Закон преломления фильтрационных потоков и его следствия

Преломление линий токов при фильтрации воды под углом к пло­скости раздела слоев с разными фильтрационными свойствами было исследовано и описано в работах Г.Н. Каменского. Им показано, что при фильтрации воды под углом к плоскости раздела слоев нормаль­ные составляющие напорного градиента изменяются обратно про­порционально коэффициентам фильтрации. При переходе потока в слабопроницаемый слой (k₁>k₂) траектория потока приоб­ретает направление, близкое вертикальному, а при переходе в хорошо прницаемый слой (k₁>k₂) она выполаживается. Чем больше различия в фильтрационных свойствах, тем более отчетливо проявляются эти особенности. Существует два направления, в которых не происходит преломления линий тока: перпендикулярно и параллельно плоскости напластования.

Схема основных направлений движения потоков в слоистых неоднородных средах

1 - преломление потока под углом к напластованию; 2 - движение потока нормально напластованию; 3 - движение потока параллельно напластованию; 4 - кривая депрессии

В первом случае углы падения и отражения равны нулю, наблюда­ется максимальное изменение градиента I, скорости фильтрации при этом равны:

При фильтрации параллельно напластованию углы падения и пре­ломления линий тока равны в каждом случае 90°, их синусы равны единице, градиенты в каждом слое одинаковы. В этом случае слои­стый поток имеет одну кривую депрессии, скорости фильтрации в каждом слое различны и пропорциональны значениям коэффициента фильтрации:

Закон преломления токов показывает, что если коэффициенты фильтрации различаются значительно, то в слабопроницаемых слоях поток движется преимущественно в вертикальном направлении, а в хорошо проницаемых - преимущественно горизонтально. Это след­ствие закона преломления известно как предпосылка Мятиева-Гиринского, или предпосылка перетекания.

Закон преломления токов и его следствия используются при по­строении ГДС, схематизации гидрогеологических условий, решении задач фильтрации в неоднородных потоках.