Hydrologia, rok III, wykład 7

1/6

Przepływ wody w gruncie

• Badanie dynamiki wód gruntowych jest domeną osobnej dyscypliny

– hydrogeologii

• Woda opadowa wnikająca do gruntu jest ważnym elementem cyklu

hydrologicznego

• Przepływ wody w gruncie ma istotny wpływ na hydrologię wód

powierzchniowych

Hydrologia, rok III, wykład 7

2/6

Podstawowe procesy związane z ruchem wody w gruncie

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. .

. .

.

. . .

.

.

.

.

.

.

.

.

..

.

.

.

.

..

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

..

.

.

.

. .

. . ..

.

.

.

.

. .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. .

.

.

.

.

. .

.

. . .

zwierciadło
wody
gruntowej

pow.
gruntu

infiltracja

spływ
powierzchniowy

spływ
podpowierzchniowy

odpływ
podziemny

opad

rzeka

•

infiltracja, czyli wnikanie
wody opadowej przez
powierzchnię gruntu
zwiększające wilgoć
gruntową

•

przepływ w strefie
nienasyconej, czyli tzw.
przepływ
podpowierzchniowy

•

przepływ w strefie
nasyconej, czyli tzw.
przepływ podziemny

Hydrologia, rok III, wykład 7

3/6

•

Ośrodek porowaty – grunty
oraz spękane skały, przez które
możliwy jest przepływ wody

•

Filtracja – przepływ wody w
ośrodku porowatym

•

Strefa nasycona – pory gruntu
całkowicie wypełnione wodą

•

Strefa nienasycona –pory
gruntu częściowo wypełnione
powietrzem

•

Zwierciadło wody gruntowej
– powierzchnia wody w ośrodku
nasyconym, na której ciśnienie
równe jest ciśnieniu
atmosferycznemu

Podstawowe pojęcia

ewapotranspiracja

wznios kapilarny

warstwa nieprzepuszczalna

h

p = p

a

a

p=p + h

γ

.

Hydrologia, rok III, wykład 7

4/6

•

porowatość gruntu

•

zawartość wody w gruncie

cz

ą

stki gruntu

powietrze

powierzchnia
kontrolna

woda

powierzchnia
gruntu

woda glebowa

woda błonkowa

woda kapilarna

woda gruntowa

warstwa
nieprzepuszczalna

s

tr

e

fa

n

a

s

y

c

o

n

a

(s

a

tu

ra

c

ji)

s

tr

e

fa

n

ie

n

a

s

y

c

o

n

a

(a

e

ra

c

ji)

objętość porów

n =

objętość całkowita

objętość wody

θ

=

objętość całkowita

θ

= n

⋅

s

0

≤

s

≤

1

Hydrologia, rok III, wykład 7

5/6

Równanie ciągłości

Uwaga: przepływ odbywa się tylko w kierunku pionowym

Po podstawieniu do równania bilansu masy

Jest to równanie ciągłości jednowymiarowego (1D) nie-ustalonego

przepływu w strefie nienasyconej ośrodka porowatego

z

y

x

dz

dx

dy

Σ

0

=

Σ

⋅

⋅

⋅

+

⋅

∫∫

∫∫∫

Σ

d

n

U

dV

dt

d

V

r

r

ρ

ρ

t

dz

dy

dx

dz

dy

dx

dt

d

dV

dt

d

V

∂

∂

⋅

⋅

⋅

⋅

=

⋅

⋅

⋅

⋅

=

⋅

∫∫∫

θ

ρ

θ

ρ

ρ

)

(

z

w

dz

dy

dx

dy

dx

w

dy

dx

z

w

w

d

n

U

∂

∂

⋅

⋅

⋅

⋅

=

=

⋅

⋅

⋅

−

⋅













∂

∂

+

=

Σ

⋅

⋅

∫∫

Σ

ρ

ρ

ρ

ρ

r

r

0

=

∂

∂

+

∂

∂

z

w

t

θ

0

,

0

,

0

≠

=

=

w

v

u

Hydrologia, rok III, wykład 7

6/6

Równanie dynamiczne

• Zgodnie z prawem Darcy można napisać:

• Równanie Darcy’ego, wyprowadzone dla przepływu w strefie

nasyconej, reprezentuje równowagę dwóch sił:

– tarcia

– grawitacji

• W przypadku przepływu w strefie nienasyconej potencjał

hydrauliczny jest sumą:

– potencjału ssącego gruntu

ψ

– potencjału grawitacyjnego z

h =

ψ

+ z

z

h

K

w

∂

∂

⋅

−

=

K

– współczynnik przepuszczalno

ś

ci

(przewodno

ś

ci hydraulicznej, filtracji),

h

– ci

ś

nienie piezometryczne (potencjał hydrauliczny)