Напорные воды

Напорные воды

Основные понятия о фильтрации
I – твердая частица; II – связанная вода; III – свободная вода
Фильтрация – это процесс движения гравитационной воды через пористую, трещиновато-пористую или трещиноватую среду под действием разности гидростатических напоров.
Классификация пор по размеру:
сверхкапиллярные – более 0,1 мм;
капиллярные – от 0,0002 до 0,1 мм;
субкапиллярные – менее 0,0002 мм.
Движение жидкости по сверхкапиллярным порам происходит свободно, по капиллярным – только после преодоления молекулярных поверхностных сил. Субкапиллярные поры непроницаемы.

Фильтрационный поток - это условный поток жидкости через пористое (трещинное) пространство, характеристики которого определяются как осредненные для всего поперечного сечения фильтрующей среды, а не для каждой из её точек в отдельности.
Скорость фильтрации условного потока
Действительная скорость движения воды в пористой среде
Q – объемный расход;
F – площадь поперечного сечения условного потока
F1 – действительная площадь пористой среды;
na – активная пористость

Виды фильтрационных потоков
Плоскопараллельный
Плоскорадиальный
Радиально-сферический

Верхний предел
(нарушение ламинарного режима движения жидкости)
Линейный закон фильтрации (закон Дарси)
Условия применимости
Нижний предел
(проявление поверхностных сил при малых скоростях фильтрации)
Число Рейнольдса:
Критическая скорость фильтрации:
критические значения Re – от 4 до 12

Скорость фильтрации и расход воды в водонасыщенных песках и крупнообломочных грунтах при ламинарном режиме находят по закону Дарси:
Скорость фильтрации
Расход
м/сут, см/сек
м3/сут
Коэффициент фильтрации, м/сут, см/сек
Градиент напора
Площадь потока
Закон Дарси в дифференциальной форме:

1 – кровля водоупора, 2 – уровень грунтовых вод (УГВ),
3 - скважина
Градиент напора (I) – потеря напора по длине пути фильтрации:

Коэффициент фильтрации Kф (см/сек, м/сут) – основной показатель проницаемости грунтов, равен линейной скорости фильтрации воды при градиенте напора I = 1.
Коэффициент фильтрации зависит от
От свойств пород:
гранулометрический и минеральный состав
активная пористость
размер пор, их извилистость и степень сообщаемости
плотность сложения грунта
наличие органики
От свойств фильтрующейся жидкости:
вязкость (температура, давление, состав и минерализация)

Коэффициент проницаемости

Уравнение неразрывности потока
Уравнение неразрывности потока представляет собой закон сохранения
массы для элементарного объема пористой среды.
Общий вид:

Начальные и граничные условия
Для описания конкретных физических процессов и получения решений соответствующих задач, необходимо сформулировать постановку задачи, то есть задать условия в начальный момент времени и условия на границах области пласта. В результате имеем дифференциальные
уравнения с начальными и граничными условиями, интегрируя которые
можно определить распределение давления и скоростей фильтрации по
пласту в любой момент времени.
Начальное условие заключается в задании искомой функции во всей
области в некоторый момент времени, принимаемый за начальный. Например, если искомой функцией является пластовое давление, то начальное условие может иметь вид: