6B08674- су ресурстары және суды пайдалану білім беру бағдарламасы бойынша
жүктеу/скачать 6,17 Mb.
|
gidrodinamika umk vrv 21-1
| 15 – дәріс ЖЕРАСТЫ (Грунт)СУЛАРЫНЫҢ ҚОЗҒАЛЫСЫ
Жерасты сулары деп, жер бетінен төменгі суөткізгіш қабатты жайлайтын және астыңғы жағынан су өткізбейтін қабатпен (соқпен) тежелетін суларды айтады. Жерасты сулары, жерасты суларының ішіндегі жер бетіне ең жақыны, сондықтан оның қоры атмосфералық ылғалдыққа, жауын-шашынға көп байланысты. Жерасты суы су өткізгіш қабатты толық толтырмайды, демек оның еркін беті болады, ағын арынсыз қозғалады. Жер бетіндегі судың сіңуі арқылы (инфильтрация) жерасты суының қоры көбейеді. Осыған байланысты жерасты суының деңгейі, сапасы, температурасы өзгеріп отырады. Жерасты сулары жер бетіне жақын болғандықтан оны халық шаруашылығына кеңінен пайдаланады. Сонымен қатар оны ластау да оңай. Сұйықтың кеуекті ортада (жерастыта) қозғалысын фильтрация деп атайды. Жерастытар өздерінің фильтрациялық қасиеттері бойынша біртекті және әртекті болып екіге бөлінеді. Біртекті жерастытар орналасқан кеңістіктің барлық нүктелерінің су өткізгіштік қасиеттері бірдей болады. Ал егер нүктелердің қасиеттері әртүрлі болса, онда жерастытар әртекті деп саналады. Егер жерастытардың фильтрациялық қасиеттері жерасты суларының бағытына байланысты болмаса, онда жерастытар изотропты деп аталады, ал егер жерастытардың су өткізгіштігі әр бағытта әртүрлі болса, онда жерастытар бейизотропты деп аталады. Жерастытар су өткізгіштік қабілеті бойынша суөткізгіш және су өткізбейтін жерастытар (соқ) болып тағы бөлінеді. Жерастытардың суөткізгіштігі олардың кеуектілігіне көп байланысты. Табиғи жағдайдағы жерастытар тұтас емес, кеуекті орта, олардың құрылымы геофизикалық факторлардың әсерінен баяу да болса өзгеріп отырады. Жерастытарды олардың құрамындағы жеке түйіршіктердің ірілігімен сипаттайды. Мысалы, сазды топырақтың шартты диаметрі 0,005 мм; құмдікі 0,01ден 2 мм-ге дейін; қиыршық тасты жерастытікі 2 ден 20 мм-ге дейін. Жерасты кеуектілігі, кеуектік коэффициентімен сипатталады мұндағы - кеуектердің көлемі, ал - жерастытың, кеуектерімен қоса есептегендегі, жалпы көлемі. Жерасты түйіршіктері майда болған сайын кеуектік коэффициенті үлкен болады. Мысалы, диаметрі 1,00 мм құм үшін , ал сазды топырақ үшін Жерасты кеуектеріндегі су әртүрлі күйде болуы мүмкін: бу тәрізді, гигроскопиялық қабыршақты, капилярлық және гравитациялық. Гидравликада тек гравитациялық судың қозғалысы қарастырылады. Гравитациялық су деп жерасты түйіршіктерімен молекулалық қатынаста болмайтын және өз салмағының ғана әсерімен қозғалысқа түсетін су массасын айтады. Жерасты кеуектеріндегі сұйық қозғалысын зерттеу үшін теориялық модель ретінде, кеуектермен қатты түйіршіктер көлемін қоса қамтитын кеңістіктегі ағынды қарастырады. Басқа сөзбен айтқанда, бұл модель бойынша сұйық тығыздығы мен динамикалық тұтқырлығы сақталған, көлемі жағынан, деформацияланған тұтас ортаны меңзейді. Фильтрация жылдамдығы – модельдік ағынның орташа жылдамдығы. Демек, егер жерастытың көлденең қимасының ауданы болса, онда фильтрация жылдамдығы (14.1) мұндағы Q – жерасты ағынының шынайы өтімі, - жерасты түйіршіктерінің ауданы. Кеуектердің ауданы арқылы өтетін сұйықтың шын мәніндегі орташа жылдамдығы, модельдік фильтрация жылдамдығынан көп артық (14.2) Егер де болса, онда ал немесе фильтрация жылдамдығы (14.3) Фильтрация жылдамдығы деген ұғым кіргізу арқылы жерасты суларының шынайы ағынын, сол кеңістікте, жерасты сипатын өзгертпей, толып (кеуектер мен жерасты түйіршіктері ауданын қоса есептегенде) V жылдамдығымен ағатын тұтас орта моделімен ауыстырдық. өтім шамасы . Жалпы жерасты суының қозғалысы арынды және арынсыз бола береді. Арынсыз қозғалыстағы жерасты суының еркін беті болады, оны депрессиялық қисық деп атайды. Ондағы қысым атмосфералық қысымға тең болады. Арынды қозғалыстағы ағын үстіңгі жағынан да су өткізбейтін жерасты қабатымен шектеледі. Бұл жердегі қысым атмосфералық қысымнан көп болады. Қалыптасқан фильтрациялық ағын қозғалысы бірқалыпты және айнымалы болуы мүмкін. Айнымалы қозғалыстағы жерасты суы жатық өзгермелі және шұғыл өзгермелі болып екіге бөлінеді. Жатық өзгермелі қозғалыстағы ағын сызықтарының қисықтығы өте аз, сондықтан өтім қималары жазық, ал қима нүктелеріндегі қысым гидростатикалық заң бойынша өзгереді деп есептелінеді. Жерасты сулары құмды және сазды топырақтарда ламинарлы режімде, ал қиыршық тас және тасты үйінділер арасында тұрбулентті режімде қозғалады. Ламинарлық режімдегі су фильтрациясының негізгі аңы. Дарси формуласы Жерасты кеуектеріндегі ағыстың шын мәніндегі жылдамдықтары өте аз, сондықтан ағыс ламинарлық режімде болады. 1856ж. Дарси Дижон қаласын сумен қамтамасыз ету үшін жерасты суларын пайдалануды көздеп үлкен зерттеу жүргізді. Соның нәтижесінде мынандай заң тапты: жер қыртысының қимасынан кеуектер арқылы өтетін судың мөлшері сол қиманың ауданы мен арынға тура пропорционал, ал қима аралық жол ұзындығына кері пропорционал, , (14.4) h – арын (37-сурет); ω - ағынның көлденең қимасының ауданы; - фильтрация коэффициенті; - қима аралық жол ұзындығы. 37-сурет Егер жоғарыдан белгілі екенін пайдалансақ, онда (14.5) Әйтпесе, екенін ескерсек, Дарси заңын мына түрде де жазуға болады (14.6) Фильтрация жылдамдығы гидравликалық еңістікке тура пропорционал. (14.6) формуладан арын шығыны фильтрация жылдамдығына тура сызықты тәуелділікте екені көрініп тұр. Бұл ламинарлық режімге тән қасиет. Ламинарлық режімдегі жерасты суының жылдамдығы 10-2...10-6 см/с, сондықтан оның жылдамдық арынын елемей, гидродинамикалық арын, пьезометрлік арынға және гидравликалық еңістік пьезометрлік еңістікке тең деп есептейді. Дарси формуласын қолдануға болатын шекті табу үшін Н.Н.Павловский мына формуланы ұсынды (14.7) Бұл формуладағы - фильтрациялық белгі жылдамдық; - жерасты кеуектігі; - кинематикалық тұтқырлық, см2/с; - жерасты түйіршіктерінің орташа диаметрі, см; N=7...9. Егер болса, онда фильтрация ламинарлық режімді, Дарси формуласын қолдануға болады, ал егер болса, онда қозғалыс тұрбулентті, Дарси формуласын қолдануға болмайды. Кейде (14.8) болса, ламинарлық фильтрация орын алады деп есептелінеді. Фильтрация коэффициентін теориялық жолмен анықтау өте қиын, сондықтан оны не эмпирикалық формулалармен, не болмаса жерастытың түрлеріне жүргізілген лабораториялық зерттеулер бойынша немесе далалық жағдайларда арнайы зерттеулер арқылы анықтайды. Әртүрлі жерастытар үшін фильтрация коэффициентін лабораторияда анықтау мынандай сүлбе (38-сурет) бойынша жүргізіледі. 38- сурет. Жерасты үлгісін цилиндр ыдысқа салады да оның үстіне су жіберіледі. Пьезометрлердегі су деңгейінің айырмасын және су өтімін өлшеп алып фильтрация коэффициентін (14.9) формуласы арқылы есептейді, мұндағы - цилиндрдегі жерасты қабатының қалыңдығы. Фильтрация коэффициентін мына эмпирикалық формула бойынша да есептеуге болады (14.10) - жерасты түйіршіктерінің диаметрі; - жерасты температурасы. Төменде әртүрлі жерастытар үшін фильтрация коэффициенттерінің мәні берілген
жүктеу/скачать 6,17 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|