Презентация Основные формы и законы движения воды в недрах земли. (Лекция 3) онлайн

Содержание слайда: ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ И ЗАКОНЫ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ В НЕДРАХ ЗЕМЛИ Лекция 3

Содержание слайда: Содержание лекции Основные формы движения воды в горных породах; Законы движения воды в горных породах; Тепло- и массоперенос в подземных водах; Коллекторские свойства горных пород.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Закон Дарси

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: ТРЕТИЙ ПРЕДЕЛ ПРИМЕНИМОСТИ ЗАКОНА ДАРСИ Линейный закон фильтрации справедлив только для условий климатического круговорота.

Содержание слайда: ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОС В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ Тепло- и массоперенос – перенос вещества и тепла с подземными водами. Конвективный перенос Диффузионный перенос Конвективная диффузия

Содержание слайда: КОНВЕКТИВНЫЙ ПЕРЕНОС Конвекция – тепло- и массоперенос движущимися потоками вещества, в данном случае дополнительный перенос воды не обязательно в направлении ее основного движения. Тепловое и концентрационное конвективное движение обусловленное разной плотностью раствора. Движение происходит в виде отдельных струй: одна струя более тяжелой воды опускается вниз, другая из более легкой воды поднимается параллельно первой (несмешивающиеся жидкости). Значительным этот процесс является в случае незначительного бокового движения подземных вод (фильтрации). Пример. Изменение фазового состояния воды. Гейзеры, газлифт, эрлифт. Газлифт – способ подъема воды, обусловленного ее разрежением за счет попадания газа или образования пара. В случае эрлифта в воду специально нагнетается воздух, и она, становясь более легкой, поднимается. Конвективный поток оценивается: Jк = С*V, где С – концентрация вещества, V – скорость потока.

Содержание слайда: Поршневое вытеснение Возникает, когда достаточно быстро движущаяся вода одной минерализации и состава механически, как поршень, вытесняет воду, имеющую другую минерализацию и состав.

Содержание слайда: ДИФФУЗИОННЫЙ ПЕРЕНОС Молекулярная диффузия, является процессом самопроизвольного перемещения молекул вещества, стремящегося к выравниваю химического потенциала, а также к стабилизации концентраций. Источником молекулярной диффузии является тепловое, беспорядочное передвижение атомов, молекул и ионов вещества.

Содержание слайда: ДИФФУЗИОННЫЙ ПЕРЕНОС

Содержание слайда: ДИФФУЗИОННЫЙ ПЕРЕНОС

Содержание слайда: КОНВЕКТИВНАЯ ДИФФУЗИЯ

Содержание слайда: Коллекторские свойства горных пород Коллекторами называют пласты и толщи горных пород, которые хорошо пропускают и хорошо отдают воду гравитационным вытеканием или под действием упругих сил. Коллектора обладают хорошими фильтрационными и емкостными свойствами. Коллекторские свойства горных пород характеризуются следующими показателями: коэффициент фильтрации (Кф,м/сут), коэффициент проницаемости (Кп, м2, Д) коэффициент водопроводности (Т, м2/сут), гравитационная и упругая водоотдача (µ и µ*), коэффициент пьезопроводности (а*, м2/сут), коэффициент уровнепроводности (а, м2/сут).

Содержание слайда: Коэффициент фильтрации и проницаемости Проницаемость - способность породы пропускать, движущийся флюид или газ в условиях полного заполнения им всех пор и трещин. Если движется вода, то такое свойство называется водопроницаемостью. Степень проницаемости оценивается коэффициентом проницаемости кп (м2). Степень водопроницаемости оценивается коэффициентом фильтрации к, который измеряется в м/сут или см/с. Это одна из основных расчетных характеристик, которой пользуются при оценке количества и скорости движения подземных вод. Величина водопроницаемости зависит от литолого-фациального состава пород и структуры их порово-трещинного пространства, т.е. формы, размеров пор и трещин, от их расположения относительно друг друга, от свойств фильтрующейся жидкости и направления ее движения в породе. Чем меньше в породе поры и трещины, тем больше в них физически связанной воды, меньше сечение, через которое движется свободная гравитационная вода,: а следовательно, меньше, коэффициент фильтрации.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Коэффициент водопроводности

Содержание слайда: Гравитационная и упругая водоотдача Гравитационная водоотдача – способность породы отдавать гравитационную воду путем свободного стекания при снижении уровня воды. Коэффициент гравитационной водоотдачи µ оценивает то количество воды Vв, которое отдает единица объема породы при вытекании из него свободной гравитационной воды в результате снижения уровня воды на величину ΔН. µ = Vв/F*ΔН, где F – площадь данного объема породы. Водоотдача выражается в процентах или долях единицы и численно равна эффективной пористости. Среднее µ для пород: Суглинку – 0,005-0,05; Пески средние – 0,2-0,25; Супеси - 0,05-0,1; Пески крупные – 0,25-0,35; Пески мелкие - 0,1-0,2; Известняки трещиноватые – 0,001-0,1

Содержание слайда: Гравитационная и упругая водоотдача Упругая водоотдача – способность пласта в целом отдавать воду за счет проявления упругих свойств воды и породы при снижении пластового давления воды. Коэффициент упругой водоотдачи µ* оценивает то количество свободной воды Vв*, которое может быть отдано без осушения единицей объема пласта площадью F, мощностью m за счет упругого расширения воды, сжатия скелета породы и изменения объема порово-тещинного пространства в результате некоторой перекомпоновки зерен и блоков породы при снижении напора на величину ΔН. µ *= Vв*/F* ΔН, Упругая водоотдача характеризует свойства не только породы, но и пласта в целом (в пределах его мощности m). Для глубин до 100 м при мощности пласта 20 м среднее µ* для пород: Глинистые породы – 6 - 7 · 10-3; Известняк - 10-5 ; Пески – 4-20 · 10-3 ; Песчаники – 1-7 · 10-3 Галечник – 4-3 · 10-3 ;

Содержание слайда: Экскурсия в лабораторию исследования керна Вопросы для анализа Какую характеристику горной породы определяют? Название и принцип действия прибора Показания каких параметров снимают с прибора? Как производится расчет искомого параметра?

Содержание слайда: Уровне- и пьезопроводность

Содержание слайда: Классификация пластов по коллекторским свойствам (по И.К. Гавич)

Содержание слайда: Определение гидрогеологических параметров по данным откачек и наблюдений Откачки: - одиночные – участвует одна скважина, из которой ведется контролируемый отбор воды и измерения снижения уровня во времени; кустовые – измерения уровня ведутся как по центральной скважине, из которой отбирается вода, так и по нескольким наблюдательным скважинам, расположенным по одному-двум лучам на разных расстояниях от центральной; групповые – отбор воды осуществляется сразу из нескольких скважин.

Содержание слайда: Общие положения Начальное положение уровня до эксплуатации водозабора называются статическим или естественным уровнем (Hст) Уровень в процессе эксплуатации называется динамическим (Нд). Понижение (S) – разница между статическим и динамическим уровнями. Удельный дебит – отношение расхода воды из скважины к понижению уровня в скважине. q = Q / S

Содержание слайда: Условия проведения откачки Сохранение постоянного расхода воды из скважины (Q-const) и непрерывность откачки. Продолжительность одиночной откачки – 3-10 сут., кустовой – 10-20 сут, групповой – 20-30 сут. Наблюдательные скважины располагаются на расстояниях от 20 до 100 м в безнапорном пласте и от 100 до 500 м в напорных водоносных пластах. При откачках вблизи реки один из лучей должен быть ориентирован в урезу реки, второй – параллельно реке. Откачки обычно осуществляются с помощью эрлифта или погружного электронасоса.

Содержание слайда: Условия проведения откачки Перед проведением откачки должны быть измерены естественный или статический уровни подземных вод во всех скважинах - Нст. В процессе откачки проводится измерение расхода воды, поступающей из скважины для контроля условия Q – const и положение динамического уровня Hд во всех скважинах (центральной и наблюдательных). Измерение расхода осуществляется не реже 1 раза в час, измерение динамического уровня в первый час проводится каждые 3-5 минут, второй час – 10 минут, далее каждые полчаса-час до окончания откачки После завершения откачки (отключения насоса) обязательно проводятся наблюдения за восстановлением (подъемом) динамических уровней во всех скважинах в течение 1-3 суток. В процессе откачки на изливе отбираются не менее 2-х проб воды на химический анализ в начальный и конечный периоды. Одновременно с отбором проб измеряется температура воды

Содержание слайда: Типовые расчетные схемы Расчетные схемы выделяют по следующим критериям: Режим фильтрации (стационарный, нестационарный); Наличие и характер внешних границ водоносного пласта (непроницаемая граница, река, перетекание из соседнего пласта, инфильтрационное питание, пласт неограниченных размеров); Тип инженерного сооружения (одиночная скважина, взаимодействующие скважины, линейный ряд скважин).

Содержание слайда: Режим фильтрации На начальном этапе эксплуатации водозабора всегда будет нестационарный режим фильтрации, характеризующийся изменением уровня подземных вод во времен. Со временем возможно наступление стационарного режима подземных вод в следующих случаях:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Случай 2. Случай 2. Инженерное сооружение располагается в напорном пласте, получающем дополнительное питание сверху через слабопроницаемый водоупор из вышележащего водоносного горизонта. Стационарный режим наступает через: tc ≥ 3 · m0 · μ*/k0 где m0 - мощность водоупора, k0 - коэффициент фильтрации водоупора, μ* - упругая водоотдача водопроницаемого пласта.

Содержание слайда: Случай 3. Случай 3. Инженерное сооружение получает дополнительное инфильтрационное питание Wдоп или происходит уменьшение испарения с уровня грунтовых вод за счет его снижения под влиянием отбора воды скважиной с расходом Q0 Стационарный режим наступит через время: tc ≥ 25 · Q0 / (а · π · Wдоп)

Содержание слайда: Основные расчетные формулы применительно к основным типам инженерных сооружений

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Самостоятельная работа Определение параметров (Т и а) по графикам временного прослеживания Определение параметров (Т и а) по графикам площадного прослеживания

Содержание слайда: Использование закона Дарси Плоско-параллельный поток

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: