22. Характеристики движения подземных вод и параметры водоносных пластов

Если в водоносном пласте сделать колодец или скважину и не откачивать из них воду, то она поднимется на высоту, соответствующую уровню безнапорных вод (в безнапорных пластах) или величине гидростатического давления (в напорных пластах).

Уровень воды в колодце при отсутствии откачек называется статическим уровнем воды (СУВ) (см. рис. 22.1). При откачке воды из колодца уровень в нем понижается, и в водоносном слое происходит движение воды к колодцу. Вокруг колодца также происходит снижение уровня подземных вод (безнапорные пласты) по некоторой кривой, которую называют кривой депрессии. Область, ограниченная кривой депрессии - депрессионная воронка. Расстояние R от центра колодца, на котором наблюдается понижение уровня, называется радиусом влияния. Величина его зависит от свойств водоносной породы:

-для мелкого песка - 50 - 100 м,

- для гравия 1500 - 3000 м.

В напорных водоносных пластах вследствие откачки воды из колодца и притока к нему воды происходит уменьшение давления на водоупорную кровлю вокруг колодца по некоторой кривой, которую изображают в виде условной кривой депрессии (см. рис. 22.2).

Количество воды, притекающей к колодцу при откачке, называется дебитом (обычно выражается в м³/ч). Если количество откачиваемой воды будет равно притоку, то уровень в колодце займет постоянное положение. Такой уровень называется динамическим уровнем воды (ДУВ). Количество откачиваемой воды при понижении уровня в колодце на 1 м, называется удельным дебитом. Колодец, прорезающий весь водоносный слой и доходящий основанием до водоупора (рис. 22.1) называется совершенным, а не доходящий до водоупора (рис. 22.2) - несовершенным. Водоносный горизонт вскрывается полностью, когда предполагается получить из скважины максимально-возможный дебит или когда мощность водоносного слоя сравнительно невелика. При большой мощности и водообильности водоносного пласта он вскрывается скважинами лишь частично.

При размещении нескольких скважин в одном водоносном пласте на расстоянии меньшем (рис. 22.3), чем два радиуса влияния, они взаимодействуют. При откачке воды из таких скважин дебит каждой будет меньше по сравнению с независимой работой из-за пересечения депрессионных воронок. Для получения такого же количества воды для взаимодействующих скважин требуется дополнительное понижение уровня на величину. Наибольшее значениебудет в центральной из взаимодействующих скважин. Дополнительное снижение уровня вызывает увеличение затрат на подъем воды с большей глубины. С другой стороны, размещение скважин друг от друга на расстояниях больших, чем два радиуса влияния, приводит к увеличению длины водоводов, потерь напора в них, а также размеров водозабора, что так же приводит к дополнительным затратам. Следовательно, при определении расстояния между скважинами необходимо рассмотреть несколько вариантов и выбрать оптимальный по величине приведенных затрат.

При движении подземных вод происходит фильтрация воды через поры водоносной породы. Вода в порах движется по сложным извилистым каналам. Скорость движения воды принято относить не к площади каналов или пор, а ко всей площади поперечного сечения потока в фильтрующей среде. Движение подземных вод может быть ламинарным (в песках и других мелкозернистых породах) и турбулентным (галька, щебень и трещиноватые породы). Движение подземных вод будет установившимся, если параметры потока (скорость, расход, напор) не изменяются во времени. Если они во времени изменяются, то движение - неустановившееся. Важной характеристикой водоносных пород является коэффициент фильтрации К, который представляет собой скорость фильтрации при потере напора в фильтрующем материале равной одному метру. Величина его зависит от размеров зерен водоносной породы и ее пористости, выражается в м/сут или в м/ч. Например, для мелкого песка К=5-10 м/сут, а для крупного гравия К=200-300 м/сут.