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 waŜnym 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
moŜliwy 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 moŜna 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)