Проблемы гидрогеоэкологии. Том 2 - Мироненко В.А.
ISBN 5-7418-0123-4
Скачать (прямая ссылка):
348
Опытное опробование пород зоны аэрации
Как неоднократно уже подчеркнуто теоретическим анализом и данными полевых наблюдений, решающую роль при оценке транспорта загрязнений через зону аэрации играют процессы субвертикального влагопереноса в ней. Поэтому и в этой, и в следующей главе повышенное внимание уделяется изучению условий и параметров такого переноса, причем особый упор делается на его простейшую и, вместе с тем, во многих случаях — важнейшую модификацию — субвертикальную фильтрацию*. Последнее определяется, прежде всего, уже отмеченной ролью слабопроводящих элементов разреза в защитном эффекте зоны аэрации, которые в условиях даже весьма умеренного инфильтрационного расхода оказываются близкими к водонасыщенному состоянию. В такое состояние может переходить и вся толща пород зоны аэрации
— на участках вновь создаваемых бассейнов промостков, где обычно ведутся достаточно интенсивные полевые опробования в рамках гидрогеологических изысканий. Важно подчеркнуть, что определение проницаемости (коэффициента фильтрации) пород зоны аэрации дает верхнюю оценку их коэффициента влагопереноса, которая создает в инженерных расчетах некоторый (правда, иногда излишне высокий) запас надежности.
С другой стороны, сравнительно надежная опытная полевая оценка функциональной зависимости коэффициента влагопереноса от всасывающего давления (и опосредованно — от влажности пород) сейчас реальна лишь для приповерхностных покровных образований, где могут
Т.е. влагоперенос в условиях полного водонасыщения пород.
ГЛАВА 22
быть использованы тензиометрические установки. Эксперименты такого рода, при их повышенной технической сложности, не вносят принципиальных улучшений в информационное обеспечение изучаемых здесь проблем. Поэтому в данной работе, вде влажностный режим почвенного слоя и непосредственно подстилающих его грунтов не представляет первоочередного интереса, методы оценки коэффициента влагопереноса (в широком смысле) подробно не рассматриваются. Следует вообще напомнить, что осреднение данных мелкомасштабных экспериментов подобной направленности не дает правильного представления и миграции влаги в зоне аэрации. Как показано в разд. 4.1.3, в таких опытах возникает сильно нелинейная система, для которой не существует однозначного тензора проницаемости: его эффективные параметры и даже главные направления зависят от статистических показателей, их флуктуаций и, что особенно важно, средних характеристик; в частности, речь идет о гистерезисе, определяемом изменчивостью свойств среды по ходу эксперимента (в зависимости от насыщенности), а не локальными гистерезисными явлениями на уровне по-рового пространства.
22.1. Опытная оценка вертикальной проницаемости покровных отложений и искусственных глинистых экранов*
Основным видом полевых опробований в данном случае являются опытные наливы в шурфы, которые сочетаются с лабораторными оценками проницаемости. Последние выполняются по достаточно отработанным методи-
* Раздел написан совместно с В.К. Усачевым.
350
кам, которые здесь не рассматриваются, — за исключением некоторых специфических экспериментов. Подчеркнем обязательность сохранности исходной структуры грунтов в отбираемых образцах, которая удовлетворяется обычно тем лучше, чем ниже проницаемость (чем выше содержание глинистой фракции) изучаемых грунтов. Как будет ясно из дальнейшего, в этом же направлении возрастает и относительная эффективность лабораторных экспериментов в сравнении с полевыми. С другой стороны, размер образца весьма существенно влияет на определение проницаемости: вариация скорости влагопереноса внутри образца убывает с ростом его длины; аналогично ведут себя вариации между отдельными образцами, которые находят отражение в осредненной величине расчетного коэффициента дисперсии, убываеющей по мере роста глубины проникновения раствора [12].
22.1.1. Об эффективности опытных наливов в
шурфы
Опытные наливы в шурфы являются наиболее массовым видом определения вертикальной проницаемости покровных отложений, в частности природных и искусственных глинистых экранов на участках проектируемых гидротехнических сооружений. Ранее уже неоднократно отмечалось (см. например, [51), что традиционные модификации наливов в шурфы могут дать сравнительно объективную информацию лишь применительно к песчаным и однородным супесчаным отложениям. Распространение же стандартных методик наливов на слабопроницаемые суглинистые и глинистые отложения (с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут) недопустимо и может повлечь ошибки в определении параметров проницаемости, достигающие одного — двух порядков и более. Возникающие при этом погрешности экспериментов вызваны [5] трудностью учета бокового растекания, капиллярных и
диффузионных эффектов, а также гетерогенностью (двойной пористостью), слоистой или неупорядоченно неоднородной фильтрационной структурой опробуемого массива, в котором, к тому же, возникает сильная анизотропия влагопроводимости (разд. 4.1.3); в ряде случаев существенную роль могут играть и другие факторы — несоответствие напряженного состояния пород в опытных и прогнозных условоиях, трудности отфильтрования воздуха из опробуемой породы, химический состав наливаемой воды и др.
