Proudění podzemní vody

Transkript

1

2 Podpovrchová voda krystalická a strukturní voda vázaná fyzikálně-chemicky adsorpční vázaná molekulárními silami na povrchu částic hygroskopická (pevně vázaná) obalová (volně vázaná) volná voda kapilární vyplňuje kapilární póry gravitační (podzemní) v nekapilárních pórech, pohyb vlivem tíže, vytváří hladinu nad nepropustným podložím - zvodnělé (vodonosné) horniny (zvodně) mocnost zvodnělé vrstvy, hydroisohypsa = čára v mapách spojující místa na hladině podzemní vody o stejné nadmořské výšce volná voda - s volnou hladinou (freatická voda) - s napjatou hladinou (artézská) voda vodní páry - v nevyplněných pórech 1

3 Formy podpovrchové vody detail půdního profilu 2

4 Volná a napjatá hladina podzemní vody (nasycená zóna) 3

5 Praktické případy spojené s prouděním podzemní vody Průsak zemním tělesem sypané hráze nežádoucí úniky vody z nádrže, problém vyplavování materiálu tělesa různé druhy těsnících prvků, drenážní systémy 4

6 Praktické případy spojené s prouděním podzemní vody Proudění pod základy tělesa hráze přehrady (jezu) nežádoucí úniky vody z nádrže, problém vyplavování materiálu podloží, působení vztlakové síly nadlehčení tělesa hráze (jezu) 5

7 Praktické případy spojené s prouděním podzemní vody Jímání podzemní vody ev. umělá infiltrace vody 6

8 Rychlost skutečná x filtrační voda prosakuje póry zeminy, zpravidla laminární pohyb filtrační rychlost (abstraktní) v f Q S S... fiktivní průtočná plocha (včetně zrn zeminy) pórovitost zeminy (zpravidla se udává v %) objem pórů celkový objem půdy z d P 1 z d z d - objemová hmotnost vzorku, z - hustota (měrná hmotnost) skutečná rychlost v Q PS v f Pv 7

9 Darcyho filtrační pokus sklon tlakové čáry H i L Q filtrační rychlost v f S Darcyho filtrační zákon v f ki zavedení nasycené hydraulické vodivosti k v i pro laminární proudění v f < v fk f 8

10 v f ki k tg pro turbulentní proudění: k konst laminární proudění při Re f < Re fk, Re f 1 0,75P 0,23 d e - kinematická viskosita, d e - střední zrno zvodně, Re fk = 7 10 v f 9

11 Nasycená hydraulická vodivost k závisí na: zrnitosti, tvaru zrn, viskositě (teplotě), směru proudění (hydraulicky anizotropní prostředí) stanovení: terénní čerpací zkouška, laboratorní zkoušky (neporušený vzorek!), empirické vzorce (u méně významných staveb) 10

12 Nasycená hydraulická vodivost k orientační hodnoty k [m den -1 ]: hrubý písek střední písek jemný písek, kyprá písčitá hlína 1 10 písčitá hlína ulehlá 0,1 0,5 hlína 0,01 0,10 jíl pro k < prakticky vodotěsná zemina 11

13 Rovinné proudění podzemní vody řešení pro - ustálené proudění, - laminární proudění (lze aplikovat Darcyho filtrační zákon) - měrný (specifický) průtok q [m 3 s -1 m -1 ] y... tloušťka zvodně (ve směru kolmém na směr proudění) q vfy k yi rovnoměrné proudění: proudnice rovnoběžné hydraulický sklon pro všechna proudová vlákna totožný (i = i 0 ), rychlost v celém profilu stejná v f ki nerovnoměrné proudění: v libovolném bodě na svislici dh u k ki dl Dupuitův zákon: při rovnoměrném i nerovnoměrném (plynule se měnícím) proudění je filtrační rychlost dána sklonem hladiny f v f 12

14 Nerovnoměrné proudění na vodorovném podloží: sklon hladiny podzemní vody: i dy q vfy ky ydy dy v f k q k dy q i y 1 y L l dy y 2 po integraci 2 2 y1 y2 2q L k hladina je kvadratická parabola, pro vodorovné podloží jen křivka snížení 13

15 Jímání podzemní vody svislé studny 14

16 Jímání podzemní vody vodorovné - zářezy, drény, galerie 15

17 Účel jímání podzemní vody jímání pitné vody (též umělá infiltrace) odvodnění stavebních jam, odvodnění staveb odvodnění pozemků ochranná opatření proti šíření polutantů hydraulické clony (letiště, chemičky,...) 16

18 Řešení obyčejné úplné studně předpoklady: ustálený stav proudění (Q čerpané = konst.) vodorovné nepropustné podloží zvodnělá vrstva je homogenní a izotropní (k = konst. pro celou zvodeň ve všech směrech) Tvar depresní křivky (snížené hladiny) dy vf ki k, Q Svf, S 2xy S... průtočná (válcová) plocha Q S v f Q ydy 2k f 2kxy x dy y y 0 ydy Q 2k původní hladina x Výpočet odběru vody: uvažujeme x = R, y =Y Q (R... poloměr dosahu studny) x r Y y 2 z y 0 y r 2 0 x Q y Q k R dy x ln r 17

19 poloměr dosahu studny R podle Kusakina R 575z ky původní hladina z Q dy Y y 0 r y x R při proudění nesmí docházet k vyplavování zrn zeminy max. filtrační rychlost na plášti studny v f,k podle Gavrilenka a Abramova v f,k 65 3 k m den 1 18

20 Řešení jímání vody zářezem/štolou řešení vychází z rovnice pro tvar hladiny při nerovnoměrném pohybu na vodorovném podloží 2 2 y1 y2 pro 2q L k y 1 = Y, y 2 = y 0, L = R q Y 2 y k 2R při neznámém dosahu R možno: Y y0 Y y0 ip q k i p R 2 celková vydatnost: Q 2qL z L z délka zářezu/štoly 2 0 y 0 Q hodnoty sklonu i p : štěrk, hrubý písek 0,003-0,006 písek 0,020-0,050 písčité hlíny 0,050-0,10 jíl. zeminy 0,10-0,15 jíly 0,15-0,20 R i p Y 19