Установившееся и неустановившееся движение подземных вод в однородных пластах

Естественные потоки подземных вод характеризуются установившемся и неустановившемся режимами движения. Установившееся движение потоков характеризуется относительным постоянством во времени условий питания и разгрузки подземных вод .

Движение потоков может быть равномерным и неравномерным. При равномерном движении скорость потока по пути движения неизменна. Такой вид движения может иметь место при фильтрации напорного потока через пласт постоянной мощности или при фильтрации безнапорного потока в наклонных водоносных пластах с соблюдением параллельности свободной поверхности подземных вод и водоупора.

Условия, обеспечивающие постоянство расхода, площади сечения и скорости фильтрации, в природе встречаются редко. Обычно движение является неравномерным, т.к. скорость изменяется от сечения к сечению. При изучении естественных потоков подземных вод обычно решаются следующие задачи: 1) определение расхода подземных вод и других элементов потока; 2) построение депрессионной кривой; 3) определение отдельных параметров, характеризующих область фильтрации или условия питания потока по данным о распространении его напоров.

При равномерном движении потока подземных вод расход Q определяется исходя из площади сечения F (для потоков грунтовых вод F= ℎB , для напорных вод F=mB ) и скорости фильтрации по закону Дарси.

Таким образом, расход потока для грунтовых вод составляет:

для напорных вод:

Часто количественная характеристика потоков подземных вод проводится по единичному расходу q. Это расход, приходящийся на единицу ширины потока. Для грунтовых вод и напорных вод он определяется из соотношений:

Кроме напорного и грунтового потоков в природе существуют потоки с напорно-безнапорным режимом движения. В естественных условиях такое движение имеет место при дренировании напорных потоков речными долинами, прорезающими их .

Единичный расход потока в этом случае рассчитывается по формуле В.И. Давидовича:

Неустановившееся движение в отличие от установившегося характеризуется переменным во времени движением. В природных условиях уровни подземных вод колеблются под влиянием неравномерной фильтрации осадков, изменения положения уровней в поверхностных водоемах и т.д. На колебания уровней существенное влияние оказывают искусственные факторы, такие как создание в речных долинах водохранилищ, орошение земель, осушение заболоченных территорий, водопонижение при различных видах строительства и разработке полезных ископаемых. Учет этих факторов при условии неустановившейся фильтрации позволяет правильно решать практические гидрогеологические задачи, прогнозировать условия работы инженерных сооружений и условия изменения природных гидрогеологических условий под влиянием инженерной деятельности человека. Для количественной оценки неустановившейся фильтрации обычно рассматриваются одномерные или двухмерные в плане потоки подземных вод. Существуют очень сложные уравнения решения задач неустановившегося движения, но наиболее широко используется метод конечных разностей, который позволяет определить как расход грунтового потока, так и проследить изменение положения кривой депрессии во времени с учетом основных факторов в формировании режима подземных вод, условий их питания и раз-грузки. Он является основой для численного решения разнообразных задач фильтрации с помощью моделирования и применения ЭВМ. Метод конечных разностей предложен Г.Н. Каменским для грунтовых вод, но с таким же успехом используется и для напорных.