2014-02-17
1035
Задание 5
Построение карты глубин залегания уровня грунтовых вод
Задание 4
(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
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 |
