Виды передвижения воды в породах

Передвижение воды в горных породах зависит в основном от их водных свойств и степени насыщенности водой. Передвижение подземных вод можно подразделить на два вида: гравитационное и негравитационное. Первый вид движения имеет место в порах рыхлых раздельнозернистых или в трещинах трещиноватых горных пород при наличии разности напоров и обусловлен действием силы тяжести; второй вид движения характерен для физически связанной и капиллярной влаги, он присущ мелкодисперсным (глинистым) породам и обусловлен действием различных факторов.

Не гравитационное движение воды возникает при наличии разности в упругости водяного пара, разности в толщине пленок физически связанной воды, разности в диаметре пор, разности температур, различий в минеральном составе пород (различная гидрофильность минералов), разности концентрации порового раствора и других факторов. Передвижение водяного пара происходит вместе с воздухом от мест с большей температурой и давлением к местам с меньшим давлением и более низкой температурой или самостоятельно при наличии разности упругости водяного пара в сторону меньшей упругости и температуры. При достижении точки росы воздуха водяной пар конденсируется и переходит и жидкое состояние.

Гигроскопическая вода передвигается от более влажных пород I.- менее влажным, переходя в парообразное состояние.

Пленочная вода, удерживаемая на поверхности частиц силами молекулярного притяжения, передвигается от мест с более толстой пленкой до уравновешивания сил молекулярного притяжения. Количество физически связанной влаги в породах при прочих равных условиях зависит от гранулометрического и минерального состава пород. Глинистые породы способны отбирать влагу с находящихся рядом более крупнозернистых и иного минерального состава пород независимо от их залегания.

Глинистые породы в южных районах содержат обычно легкорастворимые соли, концентрация которых в разных местах различна. Это обусловливает передвижение воды к местам с более высокой концентрацией солей. Передвижение влаги будет происходить и в случае, если концентрация порового раствора в разных местах будет различной; ток воды будет направлен в сторону раствора более высокой концентрации.

Негравитационное движение физически связанной воды получило наименование миграции влаги и играет большую роль в распределении естественной влажности рыхлых пород в зоне аэрации. Скорость миграции обычно мала.

Капиллярная вода передвигается в зоне капиллярного поднятия,, расположенной на границе насыщенных и ненасыщенных пород, под влиянием сил поверхностного натяжения. Верхняя граница зоны капиллярного поднятия подвержена вертикальным колебаниям и зависит от изменения уровня грунтовых вод.

Гравитационное передвижение воды. Свободно просачивающейся, или инфильтрующейся, водой называют часть атмосферных осадков, просачивающихся вниз небольшими порциями, отдельными разрозненными струями или каплями в зоне аэрации под действием силы тяжести. Этот вид движения воды называется гравитационным. Передвижение подземных вод ниже их зеркала, в зоне полного насыщения, носит название фильтрации. В гидрогеологии изучается главным образом этот вид передвижения подземных вод.

Раздел гидрогеологии, изучающий закономерности движения подземных вод под влиянием естественных или искусственных факторов в зоне полного насыщения пород водой, называется динамикой подземных вод. Начало изучению законов движения подземных вод было положено работами французского гидравлика А. Дарси в 1856 г., который установил основной линейный закон фильтрации в пористой среде, названный его именем, и ввел понятие о коэффициенте фильтрации.

Различают установившееся и неустановившееся движения подземных вод. При установившемся движении параметры потока — мощность, напорный градиент и расход — в любом сечении не изменяются во времени. Для неустановившегося движения характерно изменение указанных параметров потока во времени. Различают также равномерное движение, при котором скорость его во всех сечениях одинакова, и неравномерное, характеризующееся изменением скорости по пути потока. Движение подземных вод всегда является неустановившимся. Однако, когда условия питания и разгрузки подземных вод мало изменяются во времени, движение их рассматривается как установившееся, что значительно упрощает гидрогеологические расчеты.