Metody Hydrogeologického výzkumu VII. PŘEDNÁŠKA Stanovení hydraulických parametrů zvodněných hornin pomocí čerpacích zkoušek v režimu neustáleného proudění Druhy čerpacích zkoušek Podmínky uspořádání zkoušky Podle režimu čerpací zkoušky • s konstantní vydatností • s konstantním snížením • se stupňovitými změnami vydatnosti • s vydatností jako zadanou funkcí času Podle systému pozorovacích objektů • bez pozorovacích objektů • s jedním pozorovacím objektem • s dvěma a více pozorovacími objekty Přírodní podmínky Podle hydraulického mechanizmu zvodně • napjatá zvodeň • volná zvodeň Podle bočního omezení • bočně neomezená (nekonečná) zvodeň (boční hranice mimo dosah účinku zkoušek) • bočně omezená zvodeň Podle dokonalosti vertikálního omezení zvodně • zvodně s těsným stropním i počevním izolátorem (zanedbatelný přítok) • zvodně s netěsným stropním nebo/a počevním izolátorem Podle dalších speciálních efektů • s okamžitým uvolňováním vody z horniny • se zpožděným uvolňováním vody z horniny (Boultonův efekt) Podmínky spojené s čerpaným objektem Podle úplnosti průniku zvodněným kolektorem • úplný vrt • neúplný vrt Podle dokonalosti laterální komunikace mezi vrtem a zvodněným kolektorem • bez dodatečných tlakových ztrát na stěně vrtu • s dodatečnými tlakovými ztrátami na stěně vrtu ČERPACÍ ZKOUŠKY V REŽIMU NEUSTÁLENÉHO PROUDĚNÍ PODZEMNÍ VODY Theis (1935) • rozpory mezi skutečným průběhem snížení v okolí čerpaného vrtu a teoretickým snížením • při ustáleném proudění podzemní vody • popis neustáleného proudění podzemní vody k čerpanému vrtu • matematický popis průběhu čerpací zkoušky na základě analogie s prouděním tepla (odporová a kapacitní charakteristika) • interpretuje se průběh snížení v čase výhody: - v přírodních podmínkách nemusí dojít k ustálenému proudění v okolí čerpaného vrtu - kratší doba čerpací zkoušky - nejlépe propracovaná metoda s řadou řešení dalších vlivů na průběh čerpací zkoušky (vliv okrajových podmínek, mezivrstevního přetékání, anizotropie prostředí, apod.) ( )   − =−= u u u due T Q trhhs . 4 ,0  úplný tvar Theisovy rovnice exponenciální integrální funkce studňová funkce - tabelovaná základní tvar Theisovy rovnice studňová funkce charakterizuje závislost bezrozměrného snížení na bezrozměrném čase nebo tabelované hodnoty studňové funkce -párové hodnoty W(u) a u (nebo 1/u) W(u) – charakterizuje odpor prostředí (snížení) 1/u – charakterizuje čas (bezrozměrný čas) typová křivka Theisova rovnice – určuje snížení hladiny s v libovolném bodě vzdáleném r od osy čerpaného vrtu v určitém čase t od začátku čerpání s vydatností Q použitelná i pro ustálené proudění – Dupuit-Thiemova rovnice je zvláštním případem Theisovy rovnice Podmínky platnosti Theisovy rovnice: - proudění je laminární a je popsáno Darcyho zákonem - voda je uvolňována ze zásobnosti okamžitě při snížení hydraulické výšky - kolektor je homogenní a izotropní a má konstantní mocnost - horizontální rozsah kolektoru je nekonečný - zvodeň má nekonečný objem - zvodeň je před čerpáním v klidu, tedy není v ní žádné proudění - hodnoty T a S jsou v čase konstantní (zvodeň s napjatou hladinou) - hodnota vydatnosti Q je v čase konstantní - k výpočtu není možné použít údaje o snížení z čerpaného vrtu (velké chyby) - hodnoty snížení jsou měřeny v pozorovacích vrtech SEMILOGARITMICKÁ JACOBOVA METODA (metoda přímkové transformace) • zjednodušení základní Theisovy rovnice • pro čas 1/u > 33,3 je při zanedbání druhého až n-tého členu rovnice výsledná chyba stanovení T a S menší než 1% po transformaci ln na log obdržíme rovnici ODCHYLKY REÁLNÝCH KŘIVEK OD THEISOVY TYPOVÉ KŘIVKY reálné podmínky - zvodeň není nekonečná - volná zvodeň - často zpožděné uvolňování vody ze zásobnosti ideální stav - bez projevu okrajových podmínek (v dosahu depresního kuželu) - homogenní a izotropní zvodněná vrstva - okamžité uvolnění podzemní vody ze zásobnosti Theisova typová křivka + základní Jacobova přímková transformace Vliv okrajové podmínky 1. typu (H = konst.) - po určité době v čase t se v semilogaritmickém měřítku začne měnit sklon přímky - s je rovno nule (ustálené proudění) - sklon přímky je nulový a přímka je rovnoběžná s osou x - hydraulické parametry je možné spočítat pouze z první přímkové části křivky - druhá přímková část křivky a inflexní bod charakterizují okrajovou podmínku Identický tvar křivky je rovněž pro případ mezivrstevního přetékání - vzájemné odlišení možné pouze ze znalosti geologických poměrů Vliv okrajové podmínky 2. Typu – q=0 (nepropustná hranice) - po určité době v čase t se v semilogaritmickém měřítku začne měnit sklon přímky - s se v jednom logaritmickém cyklu času zvyšuje - hodnoty T a S lze počítat pouze z první přímkové části křivky - vlastnosti okrajové podmínky potom z druhé přímkové části křivky a z inflexního bodu Vliv zpožděného uvolňování podzemní vody ze zásobnosti - charakteristický S tvar křivky - v bilogaritmickém měřítku log s proti log t – Boultonova S-křivka Metoda snížení - čas grafická interpretace v semilogaritmickém grafu snížení s (normální měřítko) proti logaritmu času log t metoda je použitelná i pro volnou zvodeň, pokud se neprojevuje zpožděné uvolňování podzemní vody je-li snížení větší než 10 % původní mocnosti zvodně – • vyneseme párové hodnoty snížení s a log t • v semilogaritmickém grafu se v čase 1/u > 33,3 se křivka promítne jako přímka • body proložíme přímku • sklon přímky udává hodnotu T • stanoví se hodnota snížení Δs v jednom logaritmickém cyklu času • odečteme čas t0 ve kterém je hodnota s rovna nule s Q T  = ..4 .303,2  2 0..246,2 r tT Sp = 0 2 .2 h s ssoprav −= Metoda snížení - vzdálenost grafická interpretace v semilogaritmickém grafu snížení s (normální měřítko) proti logaritmu vzdálenosti pozorovacích vrtů log r metoda je použitelná i pro volnou zvodeň, pokud se neprojevuje zpožděné uvolňování podzemní vody je-li snížení větší než 10 % původní mocnosti zvodně – • vyneseme párové hodnoty snížení s a log r, za podmínky, že hodnoty snížení byly změřeny ve stejném čase od zahájení čerpání • v semilogaritmickém grafu se v čase 1/u > 33,3 se křivka promítne jako přímka • body proložíme přímku • sklon přímky udává hodnotu T • stanoví se hodnota snížení Δs v jednom logaritmickém cyklu vydálenosti • odečteme čas r0 ve kterém je hodnota s rovna nule s Q T  = ..2 .303,2  2 0 ..246,2 r tT Sp = 0 2 .2 h s ssoprav −=