Przepływ wody w gruncie

Przepływ wody w gruncie oraz jej zachowanie w warstwach gruntu o różnych charakterystykach fizycznych, jak i mechanicznych. Grafika obrazująca możliwe sytuacje przepływu wody w różnych gruntach.

Przepływ wody w gruncie

Woda w porach gruntu może występować w postaci wody związanej z ziarnami przez siły adsorpcji (woda higroskopijna i błonkowata), w postaci wody kapilarnej utrzymywanej siłami napięcia powierzchniowego na styku z powietrzem oraz w postaci wody wolnej, swobodnie przemieszczającej się pod wpływem siły grawitacji. Skupiska wody wolnej tworzą się w gruntach o stosunkowo dobrej przepuszczalności (grunty niespoiste: piaski, żwiry, pospółki), zalegających nad gruntami o słabej przepuszczalności (grunty spoiste: gliny, iły). W polu gruntowym możemy wyróżnić strefę nienasyconą (strefę aeracji) oraz strefę nasyconą (strefę saturacji).

W strefie nienasyconej pory gruntu wypełnione są częściowo wodą, a częściowo powietrzem, Sr < 1. Ciśnienie wody w tej strefie jest ujemne (mniejsze od ciśnienia atmosferycznego), u < u_atm = 0,00. W strefie nasyconej pory gruntu wypełnione są całkowicie wodą, znajdującą się pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego. Granicą między strefą nienasyconą i nasyconą jest swobodne zwierciadło wód gruntowych, czyli powierzchnia na której ciśnienie wody jest równe ciśnieniu atmosferycznemu. Bezpośrednio nad zwierciadłem swobodnym występuje strefa podciągania kapilarnego, w której pory gruntu są całkowicie lub niemal całkowicie wypełnione wodą, a ciśnienie wody jest ujemne. Grunty spoiste zawierają dużą ilość wody adsorpcyjnej i kapilarnej i często pozostają w stanie bliskim pełnego nasycenia również znajdując się wyższych partiach strefy nienasyconej, powyżej zwierciadła swobodnego.

Wody o zwierciadle swobodnym

Wody wolne o zwierciadle swobodnym określa się jako: 

 – wody zaskórne, jeżeli zwierciadło położone jest płytko i znajduje się pod bezpośrednim wpływem czynników atmosferycznych (np. w pobliżu jezior i rzek),

 – wody gruntowe właściwe, jeżeli zwierciadło znajduje się na głębokości kilku-kilkunastu metrów i rozciąga na dużym obszarze,

 – wody zawieszone, jeżeli zwierciadło ma charakter lokalny i utrzymuje się na soczewce gruntu słabo przepuszczalnego, otoczonego nienasyconym gruntem przepuszczalnym.

Obok wód o zwierciadle swobodnym w gruntach przepuszczalnych strefy saturacji mogą również występować wody o zwierciadle napiętym (naporowe), wypełniające warstwy przepuszczalne ograniczone od dołu i góry warstwami słabo przepuszczalnymi. W przypadku wody naporowej ciśnienie na stropie jest większe od ciśnienia atmosferycznego w otworze obserwacyjnym (piezometrze) dochodzącym do takiej warstwy poziom wody podniesie się ponad strop warstwy. Jeżeli zwierciadło ustabilizowane w piezometrze położone jest powyżej powierzchni terenu, warstwę naporową nazywa się artezyjską, w innym przypadku sub-artezyjską. W zależności od budowy geologicznej ta sama warstwa wodonośna może na niektórych obszarach mieć charakter swobodny, a na innych naporowy. W warstwach przepuszczalnych w warunkach naturalnych dominuje przepływ w kierunkach poziomych, od obszarów zasilania do obszarów drenażu. W sąsiedztwie cieków i zbiorników wodnych oraz różnego rodzaju obiektów inżynierskich (wykopy, zapory, jazy) istotny jest również przepływ w kierunku pionowym. Przepływy pionowe występują również często w warstwach półprzepuszczalnych i słabo przepuszczalnych, rozdzielających warstwy wodonośne w których woda ma różny potencjał hydrauliczny.