Шпаргалка по "Геологии"

Капиллярностью грунта называют его способность содержать и пропускать капиллярную воду.

Водноколлекторские свойства горных пород определяются их пористостью и трещиноватостью. По характеру пустот породы-коллектора могут быть подразделены на следующие категории: 1) гранулярные или рыхлые зернистые пористые породы, такие, как пески, гравий, галечники; 2) трещиноватые скальные породы с трещинной пустотностью - песчаники, известняки, доломиты, магматические, метаморфические породы и др.; 3) трещиноватые и трещинно-карстовые породы, такие, как известняки, доломиты, гипсы, соли. Общая пористость пород выражается отношением объема всех пор (vp) к объему всей породы (v): n=vp/v; или в процентах: п=vp/v •100%. Пористость осадочных пород и их водопроницаемость зависят от: 1) формы и расположения составляющих частиц; 2) степени их отсортированности; 3) цементации и уплотнения; 4) выноса (выщелачивания) растворимых веществ, сопровождающегося образованием различных карстовых полостей; 5) характера и степени трещиноватости и наличия разломов. На водопроницаемости горных пород сказывается характер сложения зерен.

25 Основные виды подземных вод и их характеристика

1 воды зоны аэрации, почвенные воды, верховодка, капиллярная зона. Зона аэрации занимает верхний слой почвенно-грунтовой толщи: от земной поверхности до уровня грунтовых вод.. Через зону аэрации осуществляется взаимосвязь атмосферы и грунтовых вод. В этой зоне происходят: инфильтрация дождевых и талых вод, формирование почвенной воды и верховодки, фильтрация гравитационной воды и дедукция влаги растительностью с последующей ее транспирацией. Попадая после дождей и таяния снега в грунт, воды расходуется прежде всего на смачивание почвенного слоя и формирование почвенных вод, под которыми понимают временное скопление свободной и капиллярной воды в почвенной толще. Верховодка – временные, сезонные скопления подземных вод. Выше уровня грунтовых вод в пределах зоны аэрации располагается капиллярная воды. Воды этой зоны участвуют в питании почвенных вод и поглощаются корневой системой растений.

2 воды зоны насыщения, грунтовые воды. Грунтовые воды – это подземные воды первого от поверхности постоянно существующего водоносного горизонта, залегающего на первом выдержанном по площади водоупорном плате. Питание грунтовых вод осуществляется путем инфильтрации через зону аэрации атмосферных осадков, конденсации водяного пара и поглощения вод из водотоков и водоемов. Разгрузка грунтовых вод осуществляется в виде источников, фильтрацией в русло водотока или ложе водоема, путем испарения и перетекания в нижележащие водоносные горизонты. Грунтовые воды распространены почти повсеместно, тяготеют к рыхлым четвертичным отложениям, участвуют в питании рек, легко доступны для практического использования.

3 артезианские и глубинные воды. Артезианские воды – это напорные подземные воды, залегающие в водоносных горизонтах между водоупорными пластами. Артезианские воды залегают глубже горизонта грунтовых вод и имеет более стабильный режим. Глубинные воды – это расположенные на больших глубинах напорные подземные воды, испытывающие воздействие геостатического давления и эндогенных сил. Глубинные воды обнаружены в глубоких зонах тектонических нарушений и в глубоких частях осадочных толщ в а артезианских бассейнах.

4 другие типы подземных вод. Воды надмерзлотных таликов – аналоги обычных грунтовых вод, Эти воды представлены подрусловыми, подозерными и склоновыми таликами. Межмерзлотные безнапорные воды сходны с обычными грунтовыми водами.

26 Виды движения подземных вод

Под влиянием капиллярных сил, силы тяжести и градиентов гидростатического давления подземные воды приходят в движение. Движение подземных вод в зонных аэрации и насыщения существенно различается.

В зоне аэрации происходит проникновение атмосферных осадков и поверхностных вод в грунт, называемое просачиванием. Различают свободное просачивание и нармальную инфильтрацию. В первом случае движение воды в грунте вертикально вниз происходит под действием силы тяжести и капиллярных сил в виде изолированных струек по капиллярным порам и отдельным канальцам4 при этом пористое пространство грунта остается не насыщенным водой и в нем сохраняется движение атмосферного воздуха, что исключает влияние гидростатического давления на движение вода. Во втором случае движение воды происходит сплошным потоком под действием силы тяжести, градиентов гидростатического давления и капиллярных сил; поры заполнены водой полностью.

В зоне насыщения под действием силы тяжести и гидростатического давления свободная вода по порам и трещинам грунта перемещается в сторону уклона поверхности водоносного горизонта или в сторону уменьшения напора. Это движение называется фильтрацией. Движение свободной воды как при нормальной инфильтрации в зоне аэрации, так и при фильтрации в зоне насыщения имеет в мелкопористых грунтах ламинарный режим.

Коэффициент фильтрации характеризует водопроницаемость грунтов. Он зависит от количества и размера пор и от свойств фильтрующей жидкости. Клэффициент фильтрации, как это следует из формулы Дарси (vф = КфI), численно равен скорости фильтрации при гадравлическом уклоне, равном 1. Скорость движения воды V, по линейному закону А. Дарси, пропорциональна коэффициенту проницаемости (коэффициенту фильтрации) К и гидравлическому градиенту J: V=KJ, где J=h (разница высот) /е (пройденное расстояние). Скорость движения воды в песках от 0,5 до 1-5 м/сут, в галечниках значительно увеличивается. Особенно большая скорость потока грунтовых вод местами наблюдается в крупных подземных карстовых каналах и пещерах.

27 определение коэффициентов фильтрации

Определение коэффициентов фильтрации способом восстановления воды в скважине после откачки.  Когда измерения сделаны, воду из скважины вычерпывают почти до дна. Вычерпывание удобно производить специальным черпаком или консервной банкой емкостью 0,5 л, которая укрепляется на длинной деревянной ручке. После откачки воды быстро измеряют расстояние Y0, от поверхности почвы до понижения уровня воды в скважине и замечают время измерения по часам. При дальнейшем подъеме воды эти измерения периодически повторяют, при каждом измерении величины Yn, отмечают время. Эти измерения повторяют до тех пор, пока уровень воды в скважине не поднимется почти до первоначального положения (до откачки). Таких измерений делают от 6 до 8 и более. Время, через которое проводят измерения, зависит от скорости подъема воды в скважине. Когда уровень воды в скважине приблизительно займет свое первоначальное положение, нужно произвести вторую откачку из скважины и повторить измерения. Далее обработка материалов может производиться аналитическим или графическим способами. При аналитическом способе каждое значение логарифма делят на соответствующее значение секунд и получают условные тангенсы угла наклона tg . Затем получают средние значения tg для I и II откачек. Вычисление коэффициентов фильтрации K в см/с производят по следующей формуле: K = 32,6 r2/H tg , где r – радиус скважины, см; Н – глубина воды в скважине, см;

Второй метод – метод инфильтрации (способ Болдырева). При определении коэффициента фильтрации этим методом на выбранном месте устраивают шурф сечением не менее 0,2 х 0,2 м или скважину диаметром не менее 0,2 м. Дно шурфа или скважины должно доходить до поверхности того слоя, водопроницаемость которого определяется. При глубоком залегании изучаемого слоя (глубже 0,5 – 0,6 м) сначала выкапывают обычный почвенный шурф (яму), а на дне его устраивают измерительный шурф или скважину. В неустойчивых грунтах шурфы или скважины закрепляются. В дно их забивают колышек, возвышающийся над дном на 5 – 10 см, и насыпают слой мелкого гравия или песка толщиною около 2 см. В шурф или скважину наливают воду до верха колышка. Затем выливают определенное количество воды и отмечают время долива на часах.  Когда уровень воды  в скважине снизится до верха колышка, опять выливают то же количество воды и замечают время и т.д. Так как сначала одновременно с фильтрацией происходит и впитывание воды в почву до определенной влажности, то поступление воды в почву с течением времени замедляется. Исследования продолжаются до тех пор, пока фильтрационный расход не стабилизируется (установившийся расход). Коэффициент фильтрации вычисляют по формуле:  K = Q/F,     где Q – установившийся расход воды, см3/с; F – площадь смоченной поверхности шурфа или скважины, см2. Площадь определяют по формулам: для скважины с незакрепленными стенками F = r(r + 2Z); для скважины с закрепленными стенками F = r; для шурфов с незакрепленными стенками F = ab + 2(a + b)Z; для шурфов с закрепленными стенками F = ab, где r – радиус скважины, см; a и b – длины сторон прямоугольного шурфа, см; Z – высота постоянного слоя воды, см.

29 определение направлений и скорости движения подземных вод

Определение направленности   движения подземных вод.Направление движения подземных вод легко устанавливается при наличии карт гидроизогипс (либо гидроизопьез) по изучаемым водоносным горизонтам. По таким картам направление движения подземных вод определяется линиями токов, проведенным перпендикулярно,  к линиям равного напора  гидроизогипсам или гидроизопьезам по уклону потока.По отсутствии карт, отражающих положение свободной или пьезометрической поверхности подземных вод, для определения направления их движения необходимо иметь не менее трех выработок, чтобы установить отметки уровня подземных вод. Выработки желательно располагать по углам равностороннего треугольника  с длиной  стороны от 50 до 200 метров(чем меньше уклон потока, тем больше расстояние между скважинами). По известным или установленным отметкам уровня подземных вод путем интерполяции составляется план изолинии свободной или изотермической поверхности определяется направление движения потока по линиям токов.

Для получения надежных данных о направлениях движения потоков подземных вод следует использовать материалы режимных наблюдений(карты изолиний на различные периоды времени). Определение направления движения по картам гидроизогипс следует считать основным методом при отсутствии карт достоверных данных об отметках уровней в отдельных точках направление  давления подземных вод можно устанавливать с помощью геофизических(фотографирование в скважинах конусов распространения красителя от точечного источника, метод заряженного тела, замеры интенсивности конвективного переноса тепла в разных направления от датчика, круговые измерения естественного потенциала и др.), радиоиндикаторных и других методов.Геофизические методы определения направления движения подземных вод.Наиболее  перспективными являются односкважинные методы, в том числе метод фотографирования конусов выноса от точечного источника красителя, при котором периодически фотографируются распространяющиеся от специальной капсулы конуса красителя на фоне стрелки магнитного указателя. Всего  за один спуск можно наполнить до 60 снимков, направление движения подземных вод определяется по направлению конуса заноса красителя для получения надежных результатов достаточно 4-6снимков.Точность определении направления подземного потока может быть оценена величиной относительной погрешности от 3 до 20, в значительной мере погрешность зависит от скорости движения подземных вод. Метод может использоваться при скоростях фильтрации не ниже 0,5 м/сут. По времени существования конуса можно ориентировочно определить и скорость фильтрации.Этот метод значительно менее апробирован, по сравнению с радиоиндикаторным, но он несколько проще в пополнении и не требует согласования  с органами санэпидемнадзора.Односкважинные методы осуществления направления движения подземных вод  не рекомендуется использовать в породах с редкой и неравномерной трещиноватостью. Индикаторные  методы определения направления и скорости движения подземных вод.Одним из важнейших показателей  миграции подземных вод является действительная скорость из движения или фильтрации Vд, которая связана со скоростью фильтрации V соотношением: Vд =V/na,   (6)где na-активная в фильтрационном отношении пористость породы, равная разности между полной плотностью no и объемным содержанием связной породы nс и защемленного воздуха nз , т.е. na= no- nс- nз.при решении задач следует учитывать, что действительная скорость фильтрации, определяющая конвективный перенос вещества и тепла с фильтрационным потоком, может изменяться за счет сорбции солей и растворов , выщелачивания, фильтрация микроорганизмов и других факторов.При наличии карт гидроизогипс и данных о коэффициенте фильтрации пористости водоносных пород действительная скорость Vд может быть определена по значению скорости фильтрации  с учетом(6).Однако более надежным представляется определение действительной скорости движения подземных вод с помощью специальных полезных опытов, среди которых наиболее практическое применение получили индикаторные методы, основанные на введении в испытуемый горизонт через пусковые скважины каких-либо индикаторов и определении скорости их передвижения в условиях подземного потока  по времени появления индикаторов в наблюдательных скважинах.В качестве наиболее часто практикующих индикаторов используются вещества (флюоресцеин, уранин, эритрозин и др.), электролиты, радиоактивные индикаторы.Перед проведением опыта участок  работ необходимо хорошо изучить в геолого-гидрогеологическом отношении. В пусковых  и  наблюдательных скважинах с помощью геофизических исследований раскодометрии, лабораторных работ и поинтервального опробования  должны быть выделены соответствующим образом  изучены и при необходимости изолированы пласты, горизонты или интервалы, подлежащиеисследованию.Наблюдательные скважины для прослеживания передвижения индикаторов закладываются ниже по потоку на расстоянии от 0,5 до 2 м в суглинистых и супесчаных породах, от 2 до 8ь в песчаных зернистых породах, от 3 до 15  в гравийно–галечных породах, от 15 до 30 в закарстованных породах. Количество наблюдательных скважин (односкважинные методы)  если для таких определений используются данные  наблюдений за изменением концентрации индикатора во времени или за его распространением непосредственно в пусковой скважине(фотографирование конусов распространения красителей).Появление индикатора в наблюдательных скважинах устанавливается химически, электролитическим и колориметрическим способами, при этом первые два дают наиболее надежные результаты.При химическом способе появления индикатор устанавливается по изменению его концентрации в периодически отбираемых из наблюдательных скважин конусах воды. Для более точного и обоснованного установления момента появления индикатора в наблюдательной  скважине  результаты определения изображаются в виде графика изменения концентрации индикаторов  во времени С=F(t)/ время прохождения индикатора от пусковой скважины tмакс исчисляется с момента его запуска в пусковую скважину до момента максимальной концентрации индикатора в наблюдательной скважине. рис.4

Изменение концентрации индикатора  С в наблюдаемой скважине во времени t : 1-точка появления индикатора в наблюдательной скважине,2-точка максимальной концентрации индикатора.Действительная скорость движения подземных вод Vд определяется  как частное от деления пройденного индикатором расстояния L на время :Vд=L/ tмакс (7)Радиоиндикаторные методы.В последние годы все более широкое применение для определения направления в скорости движения подземных вод, а также для решения многих других практических задач приобретают радиоиндикаторные методы. В качестве индикаторов для мечения воды используются различные радиоизотопы. Контрольным перемещением изотопов ведется по замерам интенсивности излучения их концентрации. Возможность использования радиоактивных  индикаторов  низких концентрацией, их сравнительно незначительная сорбционная способность и высокая точность определений предопределяют большие перспективы применения радиоиндикаторных методов для решения гидрогеологических задач и , в частности, для определения направления и скорости движения подземных вод. Наибольшее применение в качестве  индикаторов находят  различные соединения.Радиоиндикаторные методы применяются в различных вариантах и модификациях.Суть односкважинного радиоиндикаторного  метода заключается в проведении наблюдений  за изменением во времени концентрации введенного в скважину радиоактивного индикатора. Изменения концентрации индикатора во времени и эпюры распределения его активности , получаемые с помощью зонда, опускаемого в скважину, являются основанием для определения расхода, скорости и направления движения потока подземных вод. Особенно эффективным является этот метод при импульсном поведении радиоиндикаторов.

33 гидрологические посты

Гидрологические посты устраивают для проведения систематически» наблюдений на реках при изучении гидрологического режима. Для целей гидромелиорации немаловажное значение имеют наблюдения за уровнями и расходами воды, проводимые на водомерных постах, являющихся составной частью гидрологических постов. Простейшие водомерные посты бывают двух видов – свайные и реечные.                    

Свайный водомерный пост устраивают на прямолинейном участков реки, где нет подпора воды, возникающего вследствие какого-либо препятствия, замедляющего течение воды. При устройстве поста, перпендикулярного течению воды, намечают створ, по которому устанавливают репер (на незатопляемой части берега) и сваи. Сваи устанавливают на берегу и в дно реки по одной линии. Нумерация свай идет от репера. Число свай зависит от крутизны берега и амплитуды колебания уровня воды.