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
J. Pruška MH 9. přednáška 2
• 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
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
J. Pruška MH 9. přednáška 4
* 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
J. Pruška MH 9. přednáška 5
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).
J. Pruška MH 9. přednáška 6
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
J. Pruška MH 9. přednáška 7
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
J. Pruška MH 9. přednáška 8
Fyzikálně-chemické vlastnosti podzemních vod
• Voda svým oběhem zemí mění svoje fyzikálně-chemické vl.
• Význam má interakce hornina-podzemní voda
• Vliv rozpouštění okolní horniny
J. Pruška MH 9. přednáška 9
• Vliv rozpouštění okolní horniny
• Oxidace
• Hydrolýza
Určuji :
• Barvu
• Zápach
• Vůní
• Teplotu
• Elektrickou vodivost
J. Pruška MH 9. přednáška 10
• 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+
J. Pruška MH 9. přednáška 11
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)
J. Pruška MH 9. přednáška 12
(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
J. Pruška MH 9. přednáška 13
• Difuzivita
koeficient průtoku
charakterizuje schopnost zvodnělé vrstvy propouštět kapalinu či plyn, pro homogenní izotropní prostředí je dán vztahem:
J. Pruška MH 9. přednáška 14
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
J. Pruška MH 9. přednáška 15
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 ′+=
J. Pruška MH 9. přednáška 16
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 ′==
J. Pruška MH 9. přednáška 17
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
J. Pruška MH 9. přednáška 18
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=
J. Pruška MH 9. přednáška 19
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):
J. Pruška MH 9. přednáška 20
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
J. Pruška MH 9. přednáška 21
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
J. Pruška MH 9. přednáška 22
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)
J. Pruška MH 9. přednáška 23
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
J. Pruška MH 9. přednáška 24
cij hydraulická vodivost mezi uzly i a j
1
H1
3
42
H4
H2
H3
Q14
Q24
Q34
c34
c24
c14