Сталий i несталий рухи пiдземних вод. Методи моделювання фiльтрацiї

С т а л и м вважається рух пiдземних вод, при якому рiвнi i всi iншi елементи водного потоку постiйнi в часi. Якщо ж рiвнi води, або iншi елементи водного потоку в одних i тих же точках змiнюються в часi, то такий рух називається н е с т а л и м.

Бiльшiсть розрахункових формул з динамiки пiдземних вод грунту­ється на допущенi, що умови живлення i дренування пiдземних вод пос­тiйнi. В дiйсностi цi умови можуть змiнюватись в залежностi вiд при­родних або штучних причин. До природних причин вiдносяться змiни кiлькостi атмосферних опадiв i величини випаровування, танення снi­гу, паводки. Серед штучних причин велике значення мають водозабори, зрошення, будiвництво водосховищ тощо.

Якщо водоносний пласт на всьому своєму протязi має однаковий лi­тологiчний склад, то його називають однорiдним. Якщо ж лiтологiчний склад водоносного пласта змiнюється у вертикальному або горизонталь­ному напрямi (що в природi зустрiчається набагато частiше), то водо­носний пласт називають неоднорiдним.

Для м о д е л ю в а н н я фiльтрацiї в основному використовуються гiдравлiчна i електрична аналогii, якi реалiзуються на суцiльних i сiтко­вих моделях.

Суцiльнi гiдравлiчнi моделi, представленi фiльтрацiйними лотками рiзних видiв, в гiдрогеологiчних розрахунках застосовуються рiдко.

В розвитку методiв моделювання фiльтрацiї пiдземних вод основна роль належить суцiльним i сiтковим електричним моделям, якi грунту­ються на використаннi електро-гiдродинамiчного аналога (ЕГДА), суть якого добре видна зi спiвставлення законiв руху фiльтрацiйного пото­ку i електричного струму:

закон Дарсi i закон Ома:

і (30)

приведена формула закону Ома отримана пiсля нескладних перетворень

, (31)

де Q - витрата води; F - площа поперечного перерiзу потоку; Н - на­пiр; х - вiддаль; I - сила струму, С - питома провiднiсть; r - ­питомий опiр; S - площа поперечного перерiзу провiдника, U - елект­ричний потенцiал; l - довжина провiдника, R - опiр.

Iдентичнiсть запису законiв Дарсi i Ома очевидна. В них подiбнi фiзичнi характеристики - коефiцiєнт фiльтрацiї К_ф i питома провiд­нiсть С (фiзична подiбнiсть), силовi характеристики - напiр Н i по­тенцiал U (динамiчна подiбнiсть) i, нарештi, витрата потоку Q i сила струму I (кiнематична подiбнiсть).

На суцiльних моделях ЕГДА фiльтрацiйний потiк моделюється суцiльним електричним полем, геометрично подiбним. Для цього застосовують­ся електропровiдний папiр та електролiти. Електропро-вiдний папiр ви­готовляється з питомим опором вiд 100 до 100 000 Ом/см (питомий опір залежить від вмісту в папері сажi i графiту)

Дiлянки поля з рiзною проникнiстю порiд моделюються кусками папе­ру рiзної питомої провiдностi. Мiж собою дiлянки моделi скрiплюються спецiальним електропровiдним клеєм.

Електролiти також широко застосовуються як матерiал моделей i, як правило, представляють собою розчини солей, причому найбiльше поши­рення отримали воднi розчини кухонної солi та мiдного купоросу. Крiм того, можна використовувати електропровiднi фарби, клеї, електропровiдний картон, гiпс тощо.

Визначення наведеного потенцiалу проводиться за допомогою мосто­вої вимiрювальної схеми, принцип будови якої показаний на мал. 33.

Мал.33. Вимірювальна схема моделі ЕГДА: 1 – вимикач, 2 – джерело живлення, 3 – резистори ділильника (агометр), 4 – гальванометр, 5 – голка.

При складаннi сiткових моделей потiк розбивається на окремi блоки, центри яких зв’язуються електричними резисторами. В таких моделях геометрична подібність моделі і об’єкту не зберігається.