Методы определения коэффициента фильтрации

Все существующие методы определения коэффициента фильтрации делятся на три группы:

w расчеты по эмпирическим формулам;

w лабораторные методы;

w полевые методы.

8.2.1. Определение коэффициента фильтрации

по эмпирическим формулам

Для определения водопроницаемости песчаных относительно однородных пород получены эмпирические формулы, в которых используются данные о гранулометрическом составе пород, ее пористости, а также физические свойства инфильтрующихся вод.

К числу наиболее распространенных относятся формулы Хазена, Замарина, Слихтера, Терцаги.

Коэффициент фильтрации по формуле Хазена определится:

, (8.1)

где К – коэффициент фильтрации породы, м/сут; С – коэффициент, зависящий от степени однородности и пористости породы; d_e – действующий диаметр частиц, мм; t – температура воды, °С.

Формула Хазена применяется при условии, что коэффициент неоднородности породы К_н имеет значение менее 5.

8.2.2. Лабораторные методы определения коэффициента фильтрации

Лабораторные методы определения коэффициента фильтрации основаны на изучении процесса фильтрации воды через образцы пород с ненарушенной структурой в приборах различной конструкции (Каменского, Коломенского, СПЕЦГЕО, КФ – 00М, ПВ и др.).

Лабораторные методы используются при массовых определениях коэффициента фильтрации для целей гидромелиоративного и гражданского строительства.

Схема фильтрационного прибора КФ – 00М представлена на рис. 8.1.

Прибор КФ – 00М предназначен для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов нарушенного и ненарушенного сложения. Прибор состоит из фильтрационной труб ки и специального винтового телескопического приспособления, позволяющих насыщать грунт и регулировать напор воды, и корпуса с крышкой.

Фильтрационная трубка состоит из основного металлического цилиндра (5), поддона (6) и латунной сетки (7), вставляемой в поддон. На верхней части цилиндра устанавливается муфта (2) с латунной сеткой (3) и со стеклянной баллоном (1), на одной стороне которого нанесена шкала. Телескопическое приспособление состоит из подвески (11), винта (8) и планки (4). На планке нанесены деления напорного градиента.

Расчет коэффициента фильтрации ведется по формуле:

, (8.2)

где К – коэффициент фильтрации породы при температуре 10 °С, м/сут; Q – расход профильтровавшейся воды, мл; F – площадь поперечного сечения цилиндра, см²; J – напорный градиент; t – температура фильтрующийся воды, °С; r – температурная поправка, (0,7±0,03t°).

8.2.3. Полевые методы определения

коэффициента фильтрации

Полевые опытные работы проводятся для изучения фильтрационных и физико-механических свойств горных пород, оползневых и других физико-географических процессов и явлений, режима подземных вод на орошаемых и осушаемых площадях.

Опытно-фильтрационные работы, представляют собой полевые гидродинамические опробования, дающие возможность определить количественные характеристики параметров водоносных пластов.

Основными видами опытно-фильтрационных работ являются откачки, которые подразделяются на пробные, опытные и опытно-эксплуатационные.

Пробные откачки проводятся при предварительной оценке фильтрационных свойств водовмещающих пород и качества подземных вод в целях получения сравнительной характеристики различных участков разведуемой площади.

Опытные откачки являются основным видом гидрогеологических работ, проводимых на стадии детальной разведки и более точного определения основных гидрогеологических параметров.

Опытно-эксплуатационные откачки проводятся для установления условий длительной работы эксплуатационных скважин.

Схемы опытных кустовых откачек для ненапорных и напорных вод приведены на рис. 8.2.

Обработка результатов откачки заключается в определении коэффициента фильтрации, удельного дебита, пьезо- или уровнепроводности для безнапорных вод и приведенного радиуса влияния.

Для расчета коэффициента фильтрации по данным кустовых откачек из совершенных скважин при установившемся режиме фильтрации применяют следующие формулы:

Для безнапорных вод:

– центральная скважина – первая наблюдательная скважина:

; (8.3)

– первая наблюдательная скважина – вторая наблюдательная скважина:

. (8.4)

Рис. 8.2. Схема опытных кустовых откачек: а − ненапорные, б − напорные воды: H – мощность безнапорного водоносного горизонта, м; m – мощность напорного горизонта, м; S, S₁, S₂ – понижение уровня воды в центральной, первой и второй наблюдательных скважинах, м; Х₁, Х₂ – расстояние от центральной до первой и второй наблюдательной скважины; r – радиус центральной скважины, м; h₁, h₂ – глубины появившегося и установившегося уровней воды в центральной скважине, м

Для напорных вод:

– центральная скважина – первая наблюдательная скважина:

; (8.5)

– первая наблюдательная скважина – вторая наблюдательная скважина:

. (8.6)

При расчетах коэффициента фильтрации по формулам 8.3, 8.4, 8.5 и 8.6 расход воды Q исчисляется в м³/сут.

Средний коэффициент фильтрации определится как:

. (8.7)

Кроме коэффициента фильтрации важнейшими расчетными показателями при решении гидрогеологических задач, в частности при решении вопросов эксплуатации подземных вод для водохозяйственных нужд, являются удельный дебит скважины и радиус влияния откачки.

Удельный дебит скважины – количество воды, выдаваемое скважиной при откачке при понижении уровня воды в ней на 1 метр. Удельный дебит скважины рассчитывается по формуле:

, (8.8)

где q – удельный дебит скважины, м³/сут; Q – дебит скважины, м³/сут; S - понижение уровня воды при откачке, м.

Радиус влияния скважины – это расстояние, за пределами которого влияние откачки практически отсутствует, т.е. не наблюдается понижение зеркала грунтовых вод.

Для ненапорных вод радиус влияния рассчитывается по формуле Кусакина:

, (8.9)

где R – радиус влияния скважины, м; H – мощность безнапорного водоносного горизонта, м; К – коэффициент фильтрации, м/сут.

Для напорных вод радиус влияния рассчитывается по формуле Зихарда:

, (8.10)

где S – понижение уровня воды в центральной наблюдательной скважине, м.

Задание.

В соответствии с указанным вариантом (см. прил. 11):

1. Определите коэффициенты фильтрации, радиусы влияния и удельные дебиты для ненапорных и напорных вод;

2. В произвольно выбранном масштабе постройте схемы опытных кустовых откачек.

Список литературы

1. Буллах, А. Г. Общая минералогия : учебник. – 3-е изд. – СПб. : Изд-во С.-Петерб. Ун-та, 2002. – 356 с.

2. Добровольский, В. В. Геология: Учеб. Для студ. высш. учеб. заведений. – М. : Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 2001. − 320 с.

3. ГОСТ 17.1.2.03-90 Охрана природы. Гидросфера. Критерии и показатели качества воды для орошения.

4. Климентов, П. П., Богдано,в Г. Я. Общая гидрогеология. − М. : Недра, 1977. − 357 с.

5. Короновский, Н. В. Геология : учебник для эколог. специальностей вузов. − М. : Издательский центр «Академия», 2003. − 448 с.

6. Крайнов, С. Р., Швец, В. М. Геохимия подземных вод хозяйственно-питьевого назначения. − М. : Недра, 1987. − 237 с.

7. Кузин М.Ф., Егоров Н.И. Полевой определитель минералов. М., «Недра», 1972. 232 с.

8. Ланге, О. К. Гидрогеология. − М. : Высшая школа, 1969. − 367 с.

9. Посохов, Е. В. Общая гидрогеохимия. − Л. : Недра, 1975. − 208 с.

10. Седенко, М. В. Основы гидрогеологии и инженерной геологии. − 3-е изд., перераб. и доп. − М. : Недра, 1979. − 200 с.

11. СанПиН 2.1.4.559-96. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.

12. Толстой, М. П., Малыгин, В. А. Геология и гидрогеология : учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. − М. : Недра, 1988. − 318 с.