PODZEMNÍ VODA. J. Pruška MH 9. přednáška 1

PODZEMNÍ VODA • Komplikuje a zhoršuje geologické podmínky výstavby • Ovlivňuje fyzikálněmechanické vlastnosti • Je faktorem současných geodynamických procesů • Komplikuje zakládání staveb • Podzemní stavby mění ustálený režim podzemních vod J. Pruška MH 9. přednáška

1

Úlohy IG průzkumu • Zjistit výskyt podzemní vody • Určit hydraulické parametry zvodnělé oblasti • Zjistit režim podzemních vod a směr proudění • Určit agresivitu podzemních vod • Prognóza vlivu stavby na režim podzemní vody • Návrh případného odvodnění J. Pruška MH 9. přednáška

2

Oběh vody v přírodě 1 propustné prostředí 2. hydrogeologický poloizolátor 3. puklinové prostředí 4. HPV 5. výpar 6. pohyb mraků s deštěm (od moře na kontinent) 7. srážky 8. studna 9. pramen

J. Pruška MH 9. přednáška

3

• Hydrogeologický kolektor geologické prostředí jež akumuluje a vypouští podzemní vodu, patří sem * pórovité prostředí (zeminy, málo stmelené horniny) * puklinové prostředí (rozpukané skalní horniny) * krasové prostředí (skrasovatělé karbonatické horniny) * puklinovo krasové prostředí


4

• Hydrogeologický poloizolátor geologické prostředí, přes které protéká podzemní voda do okolního hydrogeologického kolektoru jen za určitých tlakových podmínek • Hydrogeologický izolátor geologické prostředí, které není schopné akumulovat a vypouštět podzemní vodu, patří sem poloskalní horniny – jílovité břidlice, jíly, masivní nerozpukané horniny


5

• Zvodeň Zvodeň (nádrž podzemních vod) je hydraulicky spojitá oblast schopná akumulovat, vést a vypouštět gravitační podzemní vodu od místa vsakování do místa výstupu (ať už přírodního či umělého – např. čerpání). Určení umístění zvodně a jejích hydrogeologických parametrů je poměrně složitá úloha


6

• Vadózní oběh podzemní vody mělký oběh podzemní vody probíhající pouze v lokální odvodňované (erozní) oblasti, tvořené jezery, řekami, potoky apod. Pokud je přírodní doplňování vody větší než odtok (drénování) podzemní vody, podzemní voda se akumuluje a její hladina stoupá.


7

• Profundní oběh podzemní vody hlubinný oběh podzemní vody zasahující do hloubky stovek metrů a vyznačující se pomalým oběhem a pomalou výměnnou podzemní vody


8

Fyzikálně-chemické vlastnosti podzemních vod • Voda svým oběhem zemí mění svoje fyzikálně-chemické vl. • Význam má interakce horninapodzemní voda • Vliv rozpouštění okolní horniny • Oxidace • Hydrolýza


9

Určuji : • Barvu • Zápach • Vůní • Teplotu • Elektrickou vodivost • Chemický rozbor


10

Chemický rozbor Zjišťuje rozpuštěné soli ve vodě nejčastěji iontové formě v mg⋅l-1 Nejčastěji se určují: • Kationty Ca2+, Mg2+, Na4, K4, Fe2+, Fe3+, Mn2+ • Anionty Cl-, SO42-, NO3-, HCO3-, NO22• Celková mineralizace vody


11

Agresivita vody

agresivit Tvrdost Hodnota Agresivní Mg+2 a vody °N pH oxid prostředí uhličitý CO2 (mg⋅l ) 5,0 až 6,5 4 až 15

+

SO4

(mg⋅l ) od 1000 do 2000 4,0 až 5,0 15 až 30 nad 2000

(mg⋅l ) od 100 do 500 nad 500

do 4,0

-

-1

slabě do 3,0 agresivní středně agresivní silně agresivní

HH4

nad 30

-1

-


-1

2-

(mg⋅l ) od 250 do 500 od 500 do 1000 nad 1000 -1

12

Hydrofyzikální vlastnosti • Propustnost • Koeficient průtoku • Objemová stlačitelnost geologického prostředí • Koeficient kapacity • Difuzivita


13

koeficient průtoku charakterizuje schopnost zvodnělé vrstvy propouštět kapalinu či plyn, pro homogenní izotropní prostředí je dán vztahem:

T = kb kde T koeficient průtoku k koeficient filtrace b mocnost zvodnělé vrstvy


14

Objemová stlačitelnost geologického prostředí Koeficient objemové stlačitelnosti geologického prostředí vyjadřuje změnu původního objemu prostředí vyvolanou změnou tlaku o jednu jednotku (Pa).: βv

1 dV = ⋅ V dP

kde V původní objem prostředí dV změna objemu dP změna tlaku J. Pruška MH 9. přednáška

15

Koeficient kapacity Koeficient kapacity vyjadřuje kapacitu zvodnělé vrstvy, tedy její schopnost akumulovat či propouštět vodu v závislosti na výšce hladiny podzemní vody. Koeficient kapacity je bezrozměrná veličina a pro podzemní vodu s volnou hladinou je dán vztahem:

Sv = SS + n′

kde Sv koeficient kapacity Ss = Ss/b b mocnost zvodnělé vrstvy n´ aktivní pórovitost Aktivní pórovitost je pórovitost oblasti, z které vytéká či do které přitéká voda při kolísání hladiny podzemní vody J. Pruška MH 9. přednáška

16

Difuzivita Difuzivita je poměr koeficientu průtoku T a kapacity Sv.Pro prostředí o volné hladině podzemní vody je vyjádřena vztahem: T kb D = = Sv n′

kde D difuzivita Sv koeficient kapacity k koeficient filtrace b mocnost zvodnělé vrstvy n´ aktivní pórovitost


17

Podzemní vody v pórovitém prostředí: Podzemní vody v pórovitém prostředí: Propouštět podzemní vodu může jen pórovité prostředí - zeminy (nezpevněné sedimenty). Pro posouzení zvodnění zemin je nutné znát jejich zrnitost, pórovitost nebo účinnou pórovitost, koeficient filtrace popř. další hydrofyzikální parametry. Pohyb podzemní vody v pórovitém prostředí je velmi složitý proces, a tak se pro zjednodušení řešení nahrazuje fiktivním filtračním prouděním kapaliny plně nasyceným prostředím. Fiktivní filtrační rychlost můžeme pak zapsat následujícím vztahem: J. Pruška MH 9. přednáška 18

v =

Q A

kde Q skutečný průtok A průtočná plocha Z filtrační rychlosti se dá určit skutečná průměrná rychlost proudění v pórech, tzv. efektivní rychlost: v

ef

v = n′

kde vef efektivní rychlost v fiktivní filtrační rychlost n´ účinná pórovitost


19

U stálené proudění nastává v zemině při konstantní filtrační rychlosti a piezometrickém tlaku. V přírodních podmínkách je v pórovitém prostředí nejčastěji proudění laminární, pro které platí Darcyho filtrační zákon. Přechod od laminárního proudění k turbulentnímu je dán hodnotou Reynoldsova čísla (Re >5 až 10):

Re = vs

d ef v

Re Reynoldsovo číslo vs průměrná průtoková rychlost de efektivní průměr zrn v viskozita kapaliny (pro vodu při 18°C 1,145⋅10-6 m2⋅s-1)

kde


20

Proudění podzemní vody v puklinovém prostředí • Ve skalních horninách se pohybuje podzemní voda plochami nespojitosti (puklinami, trhlinami, zlomy apod.). Hydrogeologický význam ploch nespojitosti je dán jejich vznikem (genezí) a určuje se řadou charakteristik, jako jsou otevřenost, průběžnost, výplň, drsnost stěn apod. Plochy nespojitosti tvoří vzhledem k pórům v zeminách (nezpevněných sedimentech) podstatně menší síť plošných cest pro podzemní vodu, mají menší kapacitu a výrazně větší průtok. J. Pruška MH 9. přednáška

21

• Při proudění podzemní vody puklinami navíc často dochází k vyplavování jemných částic horniny. Proudění podzemní vody puklinami je převážně turbulentní a neplatí zde Darcyho zákon. Hydrogeologicky se dá puklinové prostředí popsat pomocí koeficientu filtrace k, koeficientem průtoku T, koeficientem kapacity Sv a hydraulickou vodivostí D. Určení těchto parametrů je možné většinou jen pomocí velmi náročných měřeních


22

Proudění podzemní vody diskontinuitami ge3 Q= ⋅ HL 12vL

g gravitační zrychlení e vzdálenost rovnoběžných desek v kinematická viskozita (pro vodu v = 1⋅10-6 m2s-1) L délka desek ve směru proudění HL rozdíl hladin K=

λge3  L 

  12v  T 

λ četnost diskontinuit g gravitační zrychlení e vzdálenost rovnoběžných desek v kinematická viskozita (pro vodu v = 1⋅10-6 m2s-1) J. Pruška MH 9. přednáška 23

Proudění soustavou diskontinuit Q14 + Q24 + Q34 = 0

Q ij = c ij ( H i − H

j

)

Qij proudění z uzlu i do uzlu j Hi hydraulická výška v uzlu i H

j

=

∑ c H ∑ c ij

i

ij

Hi hydraulická výška v uzlu i cij hydraulická vodivost mezi uzly i a j H1 1 Q 14 c14

H4

Q24 c24

H2 2

4

Q34 c 34 H3 3


24

PODZEMNÍ VODA. J. Pruška MH 9. přednáška 1

Recommend Documents