2013-12-31
812
Рекомендуемая литература
В таблице 1 приведены номера скважин и водомерных постов для построения гидрогеологических разрезов по вариантам.
Введение
Целью изучения дисциплины «Гидрогеология и основы геологии» является приобретение студентами знаний и практических навыков в области геологии и гидрогеологии при решении вопросов природоохранного обустройства территорий, мелиорации, рекультивации, защиты и охраны земель и вод.
В рамках освоения курса студенты выполняют расчетно-графическую работу, которая состоит из шести заданий, отражающих раздел картографии в геологии и раздел состава и свойств подземных вод в гидрогеологии.
В методических указаниях приведены результаты отдельных видов геологических и гидрогеологических исследований. Используя эти результаты, следует по одному из вариантов выполнить следующие работы:
- построить гидрогеологический разрез;
- составить схематическую геолого-литологическую карту;
- построить карту гидроизогипс;
|
|
|
- построить карту глубины залегания уровня грунтовых вод (карту изобат);
- обработать и оценить химический состав подземных вод;
- составить схему откачки и рассчитать коэффициенты фильтрации по результатам опытной кустовой откачки.
Студенты выполняют один из двадцати вариантов каждого задания. Номер варианта указывается преподавателем.
Работа выполняется на листах формата А4, рисунки и чертежи выполняются на миллиметровой бумаге. Все единицы измерения даются в системе СИ.
В конце работы приводится список использованной литературы.
Оформление работы приводится согласно ГОСТа. Работа предоставляется руководителю и защищается за две недели до начала зачетной сессии.
Задание 1
Построение гидрогеологического разреза по скважинам
Построить геологический разрез по линии указанной в варианте (таблица 1), с использованием геологической карты масштаба 1:10000 (рисунок 1, 2), а также описания буровых скважин (таблицы 2, 3). Охарактеризовать историю геологического развития района, вытекающую из анализа построенного разреза.
В таблицах 2 и 3 по вариантам даны данные для построения гидрогеологического разреза.
На картах (рисунок 1, 2) показаны линии для построения разреза по 20 вариантам. Линия разреза должна пройти через скважины, указанные в таблице 2 по каждому варианту.
Таблица 1 – Номера скважин и водомерных постов для построения гидрогеологических разрезов по вариантам
| Номера вариантов | Номера скважин и водомерных постов на линии разреза |
| По карте 1 (рисунок 1) 17-5-6-7-8-(П-1) 1-2-3-4-5-6-7-8-(П-1) 17-4-11-12-13-14-(П-2) 15-16-17-18-19-20-21-22-(П-3) 9-17-18-19-20-21-22-(П-3) 18-6-13-14-(П-2) 15-2-3-4-5-6-7-8-(П-1) 9-3-19-20-21-22-(П-3) 18-2-11-12-13-14-(П-2) 9-10-11-12-13-14 (П-2) По карте 2 (рисунок 2) (П-3)-39-38-37-36-35-34 (П-2)-33-25-34 (П-3)-39-38-37-25-29 (П-1)-28-27-26-25-24-23 35-24-25-26-27-28-(П-1) (П-3)-39-38-37-36-23 (П-2)-33-32-31-30-29 (П-1)-28-27-26-25-30 (П-3)-39-26-25-24-23 37-26-32-33-(П-2) |
о – буровая скважина; – водомерные посты на реке; – граница затопляемости
|
|
|
Рисунок 1 – Карта 1. Направления гидрогеологических разрезов по вариантам 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 (М 1:10000).
о – буровая скважина; – водомерные посты на реке; граница затопляемости
Рисунок 2 – Карта 2. Направления гидрогеологических разрезов по вариантам 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18. (М 1:10000)
Таблица 2 – Горные породы и подземные воды к карте №1
Таблица 3 – Горные породы и подземные воды к карте №2
Примечание. Пояснение к таблицам 2 и 3: Г – глина; СГ1 – суглинок лессовидный; СГ2 – суглинок не слоистый ледниковый; СП – супесь; ПМ – песок мелкозернистый; ПР – песок разнозернистый; ПК – песок крупнозернистый; ПГ – песок гравелистый; ГР – гравий; Д – доломит; И – известняк
Данные по скважинам, находящимся на линии разреза по варианту, необходимо выписать из таблиц 2 или 3 в виде таблицы, форма которой показана в таблицах 4 и 5.
Таблица 4 – Горные породы и подземные воды к карте 1 (варианты 1–10)
| Скважины | Мощность пород, м | Абсолютная отметка уровня грунтовых вод, м | Абсолютная отметка уровней напорных вод, м | ||||||||||
| № скв | абс. отм. устья, м | Глубина, м | СГ1, dQIV | ПР, aQIV | СП, aQIII | ГР, aQIII | ПМ, K1 | Г, I3 | И, С3 | ||||
| появив. уровень | установ. уровень | ||||||||||||
| (П-4) |
Таблица 5 – Горные породы и подземные воды к карте 2 (варианты 11–20)
| Скважины | Мощность пород в метрах | Абсолютная отметка уровня грунтовых вод (м) | Напорные воды | |||||||||||
| № скв | абс. отм. устья (м) | глубина (м) | СГ1, dQIV | ПК, aQIV | СГ2, gQII | ГР, fgQI-II | СП, lgQI-II | ПМ, N2 | Г, N1 | Д, P2 | ||||
| глубина появления воды, м | глубина установ. уровня, м | |||||||||||||
| (П-4) |
Максимальная отметка шкалы определяется абсолютной отметкой самой высокой точки на поверхности земли по линии разреза. Эта отметка округляется до целого числа только в сторону завышения.
Минимальная отметка шкалы соответствует минимальной отметке дна или забоя скважины. Эта отметка также округляется до целого числа, но в сторону занижения. Абсолютную отметку дна скважины (Д, м) можно определить по формуле:
, (1)
где У – абсолютная отметка устья скважины, м (табл. 3 или 4 графа 2);
- глубина скважины, равная сумме мощностей всех пород, вскрытых при бурении данной скважины.
Из всех значений абсолютной отметки дна скважины (по количеству скважин на линии разреза) нужно выбрать наименьшее и отбросить его дробную часть. Целая часть и будет минимальной отметкой шкалы высот.
Разрез строится на миллиметровой бумаге. Горизонтальный масштаб следует взять равным масштабу карты, вертикальный масштаб нужно принять равным 1:100 или 1:200. Работу над построением гидрогеологического разреза можно условно разбить на несколько этапов, пример построения гидрогеологического разреза по этапам показан на рисунках 3-5.
|
|
|
Необходимо скопировать (с помощью копировального аппарата или другим способом) нужную карту на лист белой бумаги. Линия разреза должна пройти через скважины, указанные в таблице 1 в соответствии с вариантом. Эту линию необходимо показать на копии карты. Линию разреза с рисунка 1 или рисунка 2 следует перенести в горизонтальном положении в верхнюю часть листа бумаги, где Вы собираетесь строить разрез. Если линия разреза на карте ломаная, то общая длина горизонтальной линии должна быть равной сумме всех прямых отрезков, показанных на карте. Начало линии должно быть в 6-7 сантиметрах от левого края листа бумаги и вся линия должна проходить в 5 см от верхнего края листа бумаги.
С помощью измерителя или линейки на горизонтально проведенную линию наносятся скважины, расположенные на линии разреза, точки пересечения линии разреза с горизонталями, берегами рек.
Слева от горизонтальной линии на расстоянии 5-10 мм и ниже ее на 5-10 мм строится вертикальная шкала в масштабе 1:100 (1:200) с указанием абсолютных отметок через каждые два метра.
Пользуясь шкалой высот и используя все абсолютные отметки точек пересечения линии разреза с горизонталями и берегами рек, все абсолютные отметки устьев скважин, находящихся на линии разреза следует построить кривую рельефа поверхности земли по линии разреза.
От каждой скважины, отмеченной на горизонтальной линии, необходимо провести перпендикулярно вниз прямую линию – основу скважины (рисунок 3). Длина линии в масштабе должна быть равна глубине скважины. Абсолютные отметки дна скважины были вычислены ранее при установлении минимальной отметки шкалы высот.
На уровне минимальной абсолютной отметки шкалы высот проведите горизонтальную линию, ниже которой через 5-10 мм покажите строчки по примеру рисунка 5. Количество строчек зависит от количества водоносных горизонтов.
В таблицах 2 и 3 приведены результаты бурения скважин. В соответствии с вариантом из той или другой таблицы надо использовать данные скважин, показанных на линии разреза. На вертикальных линиях, изображающих на разрезе скважины, нужно отложить каждый слой пород, вскрытых при бурении. Откладывать слой пород нужно сверху вниз с учетом мощности каждой породы и выбранного вертикального масштаба. Каждый последующий слой породы (слева направо в таблице 2 и 3) откладывается вниз от подошвы (нижней границы) предыдущего слоя. Наиболее древняя порода в каждой скважине показывается только до дна скважины (рисунок 3).
|
|
|
Рисунок 3 – Гидрогеологический разрез. 1 этап
Между границами слоев в скважинах в виде линий по всему разрезу строятся границы между породами разного возраста, состава и происхождения. Начинать проведение границ следует сверху, с самых молодых пород. Это обычно породы четвертичной системы, по происхождению делювиальные, аллювиальные и реже – элювиальные (рисунок 4).
Делювиальные образования (суглинок, супесь) расположены на склонах в виде шлейфа или плаща прикрывающего лежащие ниже породы другие по возрасту, происхождению и составу.
Аллювиальные отложения расположены в пределах аккумулятивных террас, которые на топографической основе разреза легко выделяются своей равнинной, близкой к горизонтальной поверхностью.
Границы между остальными более древними породами проводятся последовательно сверху вниз, соединяя границы в соседних скважинах прямыми линиями. Для наиболее древней породы проводится только верхняя граница (рисунок 4).
Рисунок 4 – Гидрогеологический разрез. 2 этап
В зависимости от возраста пласты горных пород на разрезе закрашиваются (приложение А), а в зависимости от состава заштриховываются (рисунок 5).
Затем на разрез наносятся уровни воды всех вскрытых скважиной водоносных горизонтов. Уровни ненапорных подземных вод и установившиеся (пьезометрические) уровни напорных вод (ПУНВ) проводятся между скважинами в виде пунктирных линий. Если воды напорные, то справа от скважины проводится стрелка, начинающаяся от места появления воды в скважине до отметки установившегося уровня.
Рисунок 5 – Гидрогеологический разрез. 3 этап
В заключение, заполняются все строки под разрезом – номера скважин, абсолютные отметки устья скважин, расстояния между скважинами, абсолютные отметки уровней воды всех вскрытых скважиной водоносных горизонтов.
Ниже или справа от разреза приводятся условные обозначения для всех пород и подземных вод всех водоносных горизонтов (рисунок 5).
Задание 2
Построение схематической геолого-литологической карты
Снять копию с карты с рисунок 1 или рисунок 2 в зависимости от варианта. На копию перенести линию разреза. Около всех скважин показать прямоугольники высотой 10 мм и шириной 5 мм. На этих прямоугольниках, пользуясь данными таблиц 2 или 3, показать две верхние породы – первый и второй слой в верхней и нижней половине прямоугольника соответственно. Четвертичные породы показывают штриховкой в соответствии с составом, дочетвертичные породы показывают цветом и штриховкой.
В пределах площади карты выделите полосу шириной 15-20 мм, ограниченную двумя линиями. Эта полоса должна пройти через скважины, находящиеся на линии разреза. На выделенной полосе покажите вторые от поверхности породы. Границы между этими нижними породами по площади проводят с учетом элементов рельефа (горизонталей) и данных бурения скважин. На остальной площади карты показать верхние породы – только штриховкой четвертичные и цветом и штриховкой - дочетвертичные породы. И цвет и штриховка должны во всех случаях соответствовать показанным на гидрогеологическом разрезе. Пример составленной геолого-литологической карты показан на рисунке 6.
Рисунок 6 – Геолого-литологическая карта
Задание 3
Построение карты гидроизигипс
Сделать увеличенную копию карты в соответствии с выполняемым вариантом. Выписать около всех скважин абсолютную отметку уровня воды первого от поверхности водоносного горизонта; около водомерных постов на реке также написать абсолютные отметки (таблица 3 и 4). С помощью интерполяции найти на карте точки, где абсолютные отметки грунтовых вод будут целые числа.
Для интерполяции используйте абсолютные отметки водомерных постов и уровней воды во всех скважинах. Интерполировать нужно между соседними водомерными постами на реке, между соседними скважинами, между водомерными постами и ближайшими скважинами. По полученным при интерполяции точкам проведите линии, соединяя точки с одинаковыми отметками (голубым или синим цветом).
Интерполяцию удобно проводить с помощью палетки, представляющей собой систему параллельных линий (масштабную сетку), проведенных на кальке на равном расстоянии друг от друга (обычно 2-5 мм).
Выполняется интерполяция в следующей последовательности. Точки, отметки которых подлежат интерполяции, соединяют прямой вспомогательной линией (после окончания работы линия может быть стерта). Палетка накладывается на одну из точек таким образом, чтобы отметка на палетке и отметка точки совпадали. Эта точка фиксируется путем прокола булавкой. Далее палетка поворачивается вокруг булавки до тех пор, пока отметка второй точки не совпадет с отметкой на палетке. На пересечении отрезка, соединяющего с масштабной сеткой палетки, находят искомые точки. Целесообразно проводить интерполяцию, соединяя ближайшие точки отрезками так, чтобы последние образовывали в плане треугольники или четырехугольники (в данной задаче - квадраты).
После проведения гидроизогипс на одном берегу и написания их отметок в середине или концах линий, интерполируйте и проводите гидроизогипсы на другом берегу. Абсолютные отметки уровня грунтовых вод (УГВ) в скважинах, расположенных на разных берегах реки, использовать для интерполяции нельзя.
Полученные в результате гидроизогипсы пересекать русло реки не могут. Одни гидроизогипсы подойдут к руслу справа и слева от него в точки берега, где абсолютные отметки уровня воды в реке и абсолютные отметки гидроизогипс будут одинаковы. Другие гидроизогипсы в пределах площади карты к руслу реки не подойдут.
Для контроля правильности построения карты гидроизогипс следует помнить: гидроизогипсы могут пересекать горизонтали только с более высокими отметками; на заболоченных участках гидроизогипсы и горизонтали с одинаковыми абсолютными отметками совпадают; гидроизогипсы, абсолютные отметки которых равны абсолютным отметкам уровня воды в реке, по какому-либо створу, заканчиваются у берегов реки в этом створе.
Пример построенной карты гидроизогипс приведен на рисунке 7.
Рисунок 7 – Карта гидроизогипс
По карте гидроизогипс определить направление движения грунтового потока (показать стрелками на карте), величину напорного градиента (гидравлический уклон), скорость движения воды. Необходимо сделать вывод о характере взаимосвязи грунтовых и поверхностных вод – река питает грунтовые воды или грунтовые воды питают реку.
Гидравлический поток движется перпендикулярно гидроизогипсам от больших отметок к меньшим. Гидравлический уклон определяется по разности отметок гидроизогипс на выбранном для определения отрезке (вариант разреза), деленной на расстояние между ними (путь фильтрации).
Скорость движения воды определяется по формуле Дарси:
V = K∙I, (2)
где K – коэффициент фильтрации, м/сут (таблица 6),
I – гидравлический уклон.
Таблица 6 – Ориентировочные значения коэффициентов фильтрации рыхлых горных пород
| Горная порода | Коэффициент фильтрации, м/сут |
| Глина | <0,001 |
| Суглинок тяжелый | <0,05 |
| Суглинок легкий | 0,05-0,10 |
| Супесь | 0,10-0,50 |
| Лесс | 0,25-0,50 |
| Песок пылеватый | 0,5-1,0 |
| Песок мелкозернистый | 1-5 |
| Песок среднезернистый | 5-20 |
| Песок крупнозернистый | 20-50 |
| Гравий | 20-150 |
| Галечник | 100-500 |
Гидравлический градиент (уклон) определяется как разность отметок гидроизигипс, деленная на расстояние между ними
(3)
где h 1и h 2 – наибольшая и наименьшая отметки гидроизогипс;
L1-2– расстояние между гидроизогипсами.
Направление потока в плане перпендикулярно гидроизогипсам, или их касательным, если они криволинейны.
Задание 4
Построение карты глубин залегания уровня грунтовых вод
(карты гидроизобат)
Снять копию карты (рисунок 1, 2) в соответствии с выполняемым вариантом. Около всех скважин на карту выписать глубины уровня первого от поверхности горизонта грунтовых вод. Эти глубины определяются по разности между абсолютной отметкой устья данной скважины и абсолютной отметкой уровня грунтовых вод в этой скважине.
Для контроля и повышения точности построения линии равных глубин, следует также на эту карту перенести с карты гидроизогипс все точки пересечения горизонталей с гидроизогипсами и около них поставить глубину до воды в метрах (разность между абсолютными отметками горизонтали и гидроизогипсы). Выписав глубины уровня воды по всем скважинам, имеющимся на данной карте, следует дальше интерполировать по всей площади карты между скважинами и указанными выше точками пересечения горизонталей с гидроизогипсами. Найдите с помощью интерполяции точки, где глубина уровня грунтовых вод будет 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 5,0; 10,0 и т.д. через пять метров.
Начинать интерполяцию следует от берегов реки. У самого берега считать глубину равным нулю, по мере удаления от реки она изменяется в основном в зависимости от рельефа. Интерполяцию следует проводить независимо на правобережных и левобережных участках.
Точки с одинаковыми глубинами, полученные при интерполяции, соедините тонкими линиями. Площади между этими линиями (гидроизобатами) закрашиваются в разные цвета (смотри рисунок 8).
Рисунок 8 – Карта гидроизобат
Задание 5
Состав подземных вод
В таблице 8 приведены результаты сокращенного анализа грунтовых вод. Используя их (в соответствии с номером варианта) выполните следующее:
1) пересчитайте содержание ионов из мг/л в мг-экв/л и мг-экв%/л;
2) запишите результаты анализа в виде формулы М.Г.Курлова;
3) запишите результаты анализа в виде формулы солевого состава;
4) изобразите результаты анализа на диаграммах-треугольниках и диаграмме-квадрате;
5) оцените состав воды по общей минерализации, величине рН, химическому составу, жесткости и агрессивности по отношению к бетону.
Запишите данные анализа воды по своему варианту в форме таблицы 9.
Пересчет ионной формы в эквивалентную производится по схеме:
, (4)
На практике содержание каждого иона в мг/л умножается на пересчетный для каждого иона коэффициент (таблица 7). Коэффициент представляет собой величину, обратную эквивалентной массе данного иона. Результаты пересчетов, содержание каждого иона в мг-экв/л суммируется отдельно для катионов и анионов. Эти суммы должны быть близки друг другу.
Таблица 7 – Коэффициенты для пересчета из ионной формы (мг/л) в эквивалентную (мг-экв/л)
| Ионы | Коэффициенты | Ионы | Коэффициенты |
| Ca2+ | 0,0499 | 0,0164 | |
| Mg2+ | 0,0822 | 0,0208 | |
| Na++K+ | 0,0434 | Cl- | 0,0282 |
| K+ | 0,0256 | 0,0161 | |
| 0,05543 | 0,02174 |
Для получения мг-экв%/л, принимают раздельно сумму анионов и сумму катионов за 100%. Затем рассчитывается количество процентов, приходящихся на каждый анион и каждый катион в соответствии с их содержанием в мг-экв/л по формуле:
- для анионов; (5)
- для катионов, (6)
где ΣА и ΣК – суммы мг-экв/л анионов и катионов соответственно.
Правильность проведенного анализа контролируется величиной погрешности анализа в %:
(7)
Погрешность, в зависимости от категории анализа допускается от 2 до 5 процентов.
Таблица 8 – Состав подземных вод
| № варианта | Сухой остаток мг/л | Содержание ионов, мг/л | рH | Свободная, CO2, мг/л | Жесткость мг∙экв/л | |||||||||
| Cl- | Na++K+ | Mg2+ | Ca2+ | общая | устранимая | |||||||||
| 632,0 | 3,7 | 309,4 | 61,0 | 0,01 | 5,5 | 63,2 | - | 97,4 | - | 6,5 | 4,4 | 4,84 | 1,00 | |
| 414,1 | 2279,7 | 73,2 | - | 5,5 | 49,7 | 170,1 | 503,8 | - | 6,4 | 17,6 | 39,14 | 1,20 | ||
| 170,0 | 4,9 | 16,5 | 128,1 | - | 5,5 | 17,2 | 10,4 | 21,0 | 0,2 | 6,8 | 19,8 | 2,10 | 2,10 | |
| 336,0 | 12,3 | 46,5 | 12,2 | - | - | 5,1 | 5,2 | 255,5 | - | 5,9 | 3,8 | 13,10 | 0,20 | |
| 337,0 | 774,0 | 1400,7 | 140,3 | - | - | 724,6 | 162,5 | 168,7 | - | 6,8 | 20,8 | 21,77 | 2,30 | |
| 421,4 | 24,1 | 49,4 | 231,8 | - | - | 95,2 | 9,9 | 10,2 | - | 7,3 | 30,6 | 3,80 | 3,80 | |
| 501,0 | 54,0 | 165,0 | - | - | 333,0 | 33,0 | 38,0 | - | 7,3 | 18,4 | 4,60 | 2,70 | ||
| 810,0 | 800,0 | 866,0 | - | - | 560,0 | 52,0 | 52,0 | - | 8,1 | 10,0 | 6,86 | 6,86 | ||
| 246,0 | 82,1 | 28,0 | 219,6 | - | 4,2 | 13,8 | 6,9 | 62,9 | - | 6,4 | 30,8 | 3,71 | 3,60 | |
| 164,0 | 6,0 | 36,2 | 115,9 | - | 5,6 | 33,1 | 8,6 | 15,2 | - | 6,8 | 40,0 | 1,90 | 1,90 | |
| 320,0 | 15,9 | 74,1 | 195,2 | - | 6,9 | 47,6 | 13,2 | 42,9 | - | 7,2 | 13,2 | 3,23 | 3,20 | |
| 453,0 | 23,1 | 3,3 | 323,3 | - | - | 16,0 | 31,2 | 49,7 | - | 7,3 | 16,5 | 5,02 | 5,02 | |
| 395,0 | 96,0 | 38,0 | 146,0 | - | - | 71,0 | 18,0 | 26,0 | - | 7,0 | 20,4 | 2,77 | 2,39 | |
| 500,3 | 14,2 | 70,4 | 286,8 | - | - | 66,0 | 26,8 | 36,1 | - | 8,4 | 30,2 | 4,70 | 4,70 | |
| 186,0 | 6,4 | 8,0 | 97,6 | - | - | 10,1 | 9,7 | 14,0 | - | 7,4 | 17,8 | 1,49 | 1,49 | |
| 536,9 | 14,5 | 27,9 | 366,6 | - | - | 7,4 | 36,5 | 76,0 | - | 7,8 | 21,7 | 6,79 | 6,79 | |
| 440,6 | 16,0 | 0,6 | 213,5 | - | - | 19,3 | 20,1 | 70,1 | - | 7,6 | 25,4 | 5,15 | 3,50 | |
| 242,0 | 8,2 | 12,8 | 152,5 | - | - | 6,4 | 9,2 | 41,0 | - | 7,1 | 15,2 | 2,79 | 2,50 | |
| 279,0 | 3,9 | 28,0 | 231,8 | - | 4,2 | 23,7 | 5,8 | 61,1 | - | 7,0 | 30,8 | 3,53 | 3,53 | |
| 390,0 | 95,0 | 38,0 | 146,0 | - | - | 71,0 | 19,0 | 26,0 | - | 6,0 | 20,4 | 2,70 | 2,30 |
Таблица 9 – Пример пересчета и записи химического состава грунтовых вод
| Сухой остаток, мг/л | Катионы | Анионы | рН | Свободная CO2, мг/л | Жесткость мг∙экв/л | |||||||
| мг/л | мг-экв/л | мг-экв%/л | мг/л | мг-экв/л | мг-экв%/л | общая | устранимая | |||||
| Na++K+ | 20,5 | 0,89 | 29,87 | Cl- | 9,9 | 0,28 | 9,40 | 6,32 | 13,2 | 2,01 | 0,70 | |
| Mg2+ | 8,3 | 0,68 | 22,81 | 93,0 | 1,94 | 65,1 | ||||||
| Ca2+ | 28,3 | 1,41 | 47,32 | 42,7 | 0,70 | 23,49 | ||||||
| - | - | - | 3,8 | 0,06 | 2,01 | |||||||
| - | - | - | ||||||||||
| Итого | 51,7 | 2,98 | 149,4 | 2,98 |
Формула М.Г.Курлова представляет собой псевдодробь, в числителе которой в убывающем порядке записывается эквивалентное или эквивалентпроцентное содержание анионов, в знаменателе – катионов. Записываются только ионы, содержание которых равно или больше 10 мг-экв%/л. Перед дробной линией (слева) ставится буква «М», а рядом внизу в виде индекса записывается величина общей минерализации (сухой остаток) в г/л. Левее буквы «М» записываются в мг/л газы и специфические компоненты (Sp). Справа от дробной черты записываются показатели Еh, рН, Т(0С). Здесь же, иногда записывают плотность (для минерализованных вод) и дебит скважины или источника D в м3/сутки:
(8)
Формула М.Г.Курлова составленная на основании данных таблицы 8:
В формуле солевого состава независимо от содержания записываются в убывающем порядке все анионы и все катионы (мг-экв/л или мг-экв%/л), минерализация (г/л), газы и специфические компоненты (мг/л):
, (9)
По формулам дается название воды для ионов, превышающих 25 мг-экв%/л. Состав воды называется в возрастающем порядке: сначала по анионам, затем по катионам. Главным ионам в названии соответствуют полные прилагательные (например, хлорная), второстепенные краткие (гидрокарбонатно-сульфатно).
При большом количестве анализов, для наглядности и выделения распространения по площади и глубине различных типов воды, используются диаграммы – квадрат и треугольники.
| Cl-+SO42- |
| 100% |
| 100% |
| Ca2++Mg2+ |
| Na++K+ |
| HCO3- |
| На диаграмме в виде точки изображен состав воды: Ионы мг-экв%/л Na++K+ 29,87 Ca2++Mg2+ 70,13 HCO3- 23,49 Cl-+SO42 74,5 |
Рисунок 9 – Диаграмма-квадрат Толстихина
Диаграмма-треугольник Ферре используется часто одновременно с диаграммой-квадратом. Строятся два равносторонних треугольника одинакового размера в том же масштабе, что и квадрат. Один треугольник – для катионов, другой – для анионов.
На каждой из сторон треугольников сделайте шкалы в мг-экв%/л от 0 до 100% по часовой стрелке. В углах треугольника будет начало шкалы одного иона (0%) и окончание шкалы предыдущего против часовой стрелки иона (100%).
Распределите анионы и катионы в соответствующих треугольниках так, как показано на рисунке 10. В каждом треугольнике показан в виде точек анализ состава воды. Эти точки внутри каждого треугольника находятся на пересечении трех прямых линий параллельных сторонам треугольника. Эти линии должны начинаться на сторонах треугольника в точках, которые соответствуют процентному содержанию иона, изображенного на данной стороне треугольника.
Соедините середины сторон в каждом треугольнике прямыми линиями. При этом получим четыре равносторонних треугольника внутри данного. По расположению точек (анализов) внутри треугольников можно судить о распространении видов воды по катионному и анионному составу раздельно. В средний треугольник попадут точки для смешанных по составу катионов или анионов вод. В треугольниках, прилегающих к углам основного (большого) треугольника, будут места (точки) для гидрокарбонатных, сульфатных или хлоридных вод по анионам, и кальциевых, магниевых и натриевых вод по катионам (рисунок 10).
Рисунок 10 – Диаграмма-треугольник
Закончите работу оценкой состава воды по следующим по показателям:
1. Общая минерализация (сухой остаток), таблица 10.
Таблица 10 – Классификация природных вод по минерализации
| Вода | ГОСТ 17403, г/л | По Вернадскому В.И., г/л |
| Ультрапресная | - | <2 |
| Пресная | <1 | 0,2-1 |
| Солоноватая | 1-25 | Слабо 1-3 |
| Солоноватая | 1-25 | Сильно 3-10 |
| Соленая | 25-50 | 10-35 |
| Рассол | >50 | >35 |
2. Общая жесткость, таблица 11.
Жесткость воды – это свойство, которое ей придают присутствующие в ней ионы Са2+, Мg2+, Fе2+ и некоторые другие катионы. Количественно общая жесткость оценивается по сумме содержания названных ионов в мг-экв/л.
При кипячении часть ионов Са2+, Мg2+ соединяется с равным им (в эквивалентной форме) количеством иона НСО3, в результате чего образуется накипь. Эта часть ионов Са2+, Мg2+ называется устранимой жесткостью.
Таблица 11 - Классификация природных вод по общей жесткости
| Вода | Общая жесткость, мг-экв/л |
| Очень мягкая | <1,5 |
| Мягкая | 1,5-3,0 |
| Умеренно жесткая | 3,0-6,0 |
| Жесткая | 6,0-9,0 |
| Очень жесткая | >9,0 |
3. По концентрации ионов водорода, таблица 12.
Таблица 12 – Классификация природных вод по рН
| Вода | рН |
| Сильно кислая | <1,9 |
| Кислая | 1,9-4,0 |
| Слабокислая | 4,0-7,0 |
| Нейтральная | 7,0 |
| Слабощелочная | 7,0-8,3 |
| Щелочная | 8,3-10,3 |
| Сильно щелочная | >10,3 |
4. Класс (по треугольнику Ферре).
5. Группа (по треугольнику Ферре).
6. Агрессивность подземных вод.
Это свойство зависит химического и газового состава воды, скорости течения воды, температуры воды, материала подземных сооружений.
Оцените качественно (да, нет) агрессивность воды по отношению к бетону и портландцементу, например, для случая хорошо водопроницаемых пород (таблица 13).
- общая агрессивность рН=6,32 – да;
- углекислая агрессивность (свободная СО2=13,2 мг/л) – да;
- сульфатная агрессивность (SO42-=93,0 мг/л) – нет;
- магнезиальная агрессивность (Mg2+=8,3 мг/л) – нет.
Таблица 13 - Признаки агрессивности подземных вод
| Виды и показатели агрессивности | Грунты водопроницаемые (крупнообломочные, среднеобломочные) | Результат проявления агрессивности |
| Бетон, железобетон и бутобетон, портландцемент | ||
| Условие агрессивности воды | ||
| Общекислотная (pH) Выщелачивающая – (временная жесткость в мг-экв/л) | pH меньше 7,0 Временная жесткость меньше 1,03 мг-экв/л | Частичное растворение бетона |
| Сульфатная – (SO4 в мг/л) | Содержание SO42- больше 250 мг/л | Образование новых солей в трещинах и порах бетона. Механическое разрушение бетона |
| Магнезиальная – (Mg2+ в мг/л) | Содержание иона магния больше 2000 мг/л | Образование Mg(OH)2, понижение прочности бетона |
| Углекислая – (содержание свободной CO2 в мг/л) | Содержание свободной CO2 (мг/л) больше [a∙Ca2++b] (мг/л) | Растворение части бетона |
Таблица 14 – Значение коэффициентов «а» и «b»
| Временная жесткость, мг-экв/л | Суммарное содержание ионов SO42+Cl-, мг/л | |||||||||||
| 0-200 | 201-400 | 401-600 | 601-800 | 801-1000 | >1000 | |||||||
| а | b | а | b | а | b | а | b | а | b | а | b | |
| 1,4 | 0,01 | 0,01 | ||||||||||
| 1,8 | 0,04 | 0,04 | 0,03 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | ||||||
| 2,1 | 0,07 | 0,08 | 0,05 | 0,04 | 0,04 | 0,04 | ||||||
| 2,5 | 0,10 | 0,08 | 0,07 | 0,06 | 0,06 | 0,06 | ||||||
| 2,9 | 0,13 | 0,11 | 0,09 | 0,08 | 0,07 | 0,07 | ||||||
| 3,2 | 0,16 | 0,14 | 0,11 | 0,01 | 0,09 | 0,08 | ||||||
| 3,6 | 0,20 | 0,17 | 0,14 | 0,12 | 0,11 | 0,10 | ||||||
| 4,2 | 0,24 | 0,20 | 0,16 | 0,15 | 0,13 | 0,12 | ||||||
| 4,3 | 0,28 | 0,24 | 0,19 | 0,17 | 0,16 | 0,14 | ||||||
| 4,6 | 0,32 | 0,28 | 0,22 | 0,20 | 0,19 | 0,17 | ||||||
| 5,0 | 0,36 | 0,32 | 0,25 | 0,23 | 0,22 | 0,19 | ||||||
| 5,4 | 0,40 | 0,36 | 0,29 | 0,26 | 0,24 | 0,22 | ||||||
| 5,7 | 0,44 | 0,40 | 0,32 | 0,29 | 0,27 | 0,25 | ||||||
| 6,1 | 0,48 | 0,44 | 0,36 | 0,33 | 0,30 | 0,28 | ||||||
| 6,4 | 0,54 | 0,47 | 0,40 | 0,36 | 0,33 | 0,31 | ||||||
| 6,8 | 0,61 | 0,51 | 0,44 | 0,40 | 0,37 | 0,34 | ||||||
| 7,1 | 0,67 | 0,55 | 0,48 | 0,44 | 0,41 | 0,38 |
Задание 6
Расчет коэффициента фильтрации по результатам опытной откачки. Определение удельного дебита
В таблице 15 приведены результаты опытных кустовых откачек по вариантам.
Для выбора расчетных формул следует ответить на два вопроса:
1) из какого водоносного горизонта проводилась откачка – напорного или ненапорного?
2) центральная скважина была совершенной или несовершенной?
На первый вопрос дают ответ цифры, помещенные в графах 5 и 6 табл.15 – если оно одинаковы, то воды ненапорные, если глубина установившегося уровня больше, чем глубина появления воды, то воды напорные. На второй вопрос дает ответ графа 4. если известна мощность водоносного горизонта, то центральная скважина совершенная. В последнем случае для расчета используются формулы Дюпюи, применительно к двум участкам:
1. Центральная скважина и первая наблюдательная скважина.
1.1 Ненапорные воды
. (10)
1.2. Напорные воды
. (11)
2. Первая наблюдательная скважина, вторая наблюдательная скважина
2.1 Ненапорные воды
. (12)
2.2. Напорные воды
. (13)
где К1 и К2 – коэффициенты фильтрации, м/сут;
Х1 и Х2 – расстояние между центральной и соответственно первой и второй наблюдательными скважинами, м;
Q – расход воды, м3/сут;
r – радиус фильтра в центральной скважине, м;
H, m – мощность ненапорного и напорного водоносных горизонтов, м;
S, S1, S2 – понижения воды в центральной, в первой наблюдательной и во второй наблюдательной скважинах соответственно.
Таблица 15 – Результаты опытных откачек
| Вариант | Скважина № | Водоносные породы | Мощность водоносного горизонта (Н, m), м | Глубина статического уровня | длина рабочей части фильтра, м | Результаты опытных откачек | |||||||
| Расход Q, л/с | центральная скважина | наблюдательные скважины | |||||||||||
| появившегося, м | установившегося, м | диаметр 2r, мм | понижение S, м | первая | вторая | ||||||||
| расстояние от центральной Х1, м | понижение S1, м | расстояние от центральной Х2, м | понижение S2, м | ||||||||||
| песок | 8,6 | 1,6 | 1,6 | 8,5 | 0,80 | 2,2 | 4,0 | 1,6 | 10,0 | 1,45 | |||
| гравий | 9,0 | 9,0 | 9,0 | 1,0 | 1,00 | 1,8 | 5,0 | 1,5 | 15,0 | 1,42 | |||
| песок | 5,0 | 10,5 | 12,0 | 5,0 | 1,20 | 2,0 | 7,0 | 0,8 | 20,0 | 0,50 | |||
| песок | 6,0 | 10,2 | 13,1 | 6,0 | 1,50 | 1,6 | 6,0 | 0,9 | 15,0 | 0,74 | |||
| песок | 2,4 | 9,3 | 9,3 | 2,4 | 0,40 | 1,0 | 4,0 | 0,4 | 10,0 | 0,27 | |||
| гравий | 2,8 | 7,3 | 7,3 | 2,5 | 1,50 | 1,5 | 6,0 | 1,0 | 20,0 | 0,87 | |||
| песок | 4,0 | 5,5 | 12,5 | 4,0 | 0,60 | 3,0 | 8,0 | 1,5 | 20,0 | 1,14 | |||
| песок | 12,0 | 4,4 | 11,5 | 12,0 | 2,20 | 2,5 | 5,0 | 1,6 | 15,0 | 1,35 | |||
| песок разнозернистый | 14,0 | 22,8 | 22,8 | 14,0 | 1,20 | 2,8 | 6,0 | 1,2 | 16,0 | 0,85 | |||
| песок мелкий | 5,0 | 5,2 | 10,2 | 5,0 | 2,00 | 4,0 | 5,0 | 2,0 | 15,0 | 1,48 | |||
| супесь | 10,0 | 3,0 | 3,0 | 10,0 | 0,60 | 3,5 | 0,9 | 0,9 | 8,0 | 0,30 | |||
| песок мелкий | 6,0 | 7,2 | 15,0 | 6,0 | 1,20 | 3,0 | 5,0 | 1,1 | 15,0 | 0,60 | |||
| гравий | 4,0 | 14,2 | 22,6 | 4,0 | 2,00 | 2,5 | 6,0 | 1,0 | 18,0 | 0,60 | |||
| песок мелкий | 8,0 | 18,4 | 18,4 | 8,0 | 2,80 | 3,0 | 5,0 | 1,8 | 15,0 | 1,50 | |||
| песок | 7,5 | 15,0 | 25,0 | 7,5 | 1,80 | 4,0 | 6,0 | 1,5 | 20,0 | 0,80 | |||
| гравий и песок | 6,5 | 10,0 | 16,5 | 6,5 | 3,00 | 3,0 | 5,0 | 2,0 | 18,0 | 1,67 | |||
| песок | 7,0 | 9,0 | 18,0 | 9,0 | 2,00 | 2,6 | 6,0 | 1,1 | 15,0 | 0,75 | |||
| гравий и песок | 6,0 | 12,4 | 12,4 | 6,0 | 1,60 | 2,2 | 8,0 | 1,3 | 20,0 | 1,14 | |||
| песок | 10,0 | 5,5 | 25,5 | 10,0 | 2,40 | 2,5 | 5,0 | 1,3 | 20,0 | 1,00 | |||
| гравий | 3,5 | 5,8 | 5,8 | 3,5 | 0,65 | 1,5 | 5,0 | 1,0 | 15,0 | 0,87 |
а – воды напорные; б – ненапорные; 1н.скв. – первая наблюдательная скважина; 2н.скв. –вторая наблюдательная скважина
Рисунок 11 – Схематические разрезы при кустовой откачке (центральная скважина совершенная)
По каждому варианту следует определить К1 и К2 и сделать вывод – к какой группе в классификации пород по водопроницаемости относится данная порода (таблица 16).
Определите удельный дебит центральной скважины q, м2/сут:
. (14)
При откачке из несовершенных скважин используются другие зависимости. Ознакомьтесь с ними по литературным источникам.
Таблица 16 – Классификация горных пород по водопроницаемости
| Группа | Характеристика пород | К, м/сут |
| I | Очень хорошо водопроницаемые породы | 100-1000 и более |
| II | Хорошо водопроницаемые породы | 100-10 |
| III | Водопроницаемые породы | 10-1 |
| IV | Слабо водопроницаемые породы | 1-0,1 |
| V | Весьма слабо водопроницаемые породы | 0,1-0,001 |
| VI | Практически водонепроницаемые породы | <0,001 |
1. Ананьев, В.П. Основы геологии, минералогии и петрографии: учеб для вузов по направлению «Строительство» и строит. специальностям / В.П Ананьев. – М.: Высш. шк., 2000. – 303 с.
2. Кац, Д.М. Гидрогеология: учеб. для высш. с.-х. учеб. заведений / Д.М. Кац. – М.: Колос, 1997. –320 с.
3. Короновский, Н.В. Геология: учеб. для вузов по экол. специальностям / Н.В. Короновский, Н.А. Ясаманов. – М.: Академия, 2003. - 446 с.
4. Судо, М.М. Геология: учеб. пособие для вузов по экол. специальностям. – М Высш.шк., 2002. – 128 с.
5. Экологическая гидрогеология: учеб. для вузов по специальности 080300 «Поиски и разведка подзем. вод и инженерн.-геол. изыскания» направления подгот. 650100 «Прикладная геология» / А.П. Белоусов и др. – М.: Академкнига, 2008. – 219 с.
Приложение А
(справочное)
Условные обозначения возраста горных пород на геологических картах и разрезах
| Группы (эры) | Индек-сы | Системы (периоды) | Индек-сы | Отделы (эпохи) | Индексы | Окраска на картах | |
| Кайнозойская | KZ | Четвертичная (антропогеновая) | Q | Современный (голоценовый) Верхнечетвертичный новый (неоплейстоценовый) Среднечетвертичный, или средний (мезоплейстоценовый) Нижнечетвертичный, или древний (эоплейстоценовый) | Q4 Q3 Q2 Q1 | Белая Голубовато-серая Светло-серая Пепельно-серая | |
| Неогеновая | N | Плиоценовый Миоценовый | N2 N1 | Бледно-желтая | |||
| Палеогеновая | P | Олигоценовый Эоценовый Палеценовый | P3 P2 P1 | Оранжево-желтая | |||
| Мезозойская | MZ | Меловая | K | Верхний Нижний | K2 K1 | Зеленая | |
| Юрская | J | Верхний Средний Нижний | J3 J2 J1 | Синия | |||
| Триасовая | T | Верхний Средний Нижний | T3 T2 T1 | Фиолетовая | |||
| Палеозойская | PZ | Пермская | P | Верхний Нижний | P2 P1 | Оранжево-коричневая | |
| Палеозойская | PZ | Каменноугольная | C | Верхний Средний Нижний | С3 С2 С1 | Серая | |
| Девонская | Д | Верхний Средний Нижний | Д3 Д2 Д1 | Коричневая | |||
| Силурийская | S | Верхний Нижний | S2 S1 | Оливково-зеленая (светлая) | |||
| Ордовикская | O | Верхний Средний Нижний | O3 O2 O1 | Оливковая | |||
| Кембрийская | G | Верхний Средний Нижний | G3 G2 G1 | Сине-зеленая (темная) | |||
| Протерозойская | PR | Протерозой верхний | Венд | V R | Светло-розовая | ||
| Рифей | |||||||
| Средний | PR2 | ||||||
| Нижний | PR1 | ||||||
| Архейская | AR | Верхний | AR | Темно-розовая | |||
| Нижний (катархей) | kAR |
Приложение Б
(справочное)
Генетические типы четвертичных отложений
| Группа и парагенетический ряд | Генетический тип | Индекс | |
| Вулканические образования | β | ||
| Морские отложения | m | ||
| Антропогенные (техногенные) отложения | t | ||
| Континентальные осадочные образования | Элювиальный ряд | Элювий | e |
| Почва | pd | ||
| Склоновый ряд. Гравитационные отложения (коллювий) | Обвальные и осыпные накопления | gr | |
| Оползневые накопления | dp | ||
| Солифлюкционные накопления | dfs | ||
| Девювий | d | ||
| Ряд отложений русловых водных потоков | Аллювий | a | |
| Пролювий | p | ||
| Ряд озерных отложений | Озерные отложения в целом | <
