Четвертый семестр / Четвертый семестр / Гидрогеология / ИДЗ для заочников ОсновыГГ

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.

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 1. Описание разрезов по скважинам дано в таблице 2.

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;

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.

2

Таблица 1

Сведение об уровнях воды в скважинах

3

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 1).

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 рельефа с гидроизогипсами, абсолютные отметки которых отличаются на 0 м и 5

4

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 2. 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;

описать возможные условия и виды питания грунтовых вод, выделяют зоны питания;

5

описать виды и характер дренирования грунтовых вод, выделить области разгрузки;

указать факторы, защищающие грунтовые воды от загрязнения.

сделать вывод о возможности строительства с учетом данных по особенностям гидрогеологических условий участка.

Более детальные рекомендации приведены в [7].

Задача № 2. Обработка результатов анализа химического состава подземных вод.

Пересчитайте результаты анализа химического состава вод из мг/л в

миллиграмм-эквивалентную и эквивалент - процентную форму, если известны (результаты анализа в мг/л): Na+, Са2+, Мg2+, Сl–, SO42-, НСО3–, сухой остаток и рН

(таблица 3).

Напишите формулу Курлова и по ней дайте характеристику химического состава подземных вод. Проведите классифицирование химического состава воды по классификациям С.А. Щукарева и О.А. Алекина.

Рекомендации по выполнению задачи № 2

1.Пересчитать результаты химического анализа из объемной формы, выраженной в мг/л в мг-экв/л и мг-экв%, заполнив таблицу 4.

[мг-экв/л] =

где мг/л – содержание иона в мг/л, Э – эквивалентный вес иона, представляющий собой отношение атомного (молекулярного) веса иона (смотри Периодическую систему элементов) к величине его заряда.

Пример 1. Расчет эквивалентного веса сульфат-иона

Э

6

Таблица 4

Форма представления результатов пересчета химического состава подземных вод

2.Вычислить погрешность анализов по формуле (мг-экв/л) и сопоставить с допустимой (таблица 5)

где Σ А – сумма анионов, мг-экв/л, ΣК – сумма катионов, мг-экв/л

элемента в воде. Расчет ведется отдельно, сначала для анионов, потом для катионов. Для этого составляется пропорция, где за 100% принимается сумма анионов или катионов в мг-экв/л, а содержание конкретного элемента принимается за Х%. В сумме по анионам должно получиться 100% и по катионам тоже 100%.

Пример

ΣA(мг-экв/л) – 100% mSO42- (мг-экв/л) – х (мг-экв%/л),

7

х= (mSO42-*100%)/ΣА.

4.Вычислить и привести классификацию воды по следующим характеристикам:

а) величина общей минерализации; Общая минерализация (М) вычисляется суммированием всех найденных

анионов и катионов в воде, г/л.

б) величина общей жесткости; Общая жесткость обусловлена суммой ионов кальция и магния,

выраженных в мг-экв/л.

Таблица 7

Классификация подземных вод по общей жесткости.

8

в) по рН.

Таблица 8

Классификация подземных вод по рН.

4. Написать формулу Курлова. Дать наименование водам по основным показателям химического состава.

Формула Курлова – стандартный вид записи информации о природной воде.

где M – минерализация, г/л, A – содержащиеся в воде анионы, расположенные в убывающем порядке, мг-экв%, К – содержащиеся в воде катионы, расположенные в убывающем порядке, мг-экв%, pH – кислотнощелочные свойства воды, ОЖ – общая жесткость (мг-экв/л), T – темпераура воды

В формулу записываются только те макрокомпоненты, содержание которых больше 10 мг-экв%. Количество анионов и катионов округляют до целых чисел При наименовании типа вод учитываются только те ионы, содержание которых больше 25 мг-экв%. Согласное Е.В. Посохову «…при составлении химического названия воды необходимо соблюдать элементарные правила русского языка, согласно которым основное прилагательное пишется полностью, а прилагательное, указывающее на второстепенное свойство предмета, пишется сокращенно»

Пример

Т ОЖ

9

Вода является слабосолоноватой, хлоридно-сульфатно-гидрокарбонатной натриево-магниевой, нейтральной, холодной и жесткой.

5. Провести классифицирование воды согласно классификациям О.А. Алекина и С.А. Щукарева

Классификация О.А. Алекина – классификация природных вод, сочетающая принцип деления химического состава воды по преобладающим ионам с делением по количественному соотношению между ними.

Рисунок 1 – Классификация О.А. Алекина По преобладающему аниону природные воды делятся на три класса:

1)гидрокарбонатные и карбонатные (большинство маломинерализованных вод рек, озер, водохранилищ и некоторые подземные воды);

2)сульфатные воды (промежуточные между гидрокарбонатными и хлоридными водами, генетически связаны с различными осадочными породами);

3)хлоридные воды (высокоминерализованные воды океана, морей, соленых озер, подземные воды закрытых структур и т.д.).

Каждый класс по преобладающему катиону подразделяется на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую.

Каждая группа в свою очередь подразделяется на четыре типа вод, определяемых соотношением между содержанием ионов в процентах в пересчете

на количество вещества эквивалента:

I. rHCO3–> rCa2+ + rMg2+.

II. rHCO3– < rCa2+ + rMg2+< rHCO3– + rSO42-.

III. rHCO3– + rSO42– < rCa2+ + rMg2+ или rCl-> rNa+. IV. rHCO3– = 0.

Воды I типа образуются в процессе химического выщелачивания изверженных пород или при обменных процессах ионов кальция и магния на ионы натрия и являются маломинерализованными.

Воды II типа смешанные, к ним относятся воды большинства озер, рек и подземные воды с малой и умеренной минерализацией.

Воды III типа метаморфизированные, включают часть сильноминерализованных природных вод или вод, подвергшихся катионному

10