна концентрации 𝛽=C/N. В данной физико-химической обстановке коэффициент распределения есть величина постоянная.
Наиболее простой постановке миграция подземных вод может рассчитываться по схеме поршневого вытеснения, когда принимаются, что все частицы воды мигрируют с одинаковой скоростью U.
Найдём в такой постановке выражение для скорости движения фронта раствора с концентрацией С, вытесняющего тот же раствор, концентрация которого C0, с учётом сорбции раствора, но при мгновенном наступлении сорбционного равновесия, т.е. принебригаем кинетикой сорбции.
Эффективная пористость характеризует удельную суммарную ёмкость породы для рассматриваемого компонента раствора.
Аналогичным образом составляется тепловой баланс в элементе трубки тока. скорость конвективного теплопереноса также определяется формулой, но в этом случае величина эффективной пористости связана с теплоёмкостью водонасыщенной породы.
Для практических расчетов конвективного переноса по схеме поршневого вытеснения, когда скорость миграции определяется выражением 2.1.4. общее уравнение для пути миграции U=k/I.
Для ряда простых задач возможно простое решение уравнения 2.1.6., однако для большинства задач это уравнение решается численными методами.
Метод Эйлера-Коши, когда градиент Il усредняется, так что вместо уравнения 2.1.6. можно использовать выражение для конечно разностного приращения. ∆l=(k/n) Il∆t. Уравнение решается методом подборов.
5. В пористой среде диффузия имеет те же закономерности, что и в свободной среде, т. е. диффузионный поток Qd через поперечное сечение ω в направлении l определяется законом Фика
где DM — коэффициент молекулярной диффузии в породе.
В глинистых породах диффузионный поток осложняется торможением диффузии в пристенных слоях жидкости за счет уменьшения подвижности ионов в двойном электрическом слое и большей вязкости структурированных жидкостей пристенных слоев.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
