PODZEMNÍ VODA - departments.fsv.cvut.czdepartments.fsv.cvut.cz/k135/data/wp-upload/2008/... · PODZEMNÍ VODA • Komplikuje a zhoršuje geologické podmínky výstavby • Ovliv

PODZEMNÍ VODA

• Komplikuje a zhoršuje geologické podmínky výstavby

• Ovlivňuje fyzikálně-mechanické vlastnosti

J. Pruška MH 9. přednáška 1

mechanické vlastnosti

• Je faktorem současných geodynamických procesů

• Komplikuje zakládání staveb

• Podzemní stavby mění ustálený režim podzemních vod

Úlohy IG průzkumu

• Zjistit výskyt podzemní vody

• Určit hydraulické parametry zvodnělé oblasti

• Zjistit režim podzemních vod a


• Zjistit režim podzemních vod a směr proudění

• Určit agresivitu podzemních vod

• Prognóza vlivu stavby na režim podzemní vody

• Návrh případného odvodnění

Oběh vody v přírodě1 propustné prostředí 2. hydrogeologický poloizolátor3. puklinové prostředí4. HPV5. výpar6. pohyb mraků s deštěm (od moře na kontinent)7. srážky8. studna9. pramen


• Hydrogeologický kolektor geologické prostředí jež akumuluje a vypouští podzemní vodu, patří sem* pórovité prostředí (zeminy, málo stmelené horniny)* puklinové prostředí


* puklinové prostředí (rozpukané skalní horniny)* krasové prostředí (skrasovatělé karbonatické horniny)* puklinovo krasové prostředí

• Hydrogeologický poloizolátorgeologické prostředí, přes které protéká podzemní voda do okolního hydrogeologického kolektoru jen za určitých tlakových podmínek

• Hydrogeologický izolátorgeologické prostředí, které není


geologické prostředí, které není schopné akumulovat a vypouštět podzemní vodu, patří sem poloskalní horniny –jílovité břidlice, jíly, masivní nerozpukané horniny

• ZvodeňZvodeň (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).


či umělého – např. čerpání).

Určení umístění zvodně a jejích hydrogeologických parametrů je poměrně složitá úloha

• Vadózní oběh podzemní vodymělký oběh podzemní vody probíhající pouze v lokální odvodňované (erozní) oblasti, tvořené jezery, řekami, potoky apod.

Pokud je přírodní doplňování


Pokud je přírodní doplňování vody větší než odtok (drénování) podzemní vody, podzemní voda se akumuluje a její hladina stoupá.

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


Fyzikálně-chemické vlastnosti podzemních vod

• Voda svým oběhem zemí mění svoje fyzikálně-chemické vl.

• Význam má interakce hornina-podzemní voda

• Vliv rozpouštění okolní horniny


• Vliv rozpouštění okolní horniny

• Oxidace

• Hydrolýza

Určuji :

• Barvu

• Zápach

• Vůní

• Teplotu

• Elektrickou vodivost


• Elektrickou vodivost

• Chemický rozbor

Chemický rozborZjišťuje rozpuštěné soli ve vodě

nejčastěji iontové formě v mg⋅l-1

Nejčastěji se určují:

• Kationty Ca2+, Mg2+, Na4, K4, Fe2+, Fe3+, Mn2+


Mn

• AniontyCl-, SO4

2-, NO3-, HCO3

-, NO22-

• Celková mineralizace vody

Agresivita vody

Mg+2 HH4+ SO4

2-

(mg⋅⋅⋅⋅l -1) (mg⋅⋅⋅⋅l -1) (mg⋅⋅⋅⋅l -1)

agresivita prostředí

Tvrdost vody °N

Hodnota pH

Agresivní oxid uhli čitý CO2

(mg⋅⋅⋅⋅l -1)


(mg⋅⋅⋅⋅l ) (mg⋅⋅⋅⋅l ) (mg⋅⋅⋅⋅l )slabě agresivní

do 3,0 5,0 až 6,5 4 až 15 od 1000 do 2000

od 100 do 500

od 250 do 500

středně agresivní

- 4,0 až 5,0 15 až 30 nad 2000 nad 500 od 500 do 1000

silně agresivní

- do 4,0 nad 30 - - nad 1000

(mg⋅⋅⋅⋅l )

Hydrofyzikální vlastnosti

• Propustnost

• Koeficient průtoku

• Objemová stlačitelnost geologického prostředí

• Koeficient kapacity

• Difuzivita


• Difuzivita

koeficient průtoku

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


kde T koeficient průtoku

k koeficient filtrace

b mocnost zvodnělé vrstvy

T kb=

Objemová stlačitelnost geologického prostředí

Koeficient objemové stlačitelnosti geologického prostředí vyjadřuje změnu původního objemu prostředí vyvolanou změnou tlaku o jednu jednotku


změnou tlaku o jednu jednotku (Pa).:

kde V původní objem prostředídV změna objemudP změna tlaku

dP

dV

Vv ⋅= 1β

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:

nSS Sv ′+=


kde Sv koeficient kapacitySs = Ss/bb mocnost zvodnělé vrstvyn´ aktivní pórovitost

Aktivní pórovitost je pórovitost oblasti, z které vytéká či do které přitéká voda při kolísání hladiny podzemní vody

nSS Sv ′+=

Difuzivita

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

n

kb

S

TD

v ′==


kde D difuzivitaSv koeficient kapacityk koeficient filtraceb mocnost zvodnělé vrstvyn´ aktivní pórovitost

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


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:

kde Q skutečný průtok

A průtočná plocha

Z filtrační rychlosti se dá určit skutečná průměrná rychlost proudění v pórech, tzv. efektivní rychlost:

vQ

A=


efektivní rychlost:

vv

ne f =′

kde vef efektivní rychlostv fiktivní filtra ční rychlost

n´ účinná pórovitost

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):


R vd

ve s

e f=

kde Re Reynoldsovo číslovs průměrná průtoková rychlostde efektivní průměr zrnv viskozita kapaliny (pro vodu při 18°C

1,145⋅10-6 m2⋅s-1)

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


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.

• 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


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

Proudění podzemní vody diskontinuitami

3

12 L

geQ H

vL= ⋅

g gravitační zrychleníe vzdálenost rovnoběžných desekv kinematická viskozita (pro vodu v = 1⋅10-6

m2s-1)


m2s-1)L délka desek ve směru prouděníHL rozdíl hladin

3

12

ge LK

v T

λ =

λ četnost diskontinuitg gravitační zrychleníe vzdálenost rovnoběžných desekv kinematická viskozita (pro vodu v = 1⋅10-6

m2s-1)

Proudění soustavou diskontinuit

14 24 34 0Q Q Q+ + = ( )ij ij i jQ c H H= −

Qij proudění z uzlu i do uzlu jHi hydraulická výška v uzlu i

i j ij

i j

c HH

c= ∑

∑Hi hydraulická výška v uzlu ic hydraulická vodivost mezi uzly i a j


cij hydraulická vodivost mezi uzly i a j

1

H1

3

42

H4

H2

H3

Q14

Q24

Q34

c34

c24

c14

PODZEMNÍ VODA - departments.fsv.cvut.czdepartments.fsv.cvut.cz/k135/data/wp-upload/2008/... · PODZEMNÍ VODA • Komplikuje a zhoršuje geologické podmínky výstavby • Ovliv

Documents