Потоки с постоянным расходом по пути движения, в однородном пласте.

При оценке условий установившейся фильтрации подземных вод потоки принимаются состоящими из большого числа слабона­клоненных струек. Вертикальные составляющие скорости филь­трации, по сравнению с горизонтальными, весьма малы и ими пренебрегают, горизонтальные же составляющие скорости фильтра­ции принимаются постоянными по глубине.

Это положение явля­ется основной предпосылкой для вывода по Дюпюи формул дви­жения естественных потоков подземных вод.

Установившееся движение потоков подземных вод может быть равномерным и неравномерным. При равномерном движении ско­рость потока и уклон поверхности подземных вод постоянны. Такой вид движения возможен в двух случаях; при движении на­порных вод в артезианском пласте постоянной мощности или при движении безнапорного потока грунтовых вод по наклонному во­доупорному основанию с сохранением постоянства мощности по­тока. Такие случаи в природе редки. Обычно движение подземных вод бывает неравномерным.

Неравномерное движе­ние - это движение, когда мощность водоносного пласта, скорость фильтрации и уклон поверхности подземных вод непостоянны, их пьезометрическая, или депрессионная, поверхность является криво­линейной (рис. 1).

Рис.1 Схема неравномерного грунтового потока при наклонном залегании водоупора.

При изучении естественных потоков подземных вод обычно ре­шаются прямые и обратные задачи. К прямым задачам отно­сятся: 1) определение расхода подземных вод и других элемен­тов потока; 2) построение депрессионной кривой. Обратные задачи связаны с определением гидрогеологических параметров, характеризующие область фильтрации или условия питания, по данным о распределении напоров.

Поток подземных вод может быть одномерным и двухмерным, а водоносный пласт может подстилаться горизонтальным и наклонным водоупором. В зависимости от этого, уравнения движения подземных вод будут различными.

Расход потока по пути движения может быть постоянным или изменяющимся. Причинами изменения расхода может быть пи­тание подземных вод за счет инфильтрации или испарение с их поверхности.

В случае инфильтрации образуется выпуклая по­верхность подземных вод, в случае испарения - вогнутая. При интенсивной инфильтрации на отдельных участках, например, при поливах на массивах орошения, на поверхности подземных вод образуются бугры.

Расход потока грунтовых вод может изменяться в связи с перетеканием воды в поглощающие горизонты или в результате подпитывания артезианскими водами. В первом случае расход потока в направлении фильтрации уменьшается, во втором — увеличивается.

Потоки с постоянным расходом по пути движения.

Расход грунтового потока при го­ризонтальном залегании водоуорного основания в общем виде, выражается формулой:

Q = Fv= kBhI (1)

где: F = Bh - площадь поперечного сечения потока (В - ширина потока, h - мощность потока); u = kI - скорость фильтрации (k - коэффициент фильтрации, I - напорный градиент).

Если разделить левую и правую части формулы на В, то получим

Q/B = q = khi (2)

Величина q называется единичным расходом потока, т. е. рас­ходом, отнесенным к единице ширины потока. Единичный рас­ход потока — величина постоянная при установившемся дви­жении.

При горизонтальном залегании водоупорного основания (Н=h), на­порный градиент (уклон) грунтового потока, следовательно,.

(3)

общий расход плоского потока подземных вод со свобод­ной поверхностью:

(4)

Эта формула выведена Дюпюи

Она предложена для единичного расхода потока подземных вод, со свободной поверхностью, при установившемся движении, в однородном пласте, с горизонтальным водоупорным ложем.

Эта формула может быть получена исходя из средних значений hср и Iср

(5)

тогда (6)

Она показывает, что свобод­ная поверхность потока подземных вод при отсутствии инфильтрационного питания имеет параболическую форму.