§6. Движение подземных вод

Движение подземных вод происходит под влиянием силы тяжести, капиллярных сил и гидростатического давления. Движение в зоне аэрации выражается просачиванием и инфильтрацией, а в зоне насыщения - фильтрацией.

1. Просачивание - это движение воды в грунте вертикально вниз в виде изолированных струек по капиллярным порам и канальцам. При этом пористое пространство не насыщено водой и в нем сохраняется движение атмосферного воздуха, что исключает влияние гидростатического давления в зоне аэрации.

2. Инфильтрация - это движение воды сплошным потоком с полным заполнением пор водой под действием сил тяжести, капиллярных сил и гидростатического давления в зоне аэрации, где может образовываться таким путем верховодка.

3. Фильтрация - это движение свободной (гравитационной) воды по порам и трещинам под действием силы тяжести и гидростатического давления в сторону уклона поверхности водоносного горизонта или в сторону уменьшения напора артезианских вод.

Движение в мелкопористых грунтах имеет ламинарный режим и подчиняется закону фильтрации Дарси, выражаемому формулой

Vф = КфI

где Vф - скорость фильтрации (м/сутки, см/с), Кф - коэффициент фильтрации, характеризующий водопроницаемость грунтов, зависящей от количества и размеров пор. Его значения различны для разных грунтов:

галечник - 100-200 м/сутки

песок - 1-50 м/сутки

суглинок - 0,05-0,1 м/сутки

глина - менее 0,001 м/сутки

I - гидравлический уклон или напорный градиент, равный уклону поверхности уровня грунтовых безнапорных вод, вычисляется по формуле

I = h/l = (h₁-h₂)/l

где h - напор, h₁, h₂- высота уровней в точках 1 и 2, 1 - длина пути фильтрационного потока.

Скорость фильтрации Vф можно определить по формуле

Vф = Qф/Wn

где Qф - расход фильтрационного потока, то есть количество воды (в м³/c), протекающей в единицу времени через данное сечение породы; Wn - площадь (м²) поперечного сечения породы (пористой среды).

Определение скорости и направления движения подземных вод производится непосредственно в поле путем введения в опытную (пусковую) скважину индикатора - раствора солей или красителя флюоресцеина (зеленый) и установлением их появления в наблюдательных скважинах по окружности.

Скважина, в которой краситель появится раньше, будет указывать направление потока. Скорость движения воды определяют по формуле:

Vn = l /Т

где 1 - расстояние в м от пусковой скважины до наблюдательной, Т - время от введения красителя до его появления.

Эти методы широко применяются также при изучении подземных карстовых вод. Так крымские карстологи Дублянский В.Н. и Вахрушев Б.А. определили, что карстовые подземные водотоки Крыма имеют среднюю скорость 430 м/сут.