Proudění podzemní vody
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
HYAR
Proudění podzemní vody
1
Formy podpovrchové vody – detail půdního profilu
HYAR
Proudění podzemní vody
2
Volná a napjatá hladina podzemní vody (nasycená zóna)
HYAR
Proudění podzemní vody
3
Praktické případy spojené s prouděním podzemní vody
Průsak zemním tělesem sypané hráze
 nežádoucí úniky vody z nádrže,
problém vyplavování materiálu tělesa
HYAR
Proudění podzemní vody
různé druhy
těsnících prvků,
drenážní systémy
4
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)
HYAR
Proudění podzemní vody
5
Praktické případy spojené s prouděním podzemní vody
Jímání podzemní vody ev. umělá infiltrace vody
HYAR
Proudění podzemní vody
6
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 %)
P
objem pórů
  d

 z
 1 d
celkový objem půdy
z
z
d - objemová hmotnost vzorku, z - hustota (měrná hmotnost)
skutečná rychlost
HYAR
Q
v
PS

v f  Pv
Proudění podzemní vody
7
Darcyho filtrační pokus
vf
zavedení nasycené

H
k
sklon tlakové čáry i 
hydraulické vodivosti
i
L
Q
filtrační rychlost v f 
S
Darcyho filtrační zákon v f  ki pro laminární proudění → vf < vfk
HYAR
Proudění podzemní vody
8
pro turbulentní
proudění:
k  konst
v f  ki
k  tg
v d
1
f e
laminární proudění při Ref < Refk, Re 
f 0,75P  0,23 
 - kinematická viskosita, de - střední zrno zvodně, Refk= 7 10
HYAR
Proudění podzemní vody
9
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)
HYAR
Proudění podzemní vody
10
Nasycená hydraulická vodivost k
orientační hodnoty k [m·den-1]:
hrubý písek
střední písek
jemný písek, kyprá písčitá hlína
písčitá hlína ulehlá
hlína
jíl
100  200
20  100
1  10
0,1  0,5
0,01  0,10
10-7  10-3
pro k < 2.10-4 – prakticky vodotěsná zemina
HYAR
Proudění podzemní vody
11
Rovinné proudění podzemní vody
řešení pro - ustálené proudění,
- laminární proudění (lze aplikovat Darcyho filtrační zákon)
- měrný (specifický) průtok q [m3s-1m-1]
q  vf y  k y i
y ... tloušťka zvodně (ve směru kolmém na směr proudění)
rovnoměrné proudění:
proudnice rovnoběžné  hydraulický sklon pro všechna proudová
vlákna totožný (i = i0),
 rychlost v celém profilu stejná v f  ki
nerovnoměrné proudění: v libovolném bodě na svislici
uf   k
dH
 k i  vf
dL
Dupuitův zákon:
při rovnoměrném i nerovnoměrném (plynule se měnícím)
proudění je filtrační rychlost dána sklonem hladiny
HYAR
Proudění podzemní vody
12
Nerovnoměrné proudění na vodorovném podloží:
sklon hladiny podzemní vody:
i
dy
dx
 vf  k
 q  v f y   ky
dy
dx
dy
dx
q
q
 ydy   dx
k
po integraci
dx
i
dy
y1
y
y2
L
l
2q
y y  L
k
2
1
2
2
hladina je kvadratická parabola,
pro vodorovné podloží jen křivka snížení
HYAR
Proudění podzemní vody
13
Jímání podzemní vody svislé – studny
HYAR
Proudění podzemní vody
14
Jímání podzemní vody vodorovné - zářezy, drény, galerie
HYAR
Proudění podzemní vody
15
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, ...)
HYAR
Proudění podzemní vody
16
Řešení obyčejné úplné studně
předpoklady:
 ustálený stav proudění (Qčerpané = konst.)
 vodorovné nepropustné podloží
 zvodnělá vrstva je homogenní a izotropní (k = konst.
pro celou zvodeň ve všech směrech)
Q
dx
původní hladina
Tvar depresní křivky (snížené hladiny)
dy
v f  ki  k , Q  Sv f , S  2xy
dx
S ... průtočná (válcová) plocha
dy
 Q  Sf v f  2kxy

dx y
Q x dx
Q dx
 ydy 


 ydy  2k  x
2k x
y0
r
dy
z
Y
y0
r
x

2
y2  y0 
y
R
Q x
ln
k r
Výpočet odběru vody: uvažujeme x = R, y =Y  Q
(R ... poloměr dosahu studny)
HYAR
Proudění podzemní vody
17
Q
poloměr dosahu studny R
podle Kusakina
R  575 z kY
dx
původní hladina
dy
z
Y
y0
y
r
x
R
při proudění nesmí docházet k vyplavování zrn zeminy
 max. filtrační rychlost na plášti studny vf,k
podle Gavrilenka a Abramova v f ,k  653 k
HYAR
Proudění podzemní vody
m  den 
1
18
Řešení jímání vody zářezem/štolou
Q
řešení vychází z rovnice pro tvar
hladiny při nerovnoměrném pohybu
na vodorovném podloží
2q
y y  L
k
pro
2
1
ip
y0
2
2
R
Y
Y 2  y 02
y1= Y, y2= y0, L = R  q  k
2R
hodnoty sklonu ip:
0,003-0,006
při neznámém dosahu R možno:
Y  y0
Y  y0
ip 
 qk
ip
R
2
štěrk,
hrubý písek
písek
0,020-0,050
písčité hlíny
0,050-0,10
jíl. zeminy
0,10-0,15
jíly
0,15-0,20
celková vydatnost:
Q  2qL z
Lz – délka zářezu/štoly
HYAR
Proudění podzemní vody
19
Download

Proudění podzemní vody