Четвертый семестр / Четвертый семестр / Гидрогеология / РП_Основы_гидрогеологии_З-2131

УТВЕРЖДАЮ Директор ИПР

___________А.Ю. Дмитриев «___»_____________2015 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ НА УЧЕБНЫЙ ГОД

ОСНОВЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ

Направление 130101 «Прикладная геология»

Профили подготовки (специализация, программа) 130101.1 «Геологическая

съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»; 130101.2 «Геология нефти и газа»; 130101.3 «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания»

Квалификация (степень) специалист Базовый учебный план приема 2013 г. Курс 2 семестр 4 Количество кредитов 3 Код дисциплины ПЦ.Б.7.0

Вид промежуточной аттестации ЗАЧЕТ Обеспечивающее подразделение ГИГЭ Форма обучения ЗАОЧНАЯ

И.о. заведующего кафедрой ГИГЭ ____________________________Строкова Л.А.

1. Цели освоения модуля (дисциплины)

Основной целью дисциплины является: формирование у обучающихся системного научного гидрогеологического мировоззрения на основе знаний о подземных водах, их ресурсах и составе, закономерностях пространственного распределения, взаимодействия с окружающими земными оболочками, о практическом значении, рациональном использовании и охране подземных вод, что способствует достижению целей Ц1, Ц2 и Ц4 ООП:

Ц1 Выпускники обладают глубокими общенаучными и инженерными знаниями, практическими навыками и личностными компетенциями, имеют широкую эрудицию и стремление к постоянному повышению своего профессионализма в области прикладной геологии.

Ц2 Выпускники ведут комплексную инженерную деятельность в области проектирования и реализации геологических работ, связанных с прогнозированием, поиском и разведкой полезных ископаемых.

Ц4 Выпускники готовы к индивидуальной и командной работе, проявлению лидерства и творческого подхода к решению междисциплинарных задач комплексной инженерной деятельности.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Основы гидрогеологии» относится к профессиональному циклу и занимает важнее место в структуре ООП, является базовой дисциплиной для специализации «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания».

Для успешного освоения дисциплины «Основы гидрогеологии» обучающиеся должны обладать знаниями о строении земной коры, генезисе горных пород, уметь применять знания и умения, полученные при изучении дисциплин математического и естественного цикла. Дисциплине «Основы гидрогеологии» предшествует освоение дисциплин (ПРЕРЕКВИЗИТЫ):

«Общая геология»,

«Химия»,

«Основы палеонтологии, общая стратиграфия»,

«Кристаллография и минералогия»,

«Структурная геология»,

«Петрография»,

«Общая геохимия»,

«Специальная химия».

«Экология».

Содержание разделов дисциплины «Основы гидрогеологии» согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых параллельно (КОРЕКВИЗИТЫ):

«Основы гидравлики, гидрологии и гидрометрии»,

«Основы инженерной геологии»,

«Метрология, стандартизация и сертификация».

2

3.Результаты освоения дисциплины

Всоответствии с требованиями ООП освоение дисциплины «Основы гидрогеологии» направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов обучения), в т.ч. в соответствии с ФГОС:

Таблица 1

Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной дисциплины

В результате освоения дисциплины «Основы гидрогеологии» студентом должны быть достигнуты следующие результаты:

Таблица 2

4. Структура и содержание дисциплины Раздел 1. Введение. Вода в недрах.

Теоретические и методологические основы Общей гидрогеологии. Связь гидрогеологии с другими науками. Роль воды в геологических процессах. Основные понятия в гидрогеологии. Понятие о водоносных горизонтах и водоносных комплексах. Элементы водоносного горизонта. Гидроизогипсы и гидроизопьезы.

Развитие учения о подземных водах. Роль русских и советских ученых в развитии Гидрогеологии. Краткий обзор работ зарубежных ученых по вопросам изучения подземных вод.

Распределение воды в земной коре. Критическая температура. Зона аэрации, насыщения и капиллярная подзона. Виды воды в горных породах и минералах. Связанная и свободная вода. Виды связанной воды. Капиллярная и гравитационная вода. Парообразная и твердая вода. Влажность горных пород. Водные свойства горных пород: влагоемкость, водоотдача, недостаток насыщения, капиллярность, водопроницаемость. Водопроницаемость и проницаемость горных пород. Единицы измерения водопроницаемости.

Распределение воды в атмосфере и литосфере. Климатический круговорот воды в природе. Понятие о стоке в водном балансе.

Геологический круговорот воды, его направленность, источники энергии, движущие силы, основные этапы. Мантийный, океанический и космический круговороты.

Виды учебной деятельности:

Лекции:

ЛК. 1 Введение. Краткая история идей. Основные понятия в гидрогеологии. Понятие о водоносных горизонтах и комплексах.

ЛК. 2 Вода в земной коре. Виды воды в горных породах. Коллекторские свойства горных пород.

Лабораторные работы:

ЛБ. 1. Построение и анализ гидрогеологического разреза

Раздел 2. Основы гидрогеодинамики и гидрогеохимии

Разнообразие форм движения воды. Общие сведения о типах гидродинамических режимов. Гидродинамическая зональность земной коры. Пластовые давления и их природа. Закон Дарси. Основные элементы фильтрационного потока. Режим и баланс подземных вод.

Состав и строение воды. Физические свойства подземных вод. Вода, как сложный раствор. Концентрация водородных ионов. Химический состав подземных вод. Микроэлементы в подземных водах и их роль.

Формы выражения анализов природных вод. Графическое изображение состава вод. Краткие сведения о систематизации анализов вод и химических классификациях подземных вод. Карта химического состава подземных вод. Общая минерализация, классификация вод по минерализации. Жесткость воды и

4

ее виды.

Виды учебной деятельности:

Лекции:

ЛК. 3 Основные законы движения ПВ. Кривая депрессии, гидродинамические элементы фильтрационного потока.

Лабораторные работы:

ЛБ. 2 Определение коэффициента фильтрации с помощью трубки СПЕЦГЕО.

Раздел 3. Пространственные формы залегания подземных вод

Классификации подземных вод по условиям их залегания, распространения, происхождения, водообильности, характера трещинноватости, химического и газового состава и др. (Ф.И.Саваренского, О.К. Ланге, А.М. Овчинникова, Е.В. Пиннекера и др.).

Основные типы подземных вод: верховодка, грунтовые и артезианские воды. Воды зоны аэрации. Верховодка и ее режим. Верховодка районов избыточного увлажнения и пустынь. Особенность болотных и почвенных вод.

Грунтовые воды. Понятие о грунтовых водах. Условия залегания грунтовых вод. Формы грунтовых потоков и бассейнов. Виды залегания грунтовых вод. Режим грунтовых вод. Понятие о балансе грунтовых вод. Зональность грунтовых вод (В.С. Ильин, О.К. Ланге, Г.И. Каменский и др.). Грунтовые воды выщелачивания и континентального засоления. Характеристика основных типов грунтовых вод. Артезианские воды. Понятие об артезианских бассейнах и артезианских склонах. Пьезометрическая поверхность напорных вод. Условия питания и разгрузки напорных вод. Взаимоотношение артезианских и грунтовых вод. Особенности режима артезианских вод. Химический состав и зональность артезианских вод.

Подземные воды многолетней мерзлоты. Распространение криолитозоны на территории СССР. Условия залегания подземных вод в области многолетней мерзлоты. Деятельный слой и его режим. Талики и их роль в питании подземных вод, классификация таликов. Воды над-, меж- и подмерзлотные по Н.И. Толстихину. Воды областей современного вулканизма, их распространение, генезис и условия залегания, особенности состава. Гейзеры, мафеты и др. особенности разгрузки. Грунтовые воды трещин коры выветривания и лавовых покровов. Особенности гидрографии и гидрогеологии карстовых районов. Примеры районов развития карстовых вод. Гидрологические особенности вод зон тектонических нарушений.

Виды учебной деятельности:

Лекции:

ЛК. 4 Верховодка, грунтовые воды. Артезианские воды.

Лабораторные работы: ЛБ. 3 Решение задач.

5

5. Образовательные технологии

При изучении дисциплины «Основы гидрогеологии» используются следующие образовательные технологии:

Таблица 3

Методы и формы организации обучения

Для реализации курса «Основы гидрогеологии» используются несколько методов интерактивного обучения: работа в малых группах, проблемно ориентированное обучение, исследовательский метод и др. Указанные технологии используются как на лекционных, так и на лабораторных занятиях.

6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

6.1. Виды и формы самостоятельной работы

Самостоятельная работа студентов включает текущую и творческую проблемно-ориентированную самостоятельную работу (ТСР).

Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:

-работе с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуально заданной проблеме курса,

-выполнение домашних заданий, домашних контрольных работ,

-опережающая самостоятельная работа,

-изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку,

-подготовка к лабораторным работам, к практическим и семинарским занятиям;

-подготовка к контрольной работе и коллоквиуму, к зачету.

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР),

направлена на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала магистрантов и заключается в:

- поиске, анализе, структурировании и презентации информации, - исследовательской работе и участии в научных студенческих

6

конференциях, семинарах и олимпиадах;

-анализе научных публикаций по заранее определенной преподавателем теме;

-анализе статистических и фактических материалов по заданной теме, проведение расчетов, составление схем и моделей на основе статистических материалов.

Студенты имеют возможность из всего многообразия научных проблем, указанных преподавателем выбрать наиболее интересную и полезную.

6.2. Содержание самостоятельной работы по дисциплине Темы, выносимые на самостоятельное изучение:

Тема 1 Основные этапы развития науки гидрогеологии (перечислить этапы развития гидрогеологии, назвать имена 5 ученых, внесших значительный вклад в развитие гидрогеологии, указать сферу их деятельности и основные заслуги).

Тема 2 Особенности строения жидкой воды и ее некоторые физические свойства. Тема 3 Водные свойства горных пород.

Тема 4 Поверхностный и подземный сток. Основные характеристики поверхностного стока (расход, модуль стока, объем стока, слой стока, норма стока, коэффициент стока, модульный коэффициент).

Тема 5 Круговорот воды в земной коре (климатический и геологический). Тема 6 Химический состав подземных вод.

Тема 7 Теории происхождения подземных вод (суть теории и ее основатели). Тема 8 Особые условия залегания подземных вод (районы многолетней мерзлоты и современного вулканизма).

Тема 9 Минеральные, промышленные и термальные воды.

В рамках самостоятельной работы студенты также выполняют контрольную работу.

Контрольная работа

Контрольная работа состоит из двух задач и одного творческого задания.

Задача 1. Построение карты гидроизогипс.

Район гидрогеологических исследований расположен на левобережье реки, где развиты надпойменные террасы и высокие уровни рельефа. На территории пробурены скважины, по которым проводились наблюдения за уровнем грунтовых вод. Данные об абсолютных отметках уровня грунтовых вод, глубинах их залегания, а также об абсолютных отметках уровней воды в реках на водомерных постах показаны на рисунке (Приложение 1) и приведены в таблице 4. Описание разрезов по скважинам дано в таблице 5.

Требуется:

1)построить карту гидроизогипс (гидроизогипсы провести через 1 м) и глубин залегания грунтовых вод, по глубине залегания уровня грунтовых вод цветом выделить три зоны: менее 0, 0-5 м, 5 м и более);

2)построить гидрогеологический разрез по линии 26-18-20-21-22-23;

3)на карте показать стрелками направление движения грунтового потока;

7

4)определить гидравлический уклон поверхности грунтовых вод на различных участках карты и объяснить причины его изменения;

5)составить краткое заключение о гидрогеологических условиях участка исследований, согласно следующему плану.

Таблица 4

Сведение об уровнях воды в скважинах

8

Рекомендации по выполнению задачи № 1 1. Гидроизогипса – линия, соединяющая точки с одинаковыми отметками

уровня грунтовых вод. Карта гидроизогипс – поверхность грунтовых вод в плане, представленная системой гидроизогипс. Для построения карты гидроизогипс необходимо:

Вычислить абсолютные отметки уровня подземных вод, т.е. найти разницу между абсолютной отметкой устья скважины и глубиной до уровня подземных вод (Таблица 4).

Вынести данные на карту и, пользуясь правилом треугольника, построить гидроизогипсы. Гидроизогипсы обычно показывают сплошными линиями синего или голубого цвета.

Поверхность грунтовых вод может быть представлена системой изобат –

линий, соединяющих точки с одинаковой глубиной до воды, т.е. картой глубин залегания грунтовых вод. Согласно заданию необходимо построить 2 изобаты с отметками 0 м и 5 м. Для этого необходимо найти точки пересечения изолиний

9

рельефа с гидроизогипсами, абсолютные отметки которых отличаются на 0 м и 5 м соответственно. Также можно выполнить операции, описанные выше, только на карту вынести данные по глубинам залегания подземных вод.

Таким образом, должно получиться две изобаты, которые на карте обозначаются сплошной черной линией. Три зоны обозначить на карте цветом по выбору исполнителя.

2.Построение гидрогеологическое разреза производится согласно данным, приведенным в таблице 5. Уровень подземных вод нанести на разрез пунктирной линией голубого цвета.

3.Построив перпендикуляры к гидроизогипсам (от линии с большей отметкой к линии с меньшей отметкой), обозначите направление движение подземных вод.

4.Гидравлический уклон поверхности подземных вод (I) определяется для любого заданного участка карты делением сечения карты гидроизогипс на расстояние между двумя изогипсами, взятое в масштабе карты. Необходимо вычислить гидравлический уклон на пяти разных участках карты.

,

где Н1 и Н2 – величина абсолютных отметок уровня подземных вод, м, L – расстояние между выбранными точками, м.

Обычно для участка, имеющего в среднем одинаковые условия питания по площади, сгущение гидроизогипс (т. е. увеличение уклона) может быть вызвано либо уменьшением мощности водонасыщенной части пласта или его ширины в плане, либо уменьшением его фильтрационных свойств,

Сгущение гидроизогипс может быть вызвано дренирующим влиянием рек и озер, что также обусловливается уменьшением мощности.

5.План описания гидрогеологических условий участка

кратко описать геоморфологические особенности, условия залегания,

литологический состав и мощность водосодержащих пород, положение и характер залегания водоупора;

характеризовать мощность и строение зоны аэрации с указанием участков наиболее благоприятных для инфильтрации и испарения;

определить относительное изменение фильтрационных свойств водосодержащих пород, их возможное изменение по площади на основе анализа изменения градиента потока;

проанализировать глубину залегания грунтовых вод и их изменение по площади;

указать главные направления движения грунтовых вод и возможные формы связи поверхностных и подземных вод;

описать форму зеркала грунтовых вод, изменение градиента потока;

10