Основы гидрогеологиии ►Гидрогеология - наука о подземных водах (ПВ), их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах и связях с атмосферными и поверхностными водами. ►Подземные воды - воды, находящиеся в верхней части земной коры
Значение знаний о ПВ для строителей 1 - служат источником водоснабжения, 2 - выступают как фактор, затрудняющий строительство: ► А - Особенно сложным является производство земляных, горных работ в условиях притока подземных вод, затапливающих котлованы, карьеры, траншеи. ► Б - Подземные воды: ► ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых пород, ► могут выступать в роли агрессивной среды по отношению к строительным материалам, ► вызывают растворение многих горных пород (гипс, известняк и др. ), образование пустот и т. д, Строители должны изучать подземные воды и использовать их в производственных целях, ► уметь бороться с ними при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений. ► ►
Круговорот и происхождение ► Количетвенное выражение круговорота (см) В процессе круговорота воды в природе происходит постоянное возобновление вод, в т. ч. и подземных вод. ► Процесс смены первоначально накопившихся вод поступающими вновь – водобменом. В круговороте воды на Земле ежегодно участвует 500 тыс. куб. км. Быстрее возобновляются речные воды. ► Происхождение: - инфильтрационные (просачивание а. о. ) - ювенильные (из магм) - седиментационные ►
1. ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД ► влагоемкость, ► водоотдачу, ► водопроницаемость, ► капиллярное поднятие и др. ► 1. 1. Влагоемкость - способность вмещать и удерживать в себе то или иное количество воды при возможности свободного стока. ► Зависит от гранулометрического состава и структуры, текстуры горных пород
Полная влагоемкость ► Влажность, отвечающая такому состоянию, когда все поры заполнены водой ► W = п — пористость / р — плотность скелета породы ► По влагоемкости выделяют три группы пород: . 1) влагоемкие — торф, глина, суглинок и др. ; ► 2) слабовлагоемкие — глинистый песок, лёсс, мергель, глинистый песчаник и др. ; ► 3) невлагоемкие - галечник, гравий, песок и др. , не удерживют в себе воду
1. 2. Водоотдача - Wв ►— способность пород, насыщенных водой, отдавать гравитационную воду в виде свободного стока. ► Считают, что физически связанная вода из породы не вытекает. ► Наибольшей водоотдачей обладают крупнообломочные породы, также пески и супеси, в которых величина Wв = 25 -43%. Эти породы под влиянием гравитации способны отдавать почти всю имеющуюся в их порах воду. ► В глинах водоотдача близка к нулю.
1. 3. Водопроницаемость —способность пород пропускать гравитационную воду через поры (рыхлые породы) и трещины (плотные породы). Она зависит от размер пор или трещин, а также их связи (сообщения). ► глина с пористостью 50— 60 % воду практически не пропускает. ► Водопроницаемость пород (или их фильтрационные свойства) характеризуется коэффициентом фильтрации Кф = скорость движения подземной воды при гидравлическом градиенте, равном 1 (см/с, м/ч или м/сут).
По величине Кф (коэффициента фильтрации) породы разделяют на три группы: ► 1) водопроницаемые : — К > 1 м/сут (галечники, гравий, песок, трещиноватые породы); ► 2) полупроницаемые —К = 1— 0, 001 м/сут (глинистые пески, лесс, торф, рыхлые разности песчаников, реже пористые, мергели) ► 3) непроницаемые —К < 0, 001 м/сут (массивные породы, глины). ► ► ► Непроницаемые породы принято называть водоупорами, полупроницаемые и водопроницаемые—единым термином водопроницаемые, или водоносными горизонтами.
Классификация горных пород по водопроницаемости Группа пород Характеристика , м/сут. ► Очень хорошо водопроницаемые 100— 1000 и более ► Хорошо водопроницаемые 100— 10 ► Водопроницаемые 10— 1 ► Слабо водопроницаемые 1— 0, 1 ► Весьма слабо водопроницаемые 0, 1— 0, 001 ► Практически водонепроницаемые <0, 001
2. Виды воды в грунтах ► 1 – гравитационная силы тяжести вода - движутся под действием собственной ► ► 2 – связанная вода: 2 а - Прочносвязанная (адсорбированная) вода — в виде тончайших слоев, непосредственно прилегающая на поверхность частиц породы, на которых она удерживается с огромной силой (до 10 000 атм). Для питания растений она недоступна. Из горной породы может быть удалена только путем высушивания при 105— 110° С, причем она переходит в парообразное состояние. ► 2 б - Рыхлосвязанная (собственно пленочная) вода удерживается в породах значительно меньшими силами, так как ее слои удалены от поверхности частиц породы. Количество рыхлосвязаннон воды зависит от суммарной поверхности частиц породы, ее влажности, состава адсорбционных ионов и степени минерализации почвенной влаги. Для питания растений рыхлосвязанная вода труднодоступна.
2 в - Капиллярная вода ► заполняет поры и тонкие трещины в породах. Обычно она располагается над поверхностью грунтовых вод и тесно связана с последней. ► При неоднородном составе пород зоны аэрации она может и не являться связанной с поверхностью подземных вод.
2 в - Капиллярная вода ► удерживается в породе силами поверхностного натяжения, развивающимися на границе воды и почвенного воздуха. Капиллярное натяжение превышает силу тяжести, поэтому капиллярная вода способна подниматься над поверхностью гравитационной воды на ту или иную высоту.
Высота капиллярного поднятия ► зависит от гранулометрического состава горной породы; в мелкозернистых разностях пород она больше, в крупнозернистых — меньше. ► При значительном уменьшении размеров зерен резко уменьшаются размеры промежутков (пор), которые в очень тонкозернистых породах почти все обладают свойствами капилляров.
Предельная высота капиллярного поднятия Нк для некоторых пород крупнозернистый - 2, 0— 3, 5 см ►» среднезернистый - 12, 0— 35, 0 см ►» мелкозернистый - 35, 0— 120, 0 см ► Супесь - 1, 2— 3, 5 м ► Суглинок - 3, 5— 6, 5 м ► Глина легкая - 6, 5— 12, 0 м ► Песок
Капиллярная кайма над уровнем грунтовых вод
На капиллярное поднятие оказывают влияние ► температура воды - с увеличением темпера туры понижается поверхностное натяжение, → высота капиллярного поднятия. , ► концентрация и состав солей в воде. При увеличении концентрации солей возрастает поверхностное натяжение, поэтому минерализованная вода поднимается выше, чем пресная. Состав солей также оказывает влияние на капиллярное поднятие: например, раствор Nа. Сl поднимается выше сульфатного раствора той же концентрации.
3. СВОЙСТВА И СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ► Свойства - вкус, запах, цвет, прозрачность, температуру и другие физические свойства, которые характеризуют так называемые органолептические своиства воды (определяемые при помощи органов чувств). Они могут резко ухудшаться при попадании в воду естественным или искусственным путем различных примесей (минеральных взвешенных частиц, органических веществ, некоторых химических элементов). Температура подземных вод колеблется в широких пределах: --холодные (температура от 0 до 20 °С), -- теплые, или субтермальные воды (20— 37 °С), -- термальные (37— 100 °С), --перегретые (свыше 100 °С)| ► - - Плотность - вязкость Электропроводность Радиоактивность Химический состав → физико-химические свойства и агрессивность
4. Классификация подземных вод по условиям залегания: ► 1. Зона аэрации: ► 1. 1. верховодка ► 2. зона полного насыщения водой: ► 2. 1 грунтовые воды ► 2. 2. межпластовые воды: ► 2. 2. а - ненапорные ► 2. 2. б – напорные (артезианские)
Типы подземных вод по условиям залегания 1 –водопроницаемые Г. породы 2 - водоупорные Г. породы 3 – УГВ 4 –пьезометрический уровень (уровень поднятия напорных вод при их полном вскрытии) 5 - скважины
Водоносный горизонт – слой или несколько слоев водопроницаемых горных пород, насыщенных водой и подстилаемых водоупорным горизонтом. Водопроницаемость в рыхлых породах обусловлена открытой пористостью, в сцементированных - трещиноватостью пород и другими пустотами карстовые. Несколько водоносных горизонтов, гидравлически связанных между собой, образуют водоносный комплекс.
Водоупор слой горной породы, практически не пропускающий сквозь себя воду и подстилающий или перекрывающий водоносный горизонт: глины, тяжелые суглинки, - нетрещиноватые и невыветренные кристаллические или сцементированные, - мерзлые горные породы. - Синоним – водоупорная или водонепроницаемая порода.
по условиям залегания ► 4. 2. - Зона –зона аэрации – между поверхностью земли и насыщения Г. П. уровнем грунтовых вод. расположена ниже Она непосредственно уровня грунтовых вод. связана с атмосферой и Все поры, трещины, почвенным покровом, каверны и другие здесь просачиваются пустоты заполнены атмосферные осадки от земной поверхности гравитационной вглубь, в сторону зоны водой; циркулируют в насыщения. Поры в Г. П. виде грунтовых, частично заполнены водой, - воздухом. - артезианских, Мощность колеблется от 0 в - трещинных вод и заболоченных низинах до нескольких сотен метров в вод вечной мерзлоты. ► 4. 1
4. 1. 1. Верховодки — временные скопления подземных вод в зоне аэрации над случайными водоупорами - линзы глин и суглинков в песке,
Особенности верховодки ► При инфильтрации вода временно задерживается и образует сводообразные водоносные горизонты, обычно в периоды обильного снеготаяния и периоды дождей. В остальное время вода испарение или просачивание в нижележащие грунтовые воды. ► возможность их образования даже при отсутствии в зоне аэрации каких-либо водоупорных Г. П. , при обильном поступлении воды и наличии толщи суглинков, вследствие низкой водопроницаемости просачивание происходит замедленно и в верхней части толщи образуется верховодка. Через некоторое время эта вода рассасывается.
Особенности верховодки - временный, чаще сезонный характер, ► небольшая площадь распространения, ► малая мощность и безнапорность. ► чаще возникают в различных суглинках породах и лессовых ► Залегая в пределах подземных частей зданий и сооружений, она может вызвать их подтопление, если заранее не были предусмотрены меры дренирования или гидроизоляции. ► В результате значительных утечек воды (водопровод, канализационные сети, бассейны и др. ) отмечено частое появление горизонтов верховодок на площадках очистных водопроводных и канализационных сооружений, насосных станций и других объектов, расположенных в зоне распространения лёссовых пород. ► -
4. 2. 1. Грунтовые воды (ГВ) ► воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, выдержанного по площади и расположенного на первом водоупорном слое. ► Они имеют свободную поверхность, т. е. сверху они не перекрыты водоупорными слоями. Свободная поверхность ГВ называют зеркалом (в разрезе— уровнем). ► Слой или пласт горных пород, насыщенный подземной водой - водоносный слой (пласт) или водоносный горизонт. ► Расстояние от водоупора до уровня подземных вод - мощность водоносного горизонта (пласта).
Характеристика ГВ ► Из-за наличия свободной поверхности — ненапорные. ► Питание ГВ - за счет инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков + конденсации водяных паров + поступления воды из поверхностных водоемов (рек, озер и т. д. )+ реже - подпитываются со стороны глубокозалегающих напорных вод. ► Территория, на которой происходит питание водоносного горизонта, называется областью питания, она совпадает с областью распространения. Из-за доступности – к загрязнению.
ГВ находятся в непрерывном движении, образуя грунтовые потоки ; в отдельных случаях - грунтовые бассейны, где остаются неподвижными и имеют горизонтальную поверхность.
Характеристика ГВ ► грунтовые потоки имеют уклоны своей поверхности, к-рые обычно соответствуют уклону"'рельефа " поверхности земли и направлены в сторону ближайшего понижения. ► ГВ движутся от водоразделов к речным долинам, оврагам, балкам ► В местах выхода ГВ на поверхность образуются родники, мочажины, заболоченность. Это места естественной разгрузки (дренирования) грунтовых вод.
Значение ГВ ► широко используют для водоснабжения во многих районах. Достаточно обильные ГВ хорошего качества распространены в долинах рек, предгорных равнинах, в областях развития ледниковых отложений и на некоторых междуречных пространствах. ► создают большие трудности производстве строительных работ (заливают котлованы, траншеи и др. ) и мешают нормально эксплуатировать сооружения и другие объекты. ► В практике строительства чаще всего приходится принимать меры борьбы именно с грунтовыми водами.
Карты поверхности грунтовых вод (карты гидроизогипс) Для выявления характера поверхности (зеркала) ГВ составляют карты гидроизогипс (рис. 34). Гидроизогипсы - линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками уровней ГВ. Эти линий аналогичны горизонталям рельефа местности и подобно им отражают рельеф зеркала вод. ► Форма поверхности грунтовых вод сложная и зависит от многих факторов: состава водовмещающих пород и их водопроницаемости, рельефа, условий залегания и дренирования. Карты гидроизогипс необходимы при решении многих задач, связанных с проектированием водозаборов подземных вод, борьбой с подтоплением территории и др. ► Для построения карты гидроизогипс замеряют уровни грунтовых вод в скважинах, расположенных обычно по сетке. Замеры уровней воды должны быть единовременными. Абсолютные отметки уровня подземных вод в скважинах определяют по формуле ►
Задача -ср ► 4. 18. При бурении трех скважин, расположенных (в плане) углах равностороннего треугольника со стороной 160 м, встречены водоносные пески, подстилаемые водоупорными глинами. Используя приведенные ниже данные, постройте колонку одной из скважин и определите направление, скорость фильтрации и действительную скорость потока грунтовых вод. Вычислите единичный расход грунтового потока.
Определение направления грунтового потока по 3 скважинам
4. 2. 2. Межпластовые подземные воды - воды располагаются в водоносных горизонтах между водоупорами (слайд 18). ► Они бывают ненапорными и напорными (артезианскими). ► Межпластовые ненапорные воды встречаются сравнительно редко. Они связаны с горизонтально залегающими водоносными слоями, заполненными водой полностью или частично (слайд 18). По условиям передвижения и характеру напоров - аналогичны грунтовым водам. Однако область питания межпластовых вод не совпадает с областью их распространения. ► Питание вод происходит на участках выхода водоносного пласта на дневную поверхность или путем фильтрации из рек и других поверхностных водотоков и водоемов (рис. 46); разгрузка – в реки, или отложения рек, морей, или на дневную поверхность, образуя болота или родники. ►
Напорные (артезианские) воды - залегают между двумя водоупорными слоями и обладают гидростатическим напором, т. к. вся мощностью водоносного слоя от подошвы до кровли насыщена водой. ► При вскрытии напорного водоносного пласта скважинами вода поднимается выше его водоупорной кровли, а при сильном напоре и низких абсолютных отметках земной поверхности может самоизливаться на поверхность (рис. 46, 38) с высотой фонтанирования до нескольких десятков метров. ► Обычно залегают в водоносных слоях в виде синклиналей или моноклиналей (рис. 45 и 46). ► Отдельные части водоносных слоев залегают на различных высотных отметках, что и создает напор подземных вод. Напорных подземных горизонтов может быть несколько. ► Каждый горизонт имеет область питания там, где водоносные слои выходят на поверхность и имеют высокие отметки. Область питания не совпадает с площадыо распространения межпластовых вод. ►
Напор воды создается благодаря: - перепаду отметок высот области питания и разгрузки; - по закону сообщающихся сосудов
А – область питания, б – напора, в - разгрузки
. Геологический разрез артезианского бассейна. 1 — четвертичные 2 — третичные (пески, глины, мергели); 3 — меловые (мел, мергели): 4 — меловые (пески), артезианский водоносный горизонт; 5 — горение (глины); б — юрские (пески), артезианский водоносный горизонт; 7 — палеозойские; 8 — докембрий, кристаллические породы (гранит, гнейс и т. л. ); 9 — скважина самоизливающая; 10 — скважина несамоизлпвающая; 11 — линия напорных уровней.
Напорность вод характеризуется пьезометрическим уровнем - высотнным положением уровня воды при вскрытии ее скважиной.
Артезианский бассейн − площадь распространения напорных водоносных горизонтов, ► гидрогеологическая структура, приуроченная к впадинам (прогибам, синеклизам и др. ), содержащая один или более напорных водоносных горизонтов и занимающая значительные площади (до нескольких сотен тысяч квадратных километров). ► При моноклинальном залегании слоев образуется артезианский склон. Примеры − Западно-Сибирский, Прибалтийский, Московский бассейны. ► ► Может залегать и в трещиноватых, закарствоанных ГП
4. 3. По пространству занимаемому водой: ► Трещинные – циркулируют по взаимосвязанным трещинам: грунтовыми, межпластовыми и жильными ► Карстовые – по пустотам различных размеров, движутся интенсивным потоком, непостоянный химсостав ► Подземные воды вечной мерзлоты: ► Надмерзлотные ► Межмерзлотными
5. Классификация П. В. по характеру использования 1. Воды хозяйственно-питьевые – воды, широко используемые для хозяйственнопитьевых целей. Глубина залегания обычно не превышает нескольких десятков метров, но может достигать 300… 500 м и более. 2. Воды технические – воды, которые используются в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Требования к ним отражают специфику того или иного вида производства.
5. Классификация П. В. по характеру использования 3. Воды промышленные - воды, содержащие полезные элементы (бром, йод и др. ) в количестве, имеющем промышленное значение. Обычно залегают в зоне замедленного водообмена. Минерализация высокая (20 - 600 г/л), состав хлоридно-натриевый, температура нередко до 60 - 80 град. 4. Воды минеральные – воды, которые имеют повышенное содержание биологически активных микрокомпонентов, газов, радиоактивных элементов и т. д. 5. Термальные
6. Динамика подземных вод - раздел гидрогеологии, изучающий закономерности движения подземных вод. Подземные воды могут передвигаться в горных породах как путем инфильтрации передвижение воды происходит при частичном заполнении пор воздухом или водяными парами (в зоне аэрации), так и фильтрации - движение воды происходит при полном заполнении пор или трещин водой. Масса этой движущейся воды создает фильтрационный поток.
Фильтрационные потоки ПВ различаются по характеру движения и подчиняются двум законам ► 1 - движение грунтового потока в водоносных слоях (галечнике, песке, супеси, суглинке или трещиноватых породах при скорости движения менее 400 м/сут) имеет параллельноструйчатый или так называемый ламинарный характер подчиняется закону Дарси. ► 2 - при наличии крупных пустот и трещи движение воды в породах носит вихревой или турбулентный характер (сравнительно редко) по второй закон.
Движение ПВ может быть 1 –а) установившимся - все элементы фильтрационного потока (скорость, расход, направление и др. ) не изменяются во времени или эти изменения настолько малы, что для практических целей ими можно пренебречь; - б) неустановившимся - основные его элементы изменяются не только от координат пространства, но и от времени. Подземный поток становится переменным под действием различных естественных и искусственных факторов: неравномерная фильтрация атмосферных осадков, откачка воды из скважины, сброс сточных вод на поля фильтрации и т. д. .
По гидравлическому состоянию: безнапорным, напорным и напорно-безнапорные 1 - безнапорные rpунтовые воды имеют водоупор снизу и свободную поверхность сверху (сл. 26), движение происходит под действием сил тяжести передвигаются при наличии разности гидравлических напоров (уровней) от мест с более высоким к местам с низким напором (сл. 31) 2 – напорные артезианские воды отличаются полным заполнением поперечного сечения водопроницаемого слоя водой, имеют пьезометрический уровень, движение происходит как под действием силы тяжести, так и за счет упругих свойств воды и водовмещающих пород; режим фильтрации – упругий (сл. 42, 43) 3 - напорно-безнапорные – возникают при откачке воды из скважин, если пьезометрический уровень опускается ниже кровли напорного водоносного пласта. .
Решение задач о движении ПВ, выбор гидрогеологических расчетов и расчетные схемы производятся на основе схематизации природных гидрогеологических условий Основной закон движения ПВ ► происходит при наличии разности гидравлических напоров (уровней): воды движутся от мест с более высоким напором (уровнем) к местам с низким напором (рис. 59).
Гидравлический градиент (ГГр) Отношение разности напоров Δ Н к длине пути l фильтрации - I = ΔН/l, т. е. чем больше разность напоров ΔН = Н 1 – Н 2, тем скорость движения подземных вод будет выше. Градиент напора – величина безразмерная.
закон Дарси- фильтрация в полностью водонасыщенных породах при ламинарном движении ► Q = kф F I, ► где Q – расход воды или количество фильтрующей воды через поперечное сечение F в единицу времени, м 3/сут; ► kф – коэффициент фильтрации, м/сут; ► F – площадь поперечного сечения потока воды или водоносного пласта, м 2; ► ΔН – разность напоров, м; ► l – длина пути фильтрации; ► I – напорный градиент.
скорость фильтрации ►– Разделив обе части уравнения на площадь сечения F и используя понятие скорости фильтрации v, т. е. отношение расхода воды Q к площади поперечного сечения потока, V= Q/ F, получаем, что v= kф I. ► Из этого выражения закона Дарси следует, что скорость фильтрации пропорциональна напорному градиенту в первой степени (при ламинарном движении). ► = коэффициенту фильтрации при напорном градиенте = 1
Действительную скорость воды vд определяют с учетом пористости породы vд = v/n, где n – пористость, выраженная в долях единицы. Так как величина пористости всегда меньше единицы, то действительная скорость движения воды всегда значительно выше скорости фильтрации (примерно в 3… 4 раза). Например, в галечниках при n = 0, 25 действительная скорость движения подземных вод будет в 4 раза выше скорости фильтрации. В глинистых породах часть пор занята связанной водой и вода передвигается только через открытые поры, поэтому в данном случае в формулу вводят не n, а nакт (активную пористость). ► движения
Дебит (син. - производительность, расход) объем воды, выдаваемой скважиной, колодцем или в результате самоизлияния из естественного источника в единицу времени ( М 3/сут. , см 3/с или л/с ) Источники (ключи, родники) - естественные выходы подземных вод на земную поверхность. В зависимости от характера действия различают постоянные, периодические, сезонные и временные источники. В зависимости от температуры различают кипящие, горячие, теплые и холодные источники. Каптаж или каптирование – благоустройство родников человеком.
Расход плоского грунтового потока Рассчитывается для движения подземных вод к траншеям, штольням и другим горизонтальным выработкам, в т. ч. строительным котлованам. Плоский поток может быть грунтовым (безнапорным) и напорным. Он может перемещаться в однородных и неоднородных пластах, при горизонтальных и наклонных водоупорах (рис. 60).
Рис. 60. Схема для расчета расхода плоского потока грунтовых вод: а – с горизонтальным водоупором (вуп); б – с наклонным вуп
Водоупор горизонтальный Согласно основному закону фильтрации, в пределах рассматриваемого участка от сечения I до сечения II расход грунтового потока в однородных пластах может быть определен как ► Q = kф. IF = kф Iср Bhср, ► где kф – коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сутки; В – ширина потока, м; hср – средняя мощность потока, м; Iср – средний напорный градиент. ► Расход плоского потока удобнее выражать на единицу его ширины, т. е. в виде единичного расхода q = Q/B ► q = kф (h 12–h 22)/2 l. (не получились степени см. стр. 96) ► При значительной разности мощностей для расчетов используется формула Н. Н. Биндемана ►
При наклонном водоупоре ► единичный расход грунтового потока определяется также из закона Дарси ► q = [kф (h 1 + h 2)/2][(H 1 – H 2)/l, ► где H 1 и H 2 – напоры воды в сечениях I и II, отсчитанные от условной плоскости сравнения (О-О) или уровня моря (сл 59).
7. Приток воды к водозаборным сооружениям Водозаборные – инженерное сооружение, осуществляющее забор (захват) воды из водоносного горизонта и отвод ее в водопроводные, оросительные, дренажные и другие системы. ► Водозаборы подразделяются: ► 1 - Одиночные - состоят из одной скважины, колодца, групповые - из нескольких. ► 2 - совершенный водозабор - если он осуществляется на полную мощность горизонта, и несовершенные водозаборы - если - не на полную мощность водоносного горизонта. ► 3 - вертикальные водозаборы – буровые скважины и шахтные колодцы; горизонтальные водозаборы – траншеи, галереи, штольни и лучевые водозаборы – водосборные колодцы с водоприемными лучамифильтрами. (Рис. 47) ►
Водозабор (или отвод) грунтовых вод ► 1 - с территории строительства на время строительных работ (временный) – строительным водозабором ; ► 2 – с целью понижения их уровня практически на весь период эксплуатации объекта - дренаж
Водозаборная буровая скважина: ► 1 — фильтр; ► 2 — колонна труб эксплуатационная; 3 — обсадные трубы; 4 — кондуктор; 5 — затрубная цементация; 6 — устье скважины; 7 — павильон; S — насосные трубы; 9— насос; 10 — отстойник; 11 — статический уровень подземных вод ► ► ►
Депрессионная воронка ► ► ► объем, ограниченный поверхностью вращения депрессионной кривой и естественной поверхностью безнапорных или пьезометрической поверхностью напорных вод. Воронкообразное понижение уровня грунтовых вод, происходящее при откачке воды из скважин, вследствие трения воды о частицы грунта. В плане имеет форму, близкую к кругу. (Рис. 48). Депрессионная кривая – след от пересечения уровня грунтовых или пьезометрического уровня межпластовых напорных вод, возникающий при откачке или самоизливе воды из водозабора, вертикальной плоскостью.
Радиус депрессионной воронки или радиус влияния (R). На практике часто используют приближенные формулы определения R: ► формулу Кусакина – для безнапорных вод, ► формулу Зихарда – для напорных вод. ► Размер депрессионной воронки, а, следовательно, и ее радиус, а также крутизна кривых депрессии зависят от водопроницаемости пород (табл. 57). ► Значения радиуса влияния на каждые 10 м понижения воды ► Мелкозернистые пески - 50– 100 м ► Среднезернистые пески - 100– 200 м ► Крупнозернистые пески - 200– 400 м ► Очень крупнозернистые пески, галечники и сильнотрещиноватые породы - более 400 -600 м ►
Значение установления границ депрессионной кривой – радиуса влияния (R) ► для оценки фильтрационных свойств пород ► выделении зон санитарной охраны ► определения площадей, которые осушаются дренажами ► определения расстояния между соседними водозаборами и др.
Приток воды к водозаборным скважинам рассчитывается в зависимости От водозаборного сооружения (скважинам или канава, траншеям), ► от гидравлического состояния: напорные или безнапорные воды, ► характера течения, ► Глубины его заложения (совершенный или несовершеный), ► От расположения открытых водоемов и др. ► ► R – радиуса влияния, S – понижения при откачке, Н – мощности водоносных горизонтов ; по различным формулам: Дюпюи, задачники) Форхгеймера и др. (см.
Рис. 63. Приток безнапорной воды к совершенной скважине: Н – мощность водоносного пласта; R – радиус воронки; r – радиус скважины; S – понижение уровня воды при откачке; h – высота непониженного столба в скважине
Уровни воды (Рис. 63): ► Статический уровень – естественный, не нарушенный откачкой или нагнетанием уровень безнапорных подземных вод, т. е. до откачки ► Динамический уровень – уровень подземных вод в скважине или колодце, устанавливающийся во время откачки или при наливе воды. ► После прекращения откачки (налива) постепенно меняется до положения статического или пьезометрического уровня.
Поглощающие колодцы и их дебит ► ► ► Поглощающий колодец (скважина, шурф) предназначаются для сброса с поверхности земли сточных вод, для пополнения запасов подземных вод путем закачки в него воды, для оценки водопоглощения неводоносных пород, например, на полях фильтрации (рис. 66). Вокруг поглощающего колодца возникает воронка поглощения, по форме аналогичная депрессионной воронке, но обращенная выпуклостью вниз.
Взаимодействие водозаборов ► 1 – дренажные сооружения (канавы) эффективно осушают территорию, если расстояние между ними (канавами), меньше чем 2 R, депрессионные воронки пересекаются (рис. 61) ► 2 – водозаборы должны располагаться на расстоянии более 2 R, т. к. каждое сооружение может давать воду на уровне своего дебита
назад
8. Понижение уровня ГВ на строительных площадках При выборе рационального способа водопонижения учитывают не только характер возводимого или построенного сооружения, размер осушаемой зоны, но и конкретные гидрогеологические условия Типы дренажей: -естественный - осушение путем естественного стока ГВ в понижения (долины, реки, впадины) наклонной траншеей или подземной галереей; -искусственный - уровень вод снижается путем сбора и отвода воды специально построенными дренами.
Дренажные траншеи: а – открытые; б – закрытые
Головной дренаж (план и разрез): 1 – направление потока ГВ; 2 – головная дрена; 3 – сниженный уровень ГВ
► Буровой 4. 16. скважиной (абс. отметка устья 54, 6 м) вскрыты (сверху вниз) следующие слои (м): ► до 10, 4 —супеси, 10, 4. . . 25, 6 — твердые глины, 25, 6. . . 32, 0 —пески крупные и глубже — суглинки, вскрытая мощность которых 8, 0 м. Уровень первого водоносного горизонта установился на глубине 4, 2 м от устья скважины. Уровень второго водоносного горизонта появился на глубине 25, 6 м и установился в обсадных трубах на глубине 1, 5 м от устья скважины. ► Начертите схематическую колонку скважины и определите то, что указано в задании (cл. 18).
Тампонирование ►временное – глиной и различными тампонами, ►постоянное – заливкой скважины цементным раствором. ► ► ► Целью тампонирования является: изоляция и разделение отдельных водоносных горизонтов; предохранение обсадных труб от карродирующего воздействия солей подземных вод; выполнения санитарных мероприятий по изоляции непригодных для водоснабжения водоносных горизонтов от пригодных к эксплуатации; ликвидации скважин.
9. Режим и баланс подземных ► Режим подземных вод – изменение во времени уровня подземных вод, их химического состава, температуры и расхода. ► В естественных условиях для подземных вод характерен ненарушенный (естественный) режим, который формируется под влиянием метеорологических , гидрологических и геологических факторов.
К метеорологическим факторам ► количество выпадающих атмосферных осадков, испарение, температура воздуха, атмосферное давление. Они вызывают сезонные и годовые (многолетние) колебания уровня, а также изменения химизма, температуры и расхода грунтовых вод. Сезонные колебания обусловлены неравномерностью выпадения осадков и изменениями температуры воздуха в течение года ►
Антропогенные факторы: ► обводнение, осушение и орошение территорий, ► подпор со стороны водохранилища, ► водоотлив при строительстве, ► сброс промышленных и бытовых вод, ► водоотлив из горных выработок и др.
Баланс подземных вод ►– соотношение между приходом и расходом подземных вод на данном участке за определенное время. Режим и баланс взаимосвязаны и если первый отражает изменение количества и качества подземных вод во времени, то второй – результат этого изменения. ► Баланс может составляться для крупных территорий или для отдельных участков (поля орошения и фильтрации, групповые водозаборы). Участки, где проводятся измерения прихода и расхода подземных вод, называют балансовыми.
С помощью баланса характеризуют ► водообеспеченность района и возможности ежегодного пополнения запасов подземных вод, ► изучают причины подтопления территорий, ► прогнозируют изменение уровня подземных вод.
Загрязнение подземных вод - - - изменение их качества, которые приводят к превышению допустимых концентраций отдельных компонентов и общей минерализации воды и делают ее непригодной для использования. Основные источники загрязнения ПВ: бассейны бытовых и промышленных стоков, -участки складирования отходов, загрязненные воды поверхностных водоемов, неисправная канализационная сеть, избыточное применение удобрений и ядохимикатов.
Истощение запасов подземных вод - прогрессирующее снижение динамических уровней эксплуатируемого водоносного горизонта, часто при постоянном водоотборе без восполнения. - Снижение уровня подземных вод после прекращения водоотбора не восстанавливается в течение ряда лет.
Скачать презентацию Основы гидрогеологиии ►Гидрогеология — наука о подземных водах
Гидрогеология.ppt