Hidraulika podzemnih voda

Post on 29-Jan-2017

312 views 6 download

Transcript of Hidraulika podzemnih voda

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 1

Hidraulika podzemnih vodaHidraulika podzemnih voda Strujanje vode u tlu se ovisno o sredini kroz koju voda protječe može podijeliti na: - strujanje u poroznim sredinama (stijene međuzrnske poroznosti - pijesak, šljunak) - strujanje u stijenama sa pukotinskom poroznošću (krš)

1) Zahvatanje podzemne vode za potrebe vodoopskrbe (zdenci), umjetna infiltracija

PRIMJENA:

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 2

2) Snižavanje razine podzemne vode za potrebe izgradnje građevinskih objekata- brane, stambeni objekti, crpne stanice

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 3

3) Procjeđivanje kroz nasipe, ispod brana odnosno iz kanala

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 4

4) Modeliranje pronosa zagađivala tokom podzemne vode.

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 5

MJERILOMODELA

Makroskopskomjerilo(shema kontinuuma)

Mikroskopskomjerilo

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 6

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 7

Osnovne jednadžbe strujanja Osnovne jednadžbe strujanja vode u poroznoj sredini vode u poroznoj sredini

gvh

gv

gpzB

22

22

Podzemne vode struje pri vrlo malim brzinama koje su reda veličine 10 -4 m/s a često puta i znatno manje.

Obzirom na vrlo male brzine koje se javljaju u strujanju kroz poroznu sredinu, strujanje je u pravilu laminarno.

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 8

Za potrebe proračuna brzina tokova podzemnih voda se u shemi kontinuuma uvodi pojam Darcy-eva brzina

AQv

pri čemu je :Q protok (L3/T)A proticajna površina (L2)

Stvarna brzina strujanja vode kroz porozni medij se dobiva dijeljenjem Darcyeve brzine za poroznošću

nvvS

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 9

Brzina strujanja vode u poroznom mediju je određena Darcy-evim zakonom koji glasi:

dldhkIkv

ppri čemu je:v Darcy-eva brzina (m/s)(L/T)I pad piezometarske linije (1) (1)h razina podzemne vode (m) (L)k koeficijent filtracije (m/s) (L/T)

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 10

* Prikazani podaci se odnose na geomehaničku poroznost

Orijentacione vrijednosti fizikalnih parametara za šljunak, pijesak i glinu

Koeficijent uskladištenja je reda veličine 10-4 do 10-5

Koeficijent efektivne poroznosti za računanje brzina kretanja čestice nošene podzemnom vodom nef= 0.05-0.10

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 11

Srednji porozitet nekih tipova stijena

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 12

Granica važenja Darcy-evog Granica važenja Darcy-evog zakona filtracijezakona filtracije

Forchheimer-ova jednadžba 2vvlh

Reynoldsov broj se definira prekoDarcyeve (fiktivne brzine) ireprezentativnog promjera zrna

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 13

•KOEFICIJENT FILTRACIJEKOEFICIJENT FILTRACIJE(vodopropusnosti)(vodopropusnosti)

pgk

p - propusnost porozne sredine koji ovisi o obliku, rasporedu i promjeru zrna ρ - gustoća fluida koji protječe μ - dinamički koeficijent viskoznosti fluida koji protječe kroz poroznu sredinu 

2*dCp

Metode određivanja koeficijenta filtracije: - granulometrijske krivulje- laboratorijski (edometar)- probno crpljenje

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 14

Saturiranost tlaSaturiranost tla

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 15

Saturiranost tla

p

V

VVS

Viseći prsten

Kontinuirana tekuća faza

Dvodimenzionalni prikaztrodimenzionalnog područja- obje faze mogu biti kontinuirane

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 16

rn kkk

21

11

m

mr SSk

Relativni koeficijent filtracijeRelativni koeficijent filtracije

SIMBOLIČNI DIAGRAM

RE

LA

TIV

NI

KO

EFI

CIJ

EN

T F

ILT

RA

CIJ

E k

r

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 17

AnizotropijaAnizotropija

Mogu se razlikovati dvije vrste anizotropije:     - anizotropija jednog sloja → posljedica taloženja čestica (taloženje krute faze)    - anizotropija čitavog vodonosnika uslijed uslojene strukture, gdje se izmjenjuju slojevi vrlo različite vodopropusnosti

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 18

IZOTROPNO TLO

ANIZOTROPNO TLO

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 19

Homogenost i izotropnostHomogenost i izotropnost

Homogena i izotropnasredina

Homogena i anizotropnasredina

Nehomogena i izotropnasredina

Nehomogena i anizotropnasredina

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 20

h 2

H = h 1 - h 2, razlika potencija la

proizvo ljno odabranareferentna ravn ina

h pA

h gA

h 1

h = h gA + h pA

nepropusna barije ra

piez

omet

ar

tlačn

i pot

enci

jal

geod

etsk

ipo

tenc

ijal

kada posto ji razlikapotencija la - nastaje tečenje

stru jn ica

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 21

100% 0%

H

pie

zo

me

tar

ekvipotencija la

stru jn ica

q

po lje "A "

H

H

dva pada potencija la (od 100% do 90,9% i od 90,9% do 81,8% )ukupan bro j padova je 11 tj. nH = 11

pad potenc ija la izm eđu dvije

ekvipotencija le je DH = H1 1

nepropusna gran ica

a

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 22

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 23

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 24

Primjer zavjese na koju djeluju Primjer zavjese na koju djeluju tlakovi tekućina različitih gustoćatlakovi tekućina različitih gustoća

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 25

primjer gdje je zagađivalo primjer gdje je zagađivalo topivo u vodi (dolazi samo topivo u vodi (dolazi samo do neznatnog povećanja do neznatnog povećanja gustoće otopine koju sada gustoće otopine koju sada tvori voda i zagađivalo).tvori voda i zagađivalo).

primjer smjera primjer smjera napredovanja zagađivala u napredovanja zagađivala u slučaju kada je zagađivalo slučaju kada je zagađivalo netopivo u vodi i znatno netopivo u vodi i znatno veće gustoće od vodeveće gustoće od vode

SMETLIŠTE

SMETLIŠTE

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 26

H

jezero

hom ogeni nasip

slobodno vodno lice

nepropusna gran ica

filtar

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 27

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 28

Nestacionarna filtracija kroz Nestacionarna filtracija kroz anizotropni nehomogeni nasipanizotropni nehomogeni nasip

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 29

Jednadžba trodimenzionalnog Jednadžba trodimenzionalnog nestacionarnog tokanestacionarnog toka

Kontrolni volumen

pri čemu je: qx(x,y,z), qy(x,y,z), qz(x,y,z) specifični protoci u x,y,z smjeru koji označavaju prolaz mase vode po jedinici širine i jedinici vremena;

P(x,y,z) je točka koja se nalazi u središtu kontrolnog volumena ΔV; Δx, Δy, Δz bridovi kontrolnog volumena

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 30

 Razlika mase vode (mx) koja ulazi i izlazi iz kontrolnog volumena u smjeru osi x za vrijeme Δt, dana je izrazom:

tzyzyxxqzyxxqm xxx

,,

2,,

2

pri čemu je: ρ gustoća fluida qx specifični protok u smjeru osi x

Razvojem funkcije qx(x,y,z) u Taylorov red u okolini točke P(x,y,z) i zanemarivanjem članova s višom potencijom od x dobiva se izraz:

tzyxx

qm x

x

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 31

Analogno se dobiju izrazi za promjenu mase u y i z smjeru

tzyxy

qm y

y

tzyxz

qm z

z

pri čemu su qy i qz specifični protoci u y i z smjeru

Ukupna promjena mase u kontrolnom volumenu jednaka je sumi promjena mase u x,y i z smjeru.

zyx mmmM

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 32

Masa vode sadržana u kontrolnom volumenu Δx*Δy*Δz poroznog medija dana je kao:

zyxnM

pri čemu je sa n označena poroznost vodonosnog sloja, pa se promjena mase unutar kontrolnog volumena može izraziti kao

)( zyxnt

Mt

tzyxzq

yq

xq

M zyx

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 33

zyxnt

zyxzq

yq

xq zyx

Desna strana gornje jednadžbe se za saturirani tok može pisati

zyxthS s

pri čemu je Ss specifični koeficijent uskladištenja

thS

zq

yq

xq

szyx

ili pisano u drugoj notaciji:(to je zapravo jednadžba kontinuiteta) t

hSqdiv s

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 34

Specifični protok se na osnovu Darcyevog zakona može izraziti kao

hgradkq hk

Za anizotropnu sredinu u skalarnom obliku vrijedi:

zhkq

yhkq

xhkq

zz

yy

xx

pri čemu su sa kx,ky,kz označeni koeficijenti filtracije u odgovarajućim smjerovima

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 35

thS

zhk

zyhk

yxhk

x szyx

pri čemu je Ss koeficijent specifičnog uskladištenja (na jedinicu debljine). 

U slučaju da je sloj izotropan (kx=ky=kz=k) jednadžba poprima oblik:

th

TS

zh

yh

xh

2

2

2

2

2

2

ili u drugoj notaciji zapisano:

pri čemu je Laplaceov operator u Cartezijevim koordinatama.

U slučaju da je strujanje stacionarno jednadžba poprima oblik:

02 h

th

TSh

2

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2009/2010 36

Bezvrtložno strujanjeBezvrtložno strujanje

Bezvrtložno strujanje

Gjetvaj - Hidraulika 36Podzemne vode 2012/13

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2009/2010 37

Za potencijalno strujanje nestišljive tekućine vrijedi jednadžba kontinuiteta:

0vdiv

kako se brzina može izraziti kao gradient potencijala:

xvx

yv y

zvz

jednadžba potencijalnog strujanja poprima oblik:

02

2

2

2

2

2

zyx

odnosno:

02 Gjetvaj - Hidraulika 37Podzemne vode 2012/13

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 38

Matematički modelMatematički model

Pod pojmom matematički model se podrazumijeva jednadžba toka te početni i rubni uvjeti izraženi matematičkim simbolima. 

Početni uvjeti predstavljaju raspored potencijala, odnosno razina podzemne vode u početno vrijeme. U matematičkoj notaciji ovaj uvjet je izražen kao : 

h = f(x,y,z) za t= 0  Rubni uvjeti opisuju značajke granice pod čijim utjecajem se odvija tok u horizontu. Poznajemo tri tipa rubnih uvjeta:

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 39

a) poznat raspored potencijala ili razina podzemne vode na granici (Dirichletov uvjet) koji se simbolički može izrazit: 

h = f(x,y,z,t) 

pri čemu je sa f označena poznata funkcija u svim točkama granice (npr. vodotok)  b)         poznata količina protoka na granici (Neumanov uvjet)

 

  pri čemu je ∂h/∂n promjena potencijala okomito na granicu (npr. infiltracija iz druge geološke

sredine kroz rub modela)

tzyxfnh ,,,

c) Cauchyjev uvjet uključuje poznavanje rasporeda potencijala i njegove derivacije (primjer za Cauchyev rubni uvjet je izvor).

Rješenja jednadžbe toka mogu bitia) analitička ili egzaktna b) numerička ili približna.

Rubni uvjeti

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 40

Regionalni modeli toka Regionalni modeli toka podzemnih vodapodzemnih voda

Jednadžba koja opisuje tok podzemne vode se zasniva na dva osnovna zakona- jednadžba kontinuiteta- Darcyev zakon

thS

zhk

zyhk

yxhk

x szyx

Za nepravilnu geometriju prostora kao i za dane početne i rubne uvijete ovu jednadžbu nije moguće u općem slučaju direktno riješiti već se pristupa (u matematičkom smislu) približnim rješenjima. Od približnih metoda koristi se:

a) metoda konačnih diferencija (MKD)b) metoda konačnih elemenata (MKE)c) metoda rubnih elemenata (MRE)

Strujanje u vodonosnicima čije je horizontalna dimenzija znatno veća od vertikalne te se možeprimjeniti Dupuitova hipoteza.

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 41

Diskretizacija prostoraDiskretizacija prostora

Metoda konačnih diferencija (MKD) Metoda konačnih elemenata (MKE)

Metoda rubnih elemenata

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 42

Metoda konačnih diferencijaMetoda konačnih diferencija

Diskretizacija prostora za metodu konačnih diferencija

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 43

Jednadžbe u čvoru se mogu dobiti na osnovu dva pristupa: a) zamjenom (mehaničkom) parcijalnih derivacija konačnim diferencijama b) iznalaženje jednadžbi u čvorovima primjenom jed. kontinuiteta i Darcy-eve.

Način označavanja čelija

Ćelija i pripadajući protoci

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 44

yxSthtthQQQQQt ooo 4321

Korištenjem Darcy-evog zakona mogu se izraziti protoci iz pojedinih smjerova:

ythth

xTQ o

)'()'(1

101

xthth

yTQ o

)'()'(2

202

ythth

xTQ o

)'()'(3

303

xthth

yTQ o

)'()'(4

404

pri čemu su :Q1,Q2,Q3,Q4 srednji (prosječni) protoci u odabranom

vremenskom intervalu t vrijeme unutar intervala (t,t+∆t)

T10,T20,T30,T40 prosječna vrijednost transmisivnosti među čvorovima

 

t'

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 45

thttht

Soo

o2

110

)'()'(y

ththT o

22

20)'()'(

xthth

T o

23

30)'()'(

ythth

T o

o

o qx

ththT

24

40)'()'(

pri čemu je: q0 vanjski dotok neovisan o piezometarskoj razini u čvoru. On može opisivat crpljenje, evaporaciju, infiltraciju uslijed oborina ili zdenaca.

ji

ji

ji

ji

ji

hh

hh

hh

hh

hh

,14

1,3

,12

1,1

,0

U skladu s usvojenim pristupom mogu se uvrstiti oznake:

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 46

Transmisivnosti oko čvora (i,j) se mogu izraziti kao: 

ji

ji

ji

ji

TIT

TJT

TIT

TJT

,140

,30

,20

1,10

Konačno se može zamijeniti i

ji

ji

qq

SS

,0

,0

Nakon zamjene članova za sve čvorove (i,j) dobiva se N jednadžbi za N nepoznatih piezometarskih visina hij(t+∆t):

thttht

Sjiji

ij,, 2

,1,1, ))()((y

ththTJ jijiji

2,,1, ))()((

xththTI jijiji

2,1,, ))()((

yththTJ jijiji

jijijiji q

xththTI

,2,,1,1 ))()((

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 47

Rubni uvjetiRubni uvjeti  a)   nepropusna granica

Postavit će se rubne čvorove tako da se položaj jednog ili više čvorova podudara sa položajem nepropusne granice.

Rubni čvorovi

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 48

b) zadana razina podzemne vode Čvorovi u kojima je zadana vrijednost potencijala (razina podzemne vode) su jednostavni za uvrštavanje u sustav jednadžbi. Oni imaju unaprijed riješenu jednadžbu koja je u obliku:

)(tfh 0t

Nivogram

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 49

Čvorovi u kojima je konstantan potencijal se za potrebe numeričkog pristupa mogu tretirati kao čvorovi sa vrlo velikom poroznošću npr. S = 1030 i tada se tretiraju kao obični čvorovi. Čvor koji može prihvatiti toliku količinu vode neće bitno mijenjati razinu vode obzirom da dotoci i istjecanje ne mogu bitno promijeniti količinu vode u ćeliji.

Primjer strujanja za kojeg ne vrijedi Dupouitova hipoteza

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 50

 Dodavanje infiltracije od oborina

Stacionarno strujanjeStacionarno strujanje

Izostavit član 0,,

thttht

Sjiji

ij

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 51

Eksplicitan pristup

2,,1,

2,1,1,

,,,

))()(())()((()()(

xththTI

yththTJ

Stthtth jijijijijiji

jijiji

)))()(())()((

,2,,1,1

2,1,,

jijijijijijiji q

xththTI

yththTJ

21

22

yt

xt

ST

(Aproksimiramo integral na osnovu poznatog stanja na početku vremenskog intervala)

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 52

Implicitni pristup

2

1,1,2

,1,1 y

TJtth

xTI

tth jiji

jiji

tS

yTJ

yTJ

xTI

xTI

tth jijijijijiji

,2,

21,

2,

2,1

,

tth

Sqy

TJtth

xTI

tth jijiji

jiji

jiji

)(,,,2

1,1,2

,,1

pri čemu su i=1,...NX i j=1,..,NY

(Aproksimiramo integral na osnovu poznatog stanja na kraju vremenskog intervala)

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 53

)()()1()'( ,,, tththth jijiji

Mješovit pristup

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 54

iNXjkji 1,

S Sada se sustav jednadžbi može pisati u obliku:

P pri čemu je:A matrica u kojoj su članovi uz nepoznate (tražene) vrijednostiX vektor nepoznatih vrijednosti potencijala u vremenu (t+Δt)b vektor slobodnih članova

 

bAX

Matrica A je veličine N*N pri čemu je N=NX*NY ukupan broj čvorova. Većina članova u ovoj matrici je jednaka nuli jer u formiranju jednadžbe za jedan čvor sudjeluju samo četiri susjedna čvora, tj. za čvor k je najviše pet koeficijenata različito od nule.

21,

, yTJ

a jiNXkk

2,1

1, xTI

a jikk

Direktno rješavanje sustava jednadžbi

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 55

tS

yTJ

yTJ

xTI

xTI

a jijijijijikk

,2,

21,

2,

2,1

,

2,

1, xTI

a jikk

21,

, yTJ

a jiNXkk

Čvor za kojeg se pišu jednadžbei njemu susjedni čvorovi

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 56

Vrpčasta matrica

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 57

Tečenje sa slobodnim vodnim licemTečenje sa slobodnim vodnim licem

Tečenje sa slobodnim vodnim licem – otvoreni vodonosnik

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 58

jijijiji bhkT ,,,,

thtth jis

ji ,,

tthtth jis

ji ,,

tthtth sjijiji ,,,max

Prilikom modeliranja tečenja sa slobodnim vodnim licem treba također voditi računa da se vodno lice h ne može spustiti ispod razina podine vodonosnog sloja b. U slučaju da razina u čvoru padne ispod razine podine obično se usvaja da je u čvoru transmisibilnost jednaka nuli. Ovakav pristup može izazvati dva problema; a) u trenucima kad nivo vode počinje ponovo rast i dignut se iznad kote podine to u čvoru

nije moguće jer nema transmisibilnosti i b) voda koja dotiče uslijed infitracije se ne može infiltrirati.

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 59

Vodonosnici sa procjeđivanjemVodonosnici sa procjeđivanjem

jijijiji hHBq ,,,,,1

ppri čemu je: ql,ij protok među slojevimaBij faktor procjeđivanjaHij tlak u gornjem (susjednom) slojuhij tlak u promatranom vodonosnom sloju

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 60

Sniženje u čvoru u kojemu je zdenac

Izračunato sniženje u zdencu zbog usvojene linearne raspodjele između čvorova nije adekvatno sniženju koje će se javiti u stvarnosti. Iz tog razloga u regionalnim modelima treba sniženje u zdencima posebno tretirati.

Sniženje u čvoru u kojem je zdenac

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 61

Metoda konačnih elemenataMetoda konačnih elemenata

Diskretizacione sheme za metodu konačnih diferencija i za metodu konačnih elemenata

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 62

Konačni element

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 63

Primjena modela tokaPrimjena modela toka

Nivogram kod iterativnog pristupa rješavanju inverznog problema

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 64

ZDENCIZDENCI

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 65

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 66

ZdenciZdenciDef: Zdenac je hidrotehnička građevina koja služi za zahvaćanje podzemne vode

Zdenci mogu po konstrukciji biti:

a) KOPANI- tradicionalan način izgradnje- znatno skuplji(- veća izdašnost (veći radijus))- trajniji

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 67

b) BUŠENI (profil je obično 400-1000 mm) - jeftiniji ali manje trajni- pogodni za duboke vodonosne slojeve- mogu primit veliko sniženje

File: Zdenac.jpg

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 68

Sloj pod tlakom (zatvoreni vodonosni sloj)

Nepropusni sloj npr. glina

Propusni sloj npr. šljunak

Nepropusni sloj npr. glina

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 69

Arteški slojArteški sloj

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 70

Poluzatvoreni vodonosni sloj

Slabopropusni slojnpr. glina s prahom

Propusni sloj npr. šljunak

Nepropusni sloj npr. glina

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 71

Poluotvoreni vodonosni sloj

Spabopropusni sloj npr. zaglinjeni pijesci

Propusni sloj npr. šljunak

Nepropusni sloj npr. glina

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 72

Otvoreni vodonosni sloj (tečenje sa slobodnim vodnim licem)

Propusni sloj npr. šljunak

Nepropusni sloj npr. glina

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 73

Analitički izrazi za sniženje u zdencuAnalitički izrazi za sniženje u zdencu

Potpun zdenac u strujanju sa slobodnim vodnim licem 

Depresioni lijevak za potpuni zdenac u strujanju sa slobodnim vodnim licem

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 74

qrQ 2

drdhhkrQ 2

dhhkr

drQ 2

dhhkr

drQo

oo

H

h

R

r 2

  Napomena: Integracija se može provesti između bilo koja dva radiusa (r1 i r2) i pripadajućih razina podzemne vode (h1 i h2).

o

oo

rRhHkQ

ln

22

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 75

 

Potpun zdenac u strujanju pod tlakom

 Nepotpuni zdenac svojim filtarskim dijelom ne dopire do dna vodonosnog sloja. U okolini zdenca radiusa r≈1.5 M ne vrijedi Dupuitova hipoteza

0

00

ln2

rR

hHkMQ

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 76

Vrelna plohaVrelna ploha

ooo

o hhrkQ

kQh

25.0log73.0

Dupuitova teorija daje ipak stvarni dotok u zdenac za određeno h0 i H0 dok se razine podzemne vode uz zdenac bitno razlikuju

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 77

Radijus utjecaja zdencaRadijus utjecaja zdenca

Greške u procjeni vrijednosti radijusa utjecaja nemaju veliki značaj jer u jednadžbi zdenca vrijednost R ulazi u logaritamskoj funkciji koja za velike brojeve nema znatne razlike u vrijednosti logaritma. 

U praksi se usvaja da je vrijednost radijusa utjecaja za pojedine materijale slijedeći:

Vrsta materijala: R [m]

Fini pijesakFini pijesak 25-10025-100

Srednji do grubi pijesakSrednji do grubi pijesak 100-500100-500

Fini do srednji šljunakFini do srednji šljunak 400-1500400-1500

Krupni šljunakKrupni šljunak 1500-30001500-3000

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 78

Grupe zdenacaGrupe zdenaca Zdenci pod tlakom

1

212 ln

2 rr

MkQhh

Sniženje vodostaja u nekoj točki u okolini zdenca uslijed usporednog crpljenja iz više zdenaca bit će jednako zbroju sniženja uslijed crpljenja svakog pojedinačnog zdenca.  

 

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 79

21 SSS x

2

2

1

1 ln2

ln2 r

RMk

QrR

MkQ

S x

odnosno općenito:

i

n

i

in

iix r

RMk

QSS

11

ln2

n

i ix r

RMk

QS

1

ln2

U slučaju da su izdašnosti zdenaca identične tj. da vrijedi Q1=Q2=..Qn

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 80

Zdenci sa slobodnim vodnim licem

rRhH

kQ o

ln

22

rR

kQhHo ln22

rR

kQ

Hh o ln2

Sniženje između dviju točaka je definirano izrazom:

1

2

2

212 lnln

rR

kQH

rR

kQHhh oo

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 81

Jednadžba sniženja uz zdenac sa slobodnim vodnim licem glasi:

rR

hHkQ o

ln

22

može se pisati kao:

rRQhkHk o ln22

odnosno:

rRQkhHk o ln

222

22

rRQ

o ln2

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 82

21 x

2

21 ln2

ln2 r

RQrRQ

x

odnosno za slučaj djelovanja n zdenaca vrijedi:

i

n

i

n

iix r

RQ

1

1

1

ln2

Kako je pad potencijala Girinskog definiran izrazom:

22

22 khkH oxox

pri čemu je h nivo vode u čvoru x, slijedi:

kHh x

o

22

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 83

Zdenac uz vodotokZdenac uz vodotok

21

ln2

ln2 r

RMk

QrR

MkQ

S ix

21

lnln2 r

RrR

MkQSx

1

2ln2 r

rMk

QSx

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 84

Zdenac uz nepropusnu granicuZdenac uz nepropusnu granicu

21

ln2

ln2 r

RMk

QrR

MkQS x

21

lnln2 r

RrR

MkQSx

21

2

ln2 rr

RMk

QSx

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 85

Nestacionarno strujanje prema zdencuNestacionarno strujanje prema zdencu

ts

TS

rs

rrs

1

2

2

pri čemu je:s sniženje u točci (s=h0 - h)S koeficijent uskladištenja

 

početni i rubni uvjeti su:

02

lim

00),(000,

t

TQ

rsr

trtrsrrs

t

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 86

u

u

duu

eT

Qs4

pri čemu je :

tTSru

4

2

n

n

n

u

u

nnu

udu

ueuW

1

1

!15615.0ln

BUNARSKA FUNKCIJA

Rješenje vladajuće jednadžbe uz zadane početne i rubne uvjete glasi

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 87

Bunarska funkcija

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 88

Određivanje osnovnih hidrogeoloških Određivanje osnovnih hidrogeoloških parametara pomoću rezultataparametara pomoću rezultata probnog probnog

crpljenjacrpljenja

1. Stacionartni tok - Thiem-ova jednadžba

1

2

12

ln2

rrhh

MkQ

1

2

12

log2

3.2rr

hhQT

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 89

2. Nestacionarni režim

577216.01ln

4ln577216.0

4 111 uT

QuT

Qs

a u drugom piezometru

577216.01ln

4ln577216.0

4 222 uT

QuT

Qs

razlika sniženja između dva piezometra ( točke 1 i 2) se može izraziti

577216.01ln

4577216.01ln

4 2121 uT

QuT

Qsss

1

2ln4 u

uT

Qs

ili nakon sređivanja:

u

u

duu

eT

Qs4

n

n

n

u

u

nnu

udu

ueuW

1

1

!15615.0ln

za u < 0.01 se ovičlanovi moguzanemariti

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 90

kako je :

TtSr

u4

21

1 TtSr

u4

22

2

i vrijedi

rr1ln21ln 2

sniženje se može izraziti :

1

2ln2 r

rT

Qs

2

112 ln

4 tt

TQss

Analogno za istu udaljenost a za različita vremena se može pisati:

1

2ln4 u

uT

Qs

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 91

Transformacijom prijašnjih jednadžbi te korištenjem dekadskih logaritama proizlazi

1

2log366.0rr

TQs

2

1log183.0tt

TQs

za jedan logaritamski ciklus:

1log1

2 rr

sQT

366.0

∆s razlika sniženja za jedan logaritamski ciklus.

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 92

Dijagram za određivanje transmisivnosti

sQT

366.0

Odnos sniženja i udaljenosti (radijusa)

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 93

078.1ln1ln4

uTQ

odnosno

025.2ln4 2

SrTt

TQ

Gornji izraz vrijedi za r=R ako je:

125.22 SRTt

2

25.2R

TtS

Koeficijent uskladištenja

Dobije se ako se produlji linija sniženja do s = 0

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 94

Odnos sniženja i vremena

za jedan logaritamski ciklus

1log2

1 tt

sQT

183.0

2

25.2R

TtS o

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 95

Skupina piezometara uz zdenac pod tlakom

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 96

Nestacionarni tok – metoda povratkaNestacionarni tok – metoda povratka

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 97

sQT

4

3,2

Odnos zaostalog sniženja i ralativnog vremana povratka

t vrijeme proteklo od početka crpljenja

t΄ vrijeme proteklood prestanka crpljenja

Δs΄ zaostalo sniženje

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 98

Numerički modeli Numerički modeli

Analitička rješenja su izvedena najčešće pod pretpostavkom da je vodonosni sloj- homogen- izotropan- konstantne debljine- beskonačan - da je početna razina horizontalan- da je razina na rubu područja konstantna- da je crpljenje konstantno - da zdenac u potpunosti zahvaća vodonosni sloj....

Postoje neka približna rješenja za nepotpune zdence, za nestacionarno strujanje prema zdencu, za crpljenje sa promjenjivom količinom,..

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 99

Numerički model probnog crpljenja na Numerički model probnog crpljenja na zdencu u Bartolovcuzdencu u Bartolovcu

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 100

Gjetvaj - Hidraulika Podzemne vode 2012/13 101