Współczynnik filtracji – Wikipedia, wolna encyklopedia
Współczynnik filtracji (k) – wielkość charakteryzująca zdolność przesączania wody będącej w ruchu laminarnym przez skały porowate i jest miarą przepuszczalności hydraulicznej skał (gruntów). Przesączanie odbywa się siecią kanalików utworzonych z porów gruntowych. Grunt stawia opór przesączającej się wodzie, opór ten i współczynnik filtracji zależy od właściwości gruntu:
- rodzaju ośrodka gruntowego,
- porowatości,
- uziarnienia,
- struktury gruntu,
- właściwości filtrującej cieczy – lepkości.
Współczynnik filtracji jest miarą przepuszczalności wyłącznie dla wody i nie powinno się go stosować w przypadku innych płynów, do których odnosi się współcześnie stosowana wersja formuły Darcy’ego.
Wyznaczanie współczynnika filtracji
[edytuj | edytuj kod]Metoda wzorów empirycznych
[edytuj | edytuj kod]Należy uznać skład granulometryczny, posiadać wykres uziarnienia i wartość porowatości gruntu. Uzyskuje się tą metodą wartości orientacyjne.
Metody laboratoryjne
[edytuj | edytuj kod]Przy użyciu aparatów filtracyjnych różnej konstrukcji – ze stałym i ze zmiennym spadkiem hydraulicznym. Aparaty ze stałym spadkiem stosuje się do gruntów dobrze przepuszczalnych a ze zmiennym do słabo przepuszczalnych. Badania przeprowadza się na próbkach o strukturze nienaruszonej lub naruszonej. Wyniki badań otrzymane na próbkach o strukturze nienaruszonej są zbliżone do wyników badań polowych w warunkach naturalnych. Podczas pomiarów współczynnika filtracji należy określić temperaturę przesączającej się wody. Ze wzrostem temp cieczy zmniejsza się lepkość i zwiększa prędkość przepływu:
gdzie:
- – współczynnik filtracji uzyskany dla wody o temperturze T [°C],
- – zredukowany współczynnik filtracji w odniesieniu do temperaturze wody 10 °C.
Pomiar ze stałym spadkiem hydraulicznym
[edytuj | edytuj kod]Badanie polega na przepuszczeniu wody przez próbkę o znanych wymiarach geometrycznych i na pomiarze wydatku oraz spadku hydraulicznego. Współczynnik filtracji wyznacza się ze wzoru Darcy’ego:
gdzie:
- – wydatek,
- – objętość [m³],
- – czas [s],
- – prędkość filtracji [m/s],
- – powierzchnia przekroju,
- – spadek hydrauliczny,
- – różnica poziomów [m],
- – długość pozornej drogi filtracji liczona w linii prostej od jej początku do końca, niezależnie od krętości kanałów porowych [m].
W aparacie do pomiaru możliwy jest przepływ wody przez próbkę w kierunku z góry na dół i odwrotnie. Istnieje możliwość zmiany kierunku przepływu w trakcie badania. Powolne doprowadzanie wody do próbki od dołu ma na celu usunięcie powietrza z porów gruntu. Badanie wykonuje się dla kilku różnych spadków hydraulicznych, nie zmieniających się w trakcie badania (po 2–3 powtórzenia).
Pomiar ze zmiennym spadkiem
[edytuj | edytuj kod]W aparatach tego typu istnieje możliwość dużych spadków hydraulicznych, co ma szczególne znaczenie przy filtracji przez grunty słabo przepuszczalne. W gruntach tych w przypadku całkowitego wypełnienia porów gruntu wodą związaną ruch wody jest możliwy po przekroczeniu spadku początkowego Pomiaru dokonuje się w aparacie filtracyjnym obserwując opadanie poziomu wody w rurce o przekroju w czasie poziom wody obniży się z wysokości do Utrzymując dolna wodę na poziomie przekroju C, ciśnienie piezometryczne w tym przekroju będzie równało się 0. W tym przypadku prędkość filtracji zmienia się w czasie, w zależności od wysokości H, czyli wysokości położenia zwierciadła wody w rurce w danym momencie czasu, co opisuje wzór:
Metody polowe
[edytuj | edytuj kod]Dają najbardziej miarodajne wyniki. Są najkosztowniejsze i pracochłonne. Do polowych metod należą: próbne pompowanie studni z otworami obserwacyjnymi, próbne pompowanie bez otworów obserwacyjnych, krótkotrwałe pompowanie studni, bezpośredni pomiar przepływu i otworu wiertniczego, zalewanie szurfów i szybików, sczerpywanie.
Bibliografia
[edytuj | edytuj kod]- Zdzisław Pazdro, Bohdan Kozerski, Hydrogeologia ogólna, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1990, ISBN 83-220-0357-9.