31. Горные породы как коллекторы подземных вод. Влажность и пористость. Пористость и коэффициент пористости. Гранулометрический состав. Способы его определения и формы выражения результатов анализов.
Горные породы как коллекторы подземных вод — горные породы, водопроницаемость которых значительно выше водопроницаемости смежных горных пород. Лучшими коллекторами для подземных вод служат: рыхлые четвертичные отложения — аллювиальные и флювиогляциальные галечники и пески; лавы и туфы; известняки; песчаники.
Влажность. Горные породы в зависимости от состава и сложения обладают свойствами водопроницаемости, водопоглощения, водоотдачи и растворимости. Чтобы эти свойства пород могли получить не только качественную, но и количественную оценку, установлено понятие влажности породы. Влажностью породы W называется выраженное в процентах отношение веса воды, содержащейся в порах породы, к весу минерального скелета породы. Наибольшая возможная для данной породы влажность наблюдается в том случае, когда все поры полностью заполнены водой.
Пористость горных пород
Под пористостью породы понимают наличие в ней пустот (пор, пустот, трещин). Различают полную (абсолютную, общую) и открытую пористость.Коэффициентом полной пористости (mп) называется отношение суммарного объема пор в образце породы к видимому его объему.
mn=Vпор/Vпороды, где
mп — полная (абсолютная, общая) пористость, д.е;
Vпор — суммарный объем всех пор, м3;
Vпороды — объем породы, м3.
Гранулометрический состав
содержание в горной породе, почве или искусственном продукте зерен различной крупности, выраженное в процентах от массы или количества зерен исследованного образца. Г. с. является важным показателем физических свойств и структуры естественного или искусственного материала. В зависимости от цели исследования Г. с. может быть определен с различной степенью детальности. Общепринятой классификации по данным Г. с. не существует, что связано с различием целей и объектов, для которых производится определение Г. с. Так, в осадочных горных породах различают: валуны крупные свыше 500 мм, средние 500—250 мм, мелкие 250—100 мм, галька 100—10 мм, гравий крупный 10—5 мм, мелкий 5—2 мм, грубый песок 2—1 мм, крупный песок 1—0,5 мм, средний песок 0,5— 0,25 мм, мелкий песок 0,25–0,10 мм, алеврит 0,10–0,05 мм, пыль 0,05–0,005 мм, глина — менее 0,005 мм. Г. с. определяется при помощи гранулометрического анализа. Г.а. - совокупность приёмов определения гранулометрического состава рыхлых горных пород, почв и искусственных материалов. Результаты анализа изображают в виде цифровых таблиц или графически. Наиболее распространёнными графиками являются гистограммы, кумулятивные кривые и кривые распределения.
33. Классификация подземных вод. Характеристика основных типов подземных вод по условиям залегания (верховодка, грунтовые воды. межпластовые, артезианские и т.д.)
По условиям залегания в земной коре подземные воды подразделяют на верховодку, грунтовые и межпластовые воды . Верховодка и грунтовые воды относятся к ненапорным водам и имеют свободную поверхность. Межпластовые воды бывают ненапорными и артезианскими. Артезианские воды имеют пъезометрическую поверхность. Верхняя часть земной коры в зависимости от степени насыщения водой пор горных пород делится на две зоны : верхнюю-зона аэрации и нижнюю-зона насыщения.
Зона аэрации расположена между поверхностью земли и уровнем грунтовых вод. Поры горных пород в зоне аэрации лишь частично заполнены водой ,остальная часть их занята воздухом. Зона аэрации играет важную роль в формировании подземных вод. Мощность зоны аэрации колеблется от нуля в заболоченных низинах , до нескольких сотен метров в горных районах с сильно расчлененным рельефом.
Зона насыщения горных пород расположена ниже уровня грунтовых вод. В этой зоне все поры, трещины , каверны и другие пустоты заполнены гравитационной водой.Подземные воды в зоне насыщения циркулируют в виде грунтовых, артезианских, трещинных и других вод. Мощность зоны насыщения, так же как и зоны аэрации, изменяется соответственно изменению уровня грунтовых вод.
34. Классификация подземных вод по условию залегания, типу водосодержащих пород, гидравлическим свойствам.
По условиям залегания три типа :верховодку, грунтовые и напорные, или артезианские.
Верховодкой - называются подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения и дебита. Верховодка занимает ограниченные территории, это явление – временное, и происходит оно в период достаточного увлажнения; в засушливое время года верховодка исчезает. К верховодке нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя.
Грунтовыми -называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. Обычно они приурочены к выдержанному водонепроницаемому пласту и характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твёрдых трещиноватых коллекторах. Грунтовые воды перемещаются в сторону понижения рельефа. Грунтовые воды, накапливающиеся в аллювиальных отложениях – один из источников водоснабжения. Они используются как питьевая вода, для полива. Выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.
Напорные, или артезианские воды. Напорными называют такие воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Область питания у артезианских вод обычно лежит выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Артезианские воды характеризуются постоянством дебита и хорошим качеством, что немаловажно для её практического использования .Водоупорные породы.
35.Почвенные воды и верховодка. Условия и критерии формирования верховодки. Влияние верховодки на мелиоративное состояние земель и условия строительства сооружений.
Грунтовые воды - это подземные воды первого от поверхности земли постоянного водоносного горизонта. Они образуются за счет насыщения атмосферными осадками, водами рек и озер, притоком поверхностных вод. Из всех видов грунтовых вод особое место занимает так называемая "верховодка" - сезонное скопление вод в верхнем водонасыщенном слое грунта над водоупорными глинистыми или суглинистыми породами. При инфильтрации вода временно задерживается в плотных породах, суглинках и образует своеобразный тип подземной воды. Чаще всего это бывает связано с периодом обильного снеготаяния и выпадения дождей. Другой особенность верховодки является возможность ее образования даже при отсутствии в зоне аэрации каких-либо водоупорных пропластов. Например , в толщу суглинков обильно поступает вода, но в сследствие низкой водопроницаемости просачивание происходит замедленно и в верхней части толщи образуется верховодка. Верховодка представляет значительную опасность для строительства. Залегая в пределах подземных частей зданий и сооружений,она может вызвать их подтопление. Это представляет серьезную опасность, так как грунты оснований снижают свою устойчивость, затрудняется эксплуатация сооружений.
36.Грунтовые воды. Характеристика, особенности формирования и залегания, связь с реками и другими типами подземных вод. Зональность и азональность грунтовых вод. Роль грунтовых вод в заболачивании и засолении земель.
Грунто́вая вода́ — гравитационная вода первого от поверхности земли постоянно существующего водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое. Имеет свободную водную поверхность и обычно над ней отсутствует сплошная кровля из водонепроницаемых пород.
Подземные воды формируются в основном из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся (инфильтрующих) в землю на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и водохранилищ, также просачивающихся в землю.
По условиям залегания выделяют три типа подземных вод: верховодку, грунтовые и напорные, или артезианские.
Подземные воды служат надежным источником питания рек. Они действуют круглый год и обеспечивают питание рек в зимнюю и летнюю межень (или при низких уровнях стояния горизонта воды), когда поверхностный сток отсутствует.
Заболачивание почв происходит большей частью под влиянием атмосферных, намывных склоновых, намывных русловых, грунтовых и грунтово-напорных вод. Кроме того, выделяют еще две причины — биогенное заболачивание суши и зарастание водоемов. Согласно причинам заболачивания, определяют направленность мелиоративных приемов. При заболачивании почв грунтовыми водами основным методом осушения является понижение уровня грунтовых вод, намывными склоновыми водами — перехват и сброс этих вод, намывными русловыми водами — защита от затопления.
Засоленные почвы характерны для засушливых территорий, однако они могут находиться и в условиях высокого увлажнения. В результате антропогенной деятельности засоление почв может усиливаться. Засолением называют процесс накопления как растворимых солей, так и обменного натрия в концентрациях, снижающих продуктивность почвы. Засоленные почвы могут быть: солончаковатые (с высоким содержанием растворимых солей), солонцеватые (с содержанием более 5-10% обменного натрия), солончаки и солонцы.
37 Карта гидроизогипс, методика составления и целевое назначение. Использование грунтовых вод для орошения и водоснабжения.
.Грунтовые воды создают большие трудности при производстве строительных работ (заливают котлованы, траншеи и т. д.) и мешают нормально эксплуатировать здания и сооружения.
Для определения направления движения грунтовых вод и напорного градиента на любом участке применяются карты гидроизогипс.
Гидроизогипсы – это линии, соединяющие точки зеркала грунтовых вод, лежащих на одном уровне. Изображение гидроизогипс в плане представляет собой карту гидроизогипс.
Карта гидроизогипс (пример)
1 — гидроизогипсы;
2 — скважины;
3 — цифра в числителе — номер скважины; цифра в знаменателе — отметка уровня подземных вод, м;
4 — направление движения подземных вод
Для построения карты гидроизогипс показывают абсолютные или относительные отметки уровней воды в скважинах, расположенных по сетке, и соединяют линиями точки с одинаковыми отметками. Сечение гидроизогипс (частоту их заложения) выбирают в зависимости от масштаба карты и густоты расположения точек замера от 0.1 до 10 м.
38 Межпластовые воды. Условия формирования, залегания и распространения. Напорные и ненапорные воды.
. Межпластовые воды - подземные воды водоносного горизонта, заключенного между двумя водоупорами. Часто несколько таких горизонтов залегают в чашеобразных геологических структурах (синклиналях, грабенах), в межгорных впадинах. Из-за разности высот краев и средней части водоносного горизонта его воды находятся под давлением. При вскрытии скважинами или колодцами межпластовые воды поднимаются выше уровня вскрытия, а при сильном напоре изливаются на поверхность или даже фонтанируют.
Межпластовые воды - главный источник водоснабжения крупных населенных пунктов и промышленных предприятий. Межпластовые воды обновляются медленно, их загрязнение практически неустранимо.
Межпластовые подземные воды располагаются в водоносных горизонтах между водоупорами. Они бывают ненапорными и напорными (артезианскими). Ненапорные воды встречаются сравнительно редко. Они связаны с водоносными слоями, заполненными водой полностью или частично (рис. 57)
Рис. 57. Межпластовая ненапорная вода:
1 – грунтовая вода; 2 – первый водоупор;
3 – межпластовая вода; 4 – второй водоупо
Рис. 58. Артезианская вода при моноклинальном залегании слоев:
1 – водоупоры; 2 – водоносный слой; 3 – область питания водой; 4 – буровая скважина; 5 – пьезометрический уровень; H – высота напора
Рис. 59. Артезианский бассейн при синклинальном залегании слоев:
1 – водоупор; 2 – водоносный слой; 3 – буровые скважины;4 – область питания водой; 5 – пьезометрический уровень; H – высота напора
Напорные (артезианские) воды связаны с залеганием водоносных слоев в виде синклиналей или моноклиналей (рис. 58 и 59). Площадь распространения напорных водоносных горизонтов называют артезианским бассейном.Напорных подземных горизонтов может быть несколько. Напорность вод характеризуется пьезометрическим уровнем.
39. Артезианские воды и артезианские бассейны. зональность артезианских вод гидродинамическая, гидрохимическая, гидротермическая. Области питания, напора и разгрузки. Роль артезианских вод в заболачивании земель. Использование артезианских вод для водоснабжения и орошения.
Артезианские воды - подземные воды, заключённые между водоупорными слоями и находящиеся под гидравлическим давлением. Залегают главным образом в доантропогеновых отложениях, в пределах крупных геологических структур, образуя артезианские бассейны.
Вскрытые искусственным путём Артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта. При достаточном напоре они изливаются на поверхность земли, а иногда даже фонтанируют.
В пределах артезианского бассейна различают три области: питания, напора и разгрузки. В области питания водоносный горизонт обычно приподнят и дренирован, поэтому воды здесь имеют свободную поверхность; в области напора уровень, до которого может подняться вода, располагается выше кровли водоносного горизонта. Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до этого уровня называются напором. В отличие от области питания, где мощность водоносного горизонта изменяется в зависимости от метеорологических факторов, в области напора мощность артезианского горизонта постоянна во времени. В области разгрузки воды выходят на земную поверхность в виде восходящих источников.
Артезианская вода при моноклинальном
залегании слоев:1 – водоупоры; 2 – водоносный слой; 3 – область питания водой; 4 – буровая скважина; 5 – пьезометрический уровень; H – высота напора
Артезианский бассейн при синклинальном
залегании слоев:1 – водоупор; 2 – водоносный слой; 3 – буровые скважины;4 – область питания водой; 5 – пьезометрический уровень; H – высота напора
Напорные (артезианские) воды связаны с залеганием водоносных слоев в виде синклиналей или моноклиналей. Площадь распространения напорных водоносных горизонтов называют артезианским бассейном. Напорных подземных горизонтов может быть несколько. Напорность вод характеризуется пьезометрическим уровнем
По хим.составу артезианские воды могут быть пресными и минерализованными.
Линии, показывающие точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками артезианских вод называют пьезоизогипсами.
ЗОНАЛЬНОСТЬ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА АРТЕЗИАНСКИХ ВОД — изменение хим. сост. подземных вод по площади развития отдельных водоносных комплексов (от обл. питания вглубь басс. ) и по разрезу артезианского басе. Выделение гидрохим. зон производится по-разному: по минерализации, по ионно-солевому составу, по газовому составу. В СССР принята схема, согласно которой выделяются четыре гидрохим. зоны: 1) зона пресных преимущественно гидрокарбонатных кальциевых вод с минерализацией до 1 г/л (А); 2) зона соленых преимущественно сульфатных и хлоридно-натриевых вод с минерализации от 1 до 35 г/л (Б); 3) зона рассолов преимущественно хлоридно-натриевых, кальциево-натриевых, кальциево-магниевых с минерализацией более 35 г/л (В) и 4) зона пестрых по составу и минерализации подземных вод (Д). Зоны делятся на подзоны. Положение разл. гидрохим. зон в разрезе артезианского басс, не всегда одинаково. Чаще наблюдается возрастание минерализации с глубиной (АБВ — нормальный гидрохим. разрез). Существуют и др. типы гидрохим. разрезов, характерные гл. обр. для межгорных и предгорных артезианских басс. : а) уменьшение минерализации с глубиной; б) уменьшение минерализации в средней части разреза и возрастание ее к фундаменту; в) возрастание минерализации в глубину с последующим убыванием ее к фундаменту; г) др., нередко более сложные. Эти гидрохим. типы разрезов (от “а” до “г”) могут иметь региональное или локальное распространение. Обычно на фоне нормального гидрохим. разреза они свидетельствуют о гидрохим. аномалиях и требуют специальных объяснений с учетом гидрогеол. развития басе. Изменение газового состава артезианских вод с глубиной происходит также по-разному. Напр., кислородно-азотные газы с глубиной переходят в утлекисло-азотные и азотные. В др. случаях на глубине появляются метаново-азотные, азотно-метановые, и наконец, метановые газы.
40 Подземные воды в закарстованных породах и особенности их формирования, залегания и состава.
. Трещинными называют воды, содержащиеся, в трещинах и небольших пустотах массивных (скальных) горных пород. Воды, приуроченные к пустотам, образующимся в результате выщелачивания ряда осадочных пород, - карстовые. Наиболее обычны тектонические трещины и вторичные трещины (выветривания). Образование первых носит региональный характер, часто они приурочены к зонам дробления горных пород и проникают на глубину многих сотен метров. Вторичные трещины обычно неглубокие (десятки метров).
Воды, циркулирующие по трещинам магматических пород, называют трещинно-жильными, а воды, находящиеся в трещинах и пустотах осадочных пород, - трещинно-пластовыми.
Среди этих вод выделяются ненапорные, приуроченные к зоне выветривания (трещинно-грунтовые), и напорные.
Напорные трещинно-пластовые воды образуются при наличии среди проницаемых пород прослоев более плотных и менее проницаемых пород.
Трещинно-грунтовые воды обычно пресные. Напорные трещинно-пластовые воды, как правило, в той или иной мере минерализованы.
Карстовые воды пресные, обычно ненапорные грунтового типа. Уровень воды в мелком карсте залегает высоко, а в глубоком - низко, примерно на урезе водотоков, дренирующих массив закарсто-ванных пород. Режим карстовых вод крайне неустойчивый, наблюдаются очень резкие колебания уровней, расходов и температур воды. Движение вод в массивах закарстованных пород сложное, разнонаправленное, в области питания вертикальное, а в зоне насыщения обычно горизонтальное, по уклону пластов к местам разгрузки.
Карстовые воды широко распространены на Северном Кавказе, в Приуралье, в Средней Сибири. Обычны они и для центра Русской равнины, в т.ч. для территории Рязанской области, в частности, для закарстованного Окско - Цнинского плато, где вскрываются известняки среднего карбона, для верховий р. Рановы и левобережья Дона, сложенных закарстованными известняками и доломитами девона и карбона.
41. Трещинные и жильные воды. Условия их образования, распространения. Использование карстовых и жильных подземных вод. Источники. Классификация, типы, режим и использование.
Все скальные горные породы (магматические, метаморфические и осадочные) разбиты системой трещин, происхождение которых, размеры, форма и положение в пространстве самые различные.
В верхней части земной коры под действием выветривания (температуры, воды и ветра) в скальных породах образуются трещины выветривай и я иногда значительных размеров. Глубина этих трещин определяется мощностью наиболее интенсивной зоны выветривания и, как правило, не превышает нескольких десятков метров, достигая иногда глубины 100 м и более. В зависимости от физико-географических и геологических условий, а также от состава скальных пород в трещинах выветривания может иметься то или другое количество подземных вод — безнапорных или напорных.
Литогенетические трещины, развивающиеся в эффузивных породах, имеют нередко значительные размеры и включают мощные потоки грунтовых вод. В Грузии и Армении трещиноватые лавы четвертичного возраста обычно выполняют неровности древнего рельефа; коренные, более древние породы являются водо- упорами, что создает благоприятные условия для образования бассейнов и потоков грунтовых вод, выходящих в виде мощных нисходящих источников в местах, где лавовые потоки вскрываются местной эрозионной сетью, обычно глубоко врезанной; такие источники широко используются для водоснабжения.
Пластово-трещинные воды приурочены к трещинам скальных осадочных пород (песчаникам, известнякам и т. п.), залегающим между водоупорными породами, которыми обычно являются аргиллиты или глинистые сланцы. Пластово-трещинные воды широко распространены на месторождениях каменных углей Донецкого, Кузнецкого, Карагандинского и других бассейнов, а также в обширных артезианских бассейнах (Подмосковном, Днепровско-Донецкой впадине и др.).
Тектонические трещины обычно являются путями циркуляции подземных вод в значительных количествах. Сбросы нередко сопровождаются брекчиями трения в зонах раздавленных пород, по которым подземные воды циркулируют наиболее свободно.
Напорные воды в тектонических трещинах земной коры называются жильными водами; они характеризуются глубокой циркуляцией но породам различного состава и возраста.
Нередко напор трещинных вод обусловливается давлением газа, поступающего из более глубоких зон земной коры, а также давлением водяных паров; последний случай имеет место тогда, когда горячая вода с температурой более 100° С вырывается из глубин на поверхность земли, что наблюдается на Камчатке, в Исландии, в Новой Зеландии и других местах. Подобные выходы трещинных горячих вод и газа называются гейзерами.
К глубоким трещинам приурочены многие минеральные и термальные источники, часто имеющие лечебное значение. Воды подобных источников иногда выносят на поверхность земли в растворенном виде элементы, не встречающиеся в подземных водах, циркулирующих в верхних зонах земной коры.
Карстовые воды
Под карстом понимают совокупность явлений, связанных с деятельностью подземных вод и выражающихся в растворении, выщелачивании и механическом размыве горных пород (известняков, доломитов, гипса, ангидритов и солей) и образовании в них пустот (каналов, пещер и т. п.). Карст представляет собой явление, подчиняющееся в основном региональным условиям — климату, тектонике и морфологии местности, где распространены породы, способные растворяться и выщелачиваться в воде, что является главным фактором процессов карстообразования.
Карстовые области обычно бедны поверхностными водотоками, гак как многие ручьи и реки уходят в подземные пустоты. В карстовых районах поглощение атмосферных осадков происходит очень быстро через зияющие трещины и воронки, куда вода устремляется с большой скоростью; образующиеся подобным путем подземные поды называются и н ф л ю а ц и о н н ы м и (проваливающимися).
Характерными особенностями режима карстовых вод являются: тесная и активная связь с атмосферными осадками; большая амплитуда колебаний уровней воды и дебитов источников, вплоть до полного иссякания; легкая возможность загрязнения, в том числе органическими веществами.
Проведение выработок в закарстованных и трещиноватых породах требует особого внимания во избежание непредвиденных прорывов подземных вод. Иногда гидрогеологические условия некоторых месторождений в карстовых районах таковы, что исключают возможность разработки полезного ископаемого ниже уровня подземных под.
В связи с широким распространением карстовые воды имеют большое народнохозяйственное значение. Они широко используются для водоснабжения населения и промышленных предприятий. При ведении горных работ подземным и открытым способами и районах распространения трещинных, особенно закарстованных пород необходим детальный исчерпывающий анализ существующих гидрогеологических условий месторождения в целях учета их при проектировании горных работ и разработке месторождения.
Жильные воды находятся в трещинах больших размеров и большой раскрытости, которые пересекают водоносные горизонты.
Жильные воды развиты главным образом в зонах крупных
тектонических разрывов и дают наибольшие дебиты.
Источником (родником, ключом) называется естественный выход подземной воды на земную поверхность. Выход подземных вод на поверхность обусловливается тремя часто связанными между собой факторами.
По связи с безнапорными и напорными водами различают, соответственно, источники нисходящие и восходящие.
По приуроченности к отдельным типам подземных вод источника можно разделить на шесть групп.
I. Источники, питающиеся верховодкой.
II. Источники грунтовых норовых вод.
III. Источники грунтовых и напорных трещинных вод.
IV. Источники грунтовых и напорных карстовых вод.
V. Источники артезианских вод.
I. Источники, питающиеся верховодкой. Эти источники характеризуются резкими эпизодическими колебаниями дебита, температуры и
«состава, зависящими в основном от изменения метеорологических условий района распространения этих источников.
II. Источники грунтовых поровых вод. Источники являются нисхо
дящими; дебит, температура и состав их подвержены сезонным и в мень
шей степени эпизодическим колебаниям, которые обусловлены также в основном изменением метеорологических условий района. В этой группе выделяется несколько типов источников: эрозионные, контактовые, выкли нивания, переливающиеся (или экранированные, по М. Е. Альтовскому,
Эрозионные источники образуются в результате активных эрозионных процессов, вскрывающих грунтовые водоносные горизонты на ту или иную глубину.
Контактовые источники выходят в отрицательных формах рельефа, иа контактах хорошопроницаемых со слабопроницаемыми или водоупорными породами, залегающими наклонно или горизонтально.
Источники выклинивания возникают вследствие стратиграфического выклинивания самого водоносного горизонта или же уменьшения его поперечного сечения.
Переливающиеся (или экранированные) источники имеют восходящее движение воды в месте выхода на поверхность. Восходящее движение в этом случае возникает вследствие различных причин: 1) развития слабопроницаемого или непроницаемого делювия на склонах отрицательных форм современного рельефа (литологически экранированные источники); 2) больших неровностей водоупорного ложа водоносного горизонта, питающего источник; 3) наличия сброса у головки источника, препятствующего нисходящему движению грунтовых вод (тектонически экранированные источники); 4) фациальной изменчивости горных пород, слагающих грунтовый водоносный горизонт (фильтрационыо-экранированные источники).
III. Источники грунтовых и напорных трещинных вод. Источники
этой группы бывают нисходящие и восходящие. Первые связаны с трещи
нами зоны выветривания магматических, метаморфических и осадочных
горных пород. От источников грунтовых поровых вод они отличаются
тем, что обычно имеют более концентрированные сосредоточенные вы
ходы.
Восходящие источники приурочены к отдельным тектоническим трещинам сбросового типа и зонам тектонических нарушений, пересекающих и дренирующих систему трещин зоны выветривания. Эти источники питаются напорными трещинными водами, причем напор в них обусловливается гидростатическим давлением, давлением газов (нарзаны и др.) или водяных паров (гейзеры).
К этой группе относятся большинство выходов минеральных вод , а также термальные и горячие источники.
IV. Источники грунтовых и напорных карстовых вод. Среди источ-
ников этой группы встречаются как нисходящие, так и восходящие. Они
отличаются большим разнообразием условий выхода на поверхность. Пита ются карстовыми водами, широко распространенными в районах развития карбонатных (известняки, доломиты, мергели), сульфатных (гипсы, ангид риты) и соленосных горных пород.
Из большого количества разнообразных карстовых источников можно выделить три подгруппы: перемежающиеся источники, постоянные и субмарнные (эжекторные).
Перемежающиеся источники характеризуются резким непостоянством дебита во времени; действуя по принципу сифона , они дают то большие дебиты, то очень малые, вплоть до прекращения выхода воды. Связаны подобные источники с зоной, залегающей выше уровня карстовых вод.
Постоянные источники связаны с крупными трещинами, подземными каналами, горизонтальными пещерами, развитыми в зоне распространения основных карстовых водоносных горизонтов. Дебит этих источников иногда достигает нескольких кубических метров в секунду, причем часто имеет резкие колебания по сезонам года.
Субмаринные источники приурочены к подземным карстовым каналам, залегающим ниже уровня моря. Характерной особенностью этих источников является периодичность их выхода под водой в зависимости от соотношения давлений в канале и над головками источников. Если давление в канале превышает давление столба воды над головкой источника, тогда последний функционирует (как результат эжекторного действия пресного потока); при обратном соотношении давлений происходит засасывание поверхностной морской воды в глубь карстующегося массива (морская мельница).
Иногда при соответствующей взаимосвязи трещин и каналов в карстующемся массиве засасывание сопровождается выходом морской воды выше уровня моря. На склонах карстующихся пород появляются соленые источники выше пресных.
V. Источники артезианских вод являются восходящими, связаны они с напорными водами артезианских бассейнов и склонов. На территории артезианских бассейнов источники выходят в долинах рек,, оврагах, озерных котловинах, складках, трещинах сбросового характера зонах контактов интрузий и даек с осадочными горными породами, находящихся в областях напора и разгрузки.
Артезианские склоны характерны для предгорных районов, где моноклинально залегающие водоносные породы, погружаясь под водоупорные,, выклиниваются или фациально изменяются от грубообломочных и песчаных разностей до песчано-глинистых и глинистых.
Вследствие этого создается гидростатический напор, приводящий к появлению мощных восходящих источников, иногда по линиям, повторяющим конфигурацию подножия гор.
42. Основные виды подземных вод. Понятие о фильтрации и инфильтрации. Ламинарное движение. Линейный закон фильтрации (А.Дарси) и пределы его применимости.
Типы подземных вод
- верховодка и грунтовые воды;
- грунтовые воды степных районов;
- артезианские воды;
- трещинно-карстовые воды.
Тип I —это временно содержащиеся слои или линзы верховодки, получившей свое название от подстилающих ид линз глинистых пород в зоне аэрации (рис. 4.1). Режим верховодки непостоянен и зависит от количества выпадающих осадков. Иногда верховодка исчезает, что приурочено к засушливому времени или к зимним холодам, когда она может вымерзнуть.
Тип II — это грунтовые воды, являющиеся первым от поверхности Земли водоносным горизонтом, который залегает на первом водоупоре и имеет свободную поверхность, т. е. барометрически связан с атмосферой через зону аэрации (рис. 4.1).
К III типу подземных вод относятся межпластовые воды, заполняющие водопроницаемые породы в земной коре ниже первого водоупорного слоя, которым подстилаются грунтовые воды (рис. 4.3). Межпластовыми эти воды называются потому, что каждый из водоносных слоев (горизонтов) находится между двумя водоупорными пластами: на нижнем водоупорном слое залегает водопроницаемый слой (например, галечники), перекрываемый верхним водоупорным слоем.
Подземные воды находятся в постоянном движении. Существует раздел гидрогеологии, изучающий закономерности движения подземных вод, который называется "Динамика подземных вод".
Законы движения подземных вод используются при гидрогеологичеких инженерных расчетах водозаборов, дренажей, определении притоков воды к строительным котлованам.
Подземные воды передвигаются в основном путем инфильтрации и фильтрации.
Под инфильтрацией понимают движение воды при частичном заполнении пор воздухом либо водяными парами.
При фильтрации движение воды происходит при полном заполнении пор(трещин) водой. Масса этой движущей воды создает фильтрационный поток.
Фильтрационные потоки различают по характеру движения (установившийся и неустановившийся), гидравлическому состоянию (безнапорные, напорные и напорно-безнапорные). Движение потоков в основном ламинарное (параллельным) , в крупных трещинах и пустотах может быть турбулентным (завихряющемся). В плане фильтрационные потоки можно рассматривать как плоские и радиальные (сходящиеся (например к колодцу) и расходящиеся).
Основной закон фильтрации подземных вод - Закон фильтрации Дарси
Движение подземных вод происходит при наличии разности гидравлических уровней (напоров). Воды двигаются от мест с высокими уровнями к местам с низкими уровнями.
Отношение разности напоров к длине пути фильтрации называется гидравлическим (напорным) градиентом. Чем градиент выше, тем больше скорость движения.
I = ΔH/l,
где ΔG = H1-H2 - разность напоров (H);
l - длина пути фильтрации.
Фильтрация в полностью водонасыщенных водах при ламинарном (параллельном, спокойном, без завихрений) движении воды подчиняется закону Дарси.
Q = КфFI,
где Q - расход воды (кол-во фильтрующей воды через поперечное сечение F в единицу времени);
Кф - коэффициент фильтрации;
F - площадь поперечного сечения потока воды (водоносного пласта);
I - Гидравлический градиент.
Введем понятие скорость фильтрации (v) - отношение расхода воды к площади поперечного сечения потока (v = Q/F). Таким образом сформулировать закон Дарси можно как "Скорость фильтрации пропорциональна напорному градиенту"
v = КфI
Коэффициент фильтрации можно таким образом можно выразить как скорость фильтрации при напорном градиенте равном единице.
Скорость фильтрации воды по представленной выше формуле не отвечает действительной скорости движения воды в породе. Это связано с тем что вода двигается не по всему сечению, а только через его часть, равную площади пор и трещин породы. Действительную скорость движения воды (vд) определить можно как
vд = v/n,
где n - пористость породы, выраженная в долях единицы.
Коэффициент фильтрации определяется в основном геометрией пор, а также свойствами самой воды и пр.
Точное значение коэффициента фильтрации определяют лабораторным путем, полевым путем и расчетным методом ( для песков и гравелистых пород)
Приближенная оценка для решения не требующих высокой точности задач (простые инженерные задачи) возможна по табличным данным.
Характеристика пород Коэффициент фильтрации м/сутки
Очень хорошо проникаемые галечники с крупным песком 100 - 1000 и более
Хорошо проникаемые галечники и гравий с мелким песком, крупный песок, чистый среднезернистый песок, 100 - 10
Проницаемые галечники и графий с мелким песком, средензернистые и мелкозернистые пески 10 -1
Слабопроницаемые тонкозернистые пески, супеси 1 -0,1
Слабопроницаемые суглинки 0,1 -0,001
Глины, мергели, монолитные скальные породы менее 0,001
Движение ламинарное — параллельно-струйчатое движение поверхностных и подземных (в том числе почвенных и грунтовых) вод, при котором вода движется в виде параллельных, не перемешивающихся струй или слоев, без разрывов, с плавным изменением скорости. Подчиняется Дарси закону .
43. Турбулентное движение. Закон Шези-Краснополъского. Движение воды в зоне аэрации и методы его оценки. Определение направления и скорости движения подземных вод.
В зоне аэрации, т. е. в толще пород, расположенной между дневной поверхностью и зеркалом грунтовых вод, находятся:
а) водяной пар, заполняющий поры породы;
б) гигроскопическая влага, обусловливающая гигроскопическую влажность пород;
в) пленочная вода, обволакивающая зерна пород в виде пленок различной толщины, и
г) капиллярная вода, располагающаяся в виде капиллярной каймы над зеркалом грунтовых вод.
Движение подземных вод в зоне аэрации может происходить в виде передвижения пара, в виде пленочного движения, свободного просачивания и капиллярного движения.
Движение парообразной и гигроскопической влаги. А. Ф. Лебедевым было экспериментально доказано, что влага в парообразном состоянии передвигается от участка с большей упругостью водяного пара к участку с меньшей его упругостью. Упругость же зависит от температуры и влажности пород. Таким образом, если между различными участками горных пород появляется разница в температуре или влажности, возникает движение водяных паров. При одинаковой температуре движение направлено от более влажных частиц к менее влажным; при одинаковой влажности — от более к менее нагретым. Поэтому летом парообразная влага движется сверху вниз, а зимой — снизу вверх.
Гигроскопическая влага также передвигается в порах пород в виде водяного пара.
Движение воды в пленочном состоянии. По А. Ф. Лебедеву, движение воды в пленочном состоянии происходит под действием молекулярных сил и не подчиняется влиянию силы тяжести.
Рассмотрим движение пленочной воды на примере. Допустим, что мы имеем две одинаковые по диаметру частицы породы, соприкасающиеся между собой. Частица с центром О1 покрыта пленкой воды толщиной Р1, а вторая частица — более тонкой пленкой, толщиной Р2. Рассмотрим влияние частиц породы на частицу воды, расположенную в точке С. Легко убедиться, что расстояние О1С=R+P1 и оно больше, чем О2С=R+P2 т. е. частица 2 будет оказывать большее притяжение на частицу воды в точке С, чем частица породы с центром О1, В результате частица воды С перейдет на пленку, обволакивающую частицу породы 2. Движение частиц воды происходит до тех пор, пока толщина пленок на обеих частицах породы станет одинаковой.
Движение воды в виде просачивания. Просачивание в породах может происходить в виде отдельных струек и в виде сплошной массы воды. В первом случае отдельные струйки воды движутся самостоятельно, разрозненно. Вначале происходит смачивание частиц грунта, после чего под действием сил тяжести избыточная вода в виде гравитационной просачивается вниз.
Такой вид движения Г. Н. Каменский назвал свободным просачиванием. Второй вид движения наблюдается в случае, если породы насыщены водой полностью. Движение воды здесь происходит сверху вниз под действием силы тяжести. Этот вид движения влаги назван инфильтрацией.
Капиллярное движение имеет место как в верхней части зоны аэрации при просачивании и инфильтрации, так и над зеркалом грунтовых вод (в капиллярной зоне). В первом случае капиллярное движение происходит сверху вниз (капиллярное всасывание), во втором — снизу вверх {капиллярное поднятие).
В породах, насыщенных водой, т. е. в зоне насыщения, движение воды может происходить в двух формах:
1) ламинарного, при котором струйки воды текут параллельно, без перемешивания и
2) турбулентного, при котором происходит хаотическое движение частиц жидкости и интенсивное перемешивание ее слоев. Переход от ламинарного движения к турбулентному и обратно происходит при достижении определенной скорости частиц жидкости, называемой критической скоростью. Движение подземных вод в нескальных породах происходит по типу ламинарного.
Чтобы установить закономерности движения жидкости в породах, французский ученый X. Дарси в 1856 г. поставил несложный опыт, который заключался в следующем. В цилиндр, наполненный песком, наливали слой воды, поддерживая ее уровень постоянным. Вода после просачивания через песок выливалась через кран в нижней части цилиндра. В цилиндр были вставлены изогнутые трубки, так называемые пьезометры. Вода в них устанавливалась на различных уровнях (в верхнем пьезометре — выше) в связи с тем, что в процессе фильтрации через поры грунта вода преодолевала сопротивление и на это терялась часть напора.
В результате проведенных исследований Дарси установил, что количество воды, профильтровавшейся через песок в единицу времени (расход, О), прямо пропорционально разности уровней воды в пьезометрических трубках (∆Н=Н2—Н1), площади поперечного сечения цилиндра (F) и некоторому коэффициенту пропорциональности (К) и обратно пропорционально высоте слоя песка (I). Оказалось, что коэффициент К зависит от свойств песка и его стали называть коэффициентом фильтрации (Кф). Эта зависимость получила название закона Дарен и обычно записывается в следующем виде (1):
(1)
Выражение
обозначают буквой / и называют напорным, градиентом или гидравлическим уклоном. Тогда можно записать
(2):
Если разделить обе части уравнения на F, то получим скорость фильтрации (υ) (2):
(3):
Таким образом, скорость фильтрации прямо пропорциональна коэффициенту фильтрации и напорному градиенту. Формула (3) представляет собой уравнение прямой линии, в связи с чем закон Дарси называют линейным законом фильтрации.
Если в выражении (3) принять I=1, что имеет место при уклоне, равном 45°, получим
(4):
т. е. коэффициент фильтрации — это та скорость просачивания, которую имел бы поток при уклоне, равном единице.
Не следует при этом смешивать скорость фильтрации со скоростью движения частиц воды. Дело в том, что Дарси при расчетах принимал площадь поперечного сечения потока (F) равной сечению цилиндра, тогда как в действительности вода передвигалась в породе только по порам. Чтобы получить действительную скорость (и) движения подземных вод в порах грунта, необходимо расход воды разделить на площадь поперечного сечения и пористость грунта (n).
(5):
Так как
то
(6):
Это выражение показывает, что действительная скорость движения подземных вод больше скорости фильтрации, так как величина пористости всегда меньше единицы.
Необходимо заметить, что коэффициент фильтрации выражают в м/сут, хотя в некоторых случаях применяют см/с и км/год.
Если движение подземных вод происходит в крупных пустотах горных пород, то оно становится турбулентным и подчиняется нелинейному закону фильтрации, который выражается уравнением Шези — Краснопольского
(7):
Таким образом, скорость фильтрации при турбулентном движении пропорциональна коэффициенту фильтрации и напорному градиенту в степени Ѕ.
Для определения направления движения подземных вод используют карты гидроизогипс, на которых в виде изолиний показан рельеф зеркала грунтовых вод. Перпендикуляры к гидроизогипсам, направленные в сторону снижения отметок, называются линиями тока, показывающими направление движения грунтовых вод.
По взаимному расположению гидроизогипс и линий тока потоки грунтовых вод разделяют на плоские и радиальные. В плоском потоке гидроизогипсы в плане имеют вид параллельных прямых и линии тока при пересечении с ними образуют сеть прямоугольников. Плоский поток может иметь место в междуречьях; между рекой и дреной, текущими параллельно; в случае дренирования грунтовых вод горизонтальными выработками (канавами, штольнями).
В радиальном потоке гидроизогипсы представляют систему кривых линий, а линии тока имеют вид радиусов. Наиболее наглядным примером радиального потока может быть приток воды в колодец или скважину во время интенсивного водоотбора. Радиальный поток может быть расходящимся (например, возле излучины реки) и сходящимся (к водозабору). При расходящемся потоке ширина его по направлению движения увеличивается, а при сходящемся, наоборот, уменьшается.
Скорость движения подземных вод можно определить несколькими способами. Один из них основан на введении в воду поваренной соли. На некотором расстоянии от опытной скважины (шурфа или колодца) проходят наблюдательную скважину, которую закладывают ниже по направлению движения подземных вод. Перед началом опыта определяют содержание хлора в опытной и наблюдательной выработках. Затем в опытную выработку вводят раствор поваренной соли, в котором концентрация ионов хлора в 2000 раз выше, чем в подземных водах. Через каждые 10 мин из наблюдательной скважины отбирают пробы воды и при помощи азотнокислого серебра определяют содержание хлора.
Можно также применять органические красители, присутствие которых в воде обнаруживается при ничтожно малых концентрациях (до 10-6%). Для этого применяют флуоресцеин, имеющий при слабых концентрациях зеленовато-желтый цвет, метиленовый синий краситель и др. Для определения содержания красителя в воде используют флюороскоп — набор стеклянных трубок с разной концентрацией красителя. Сравнивая цвет воды в отобранных пробах с цветом трубок-эталонов, легко и быстро можно определить содержание красителя в пробе воды.
Скорость движения подземных вод можно определять и электролитическим способом. Для этого в опытную скважину вводят электролит (обычно хлористый аммоний) и следят за изменением электропроводимости между опытной и наблюдательной скважинами. Для этой цели используют миллиамперметр, по данным которого строят график изменения силы тока во времени.
44. Установившееся и неустановившееся движение подземных вод в однородных пластах. Расчеты притоков воды к скважинам, колодцам и горизонтальным водозаборам.
Установившееся и неустановившееся движение подземных вод в однородных пластах
Естественные потоки подземных вод характеризуются установившемся и неустановившемся режимами движения. Установившееся движение потоков характеризуется относительным постоянством во времени условий питания и разгрузки подземных вод .
Движение потоков может быть равномерным и неравномерным. При равномерном движении скорость потока по пути движения неизменна. Такой вид движения может иметь место при фильтрации напорного потока через пласт постоянной мощности или при фильтрации безнапорного потока в наклонных водоносных пластах с соблюдением параллельности свободной поверхности подземных вод и водоупора.
Условия, обеспечивающие постоянство расхода, площади сечения и скорости фильтрации, в природе встречаются редко. Обычно движение является неравномерным, т.к. скорость изменяется от сечения к сечению. При изучении естественных потоков подземных вод обычно решаются следующие задачи: 1) определение расхода подземных вод и других элементов потока; 2) построение депрессионной кривой; 3) определение отдельных параметров, характеризующих область фильтрации или условия питания потока по данным о распространении его напоров.
При равномерном движении потока подземных вод расход Q определяется исходя из площади сечения F (для потоков грунтовых вод F= ℎB , для напорных вод F=mB ) и скорости фильтрации по закону Дарси.
Таким
образом, расход потока для грунтовых
вод составляет:
для напорных вод:
Часто количественная характеристика потоков подземных вод проводится по единичному расходу q. Это расход, приходящийся на единицу ширины потока. Для грунтовых вод и напорных вод он определяется из соотношений:
Кроме напорного и грунтового потоков в природе существуют потоки с напорно-безнапорным режимом движения. В естественных условиях такое движение имеет место при дренировании напорных потоков речными долинами, прорезающими их .
Единичный расход потока в этом случае рассчитывается по формуле В.И. Давидовича:
Неустановившееся движение в отличие от установившегося характеризуется переменным во времени движением. В природных условиях уровни подземных вод колеблются под влиянием неравномерной фильтрации осадков, изменения положения уровней в поверхностных водоемах и т.д. На колебания уровней существенное влияние оказывают искусственные факторы, такие как создание в речных долинах водохранилищ, орошение земель, осушение заболоченных территорий, водопонижение при различных видах строительства и разработке полезных ископаемых. Учет этих факторов при условии неустановившейся фильтрации позволяет правильно решать практические гидрогеологические задачи, прогнозировать условия работы инженерных сооружений и условия изменения природных гидрогеологических условий под влиянием инженерной деятельности человека. Для количественной оценки неустановившейся фильтрации обычно рассматриваются одномерные или двухмерные в плане потоки подземных вод. Существуют очень сложные уравнения решения задач неустановившегося движения, но наиболее широко используется метод конечных разностей, который позволяет определить как расход грунтового потока, так и проследить изменение положения кривой депрессии во времени с учетом основных факторов в формировании режима подземных вод, условий их питания и раз-грузки. Он является основой для численного решения разнообразных задач фильтрации с помощью моделирования и применения ЭВМ. Метод конечных разностей предложен Г.Н. Каменским для грунтовых вод, но с таким же успехом используется и для напорных.
45. Дебит и удельный дебит. Дебит совершенной и несовершенной скважины. Приток воды в горизонтальную дрену. Расход дрены. Меч оды определения основных гидрогеологических параметров.
Удельный дебит скважин
для безнапорных вод: для напорных вод:
Дебит несовершенных скважин:
для безнапорных вод : для напорных вод:
46. Режим подземных вод и его основные элементы. Режимообразующие условия и факторы и их роль в оценке мелиоративного состояния земель. Особенности режима в различных климатических зонах.
Режим подземных вод – это изменение во времени их уровня , хим. состава, температуры и расхода.
Факторы, формирующие естественный режим: метереологические факторы, гидрологический режим рек, геологические факторы.
Инженерно-строительная деятельность человека и другие техногенные причины способствуют возникновению искусственного(нарушенного) режима подземных вод.
49 Методы изучения режима подземных вод. Понятие баланса подземных вод. Виды баланса. Методика изучения. Элементы водного и солевого балансов.
Под балансом подземных вод понимают соотношение между приходом и расходом подземных вод на данном участке за определенное время.
Режим и баланс подземных вод взаимосвязаны и, если первый отражает изменение количества и качества подземных вод во времени, то второй – результат этого изменения. Баланс может составляться для крупных территорий или для отдельных участков. Участки, где проводятся измерения прихода и расхода подземных вод, называют балансовыми.
С помощью баланса характерезуют водообеспеченность района и возможности ежегодного пополнения запасов подземных вод, изучают причины подтопления территорий, прогнозируют изменение уровня подземных вод.
Для решения этих вопросов необходимы данные о состовляющих баланса: приходных и расходных.
Приходная часть слагается под влиянием естественных режимообразующих факторов и состоит из: инфильтрации атмосферных осадков А; конденсации водяных паров К; подземного притока П. Подземный приток в свою очередь включает боковой приток П1, фильтрационные поступления из поверхностных водных источников П2 и подток воды из нижележащего водоносного горизонта П3.
Расходная часть баланса складывается из испарения И и подземного стока С. Подземный сток может быть представлен боковым оттоком С1 и перетоком в нижележащий водоносный горизонт С2.
Балансовое уравнение грунтовых вод для данного участка за время t имеет вид:
W=A+K+П1+П2+П3-И-С1-С2, где W – изменение запасов грунтовых вод за время t.
50. Виды запасов и ресурсов подземных вод. Методы определения и практическое значение.
Подземные воды — часть водных ресурсов Земли; общие запасы подземных вод составляют свыше 60 млн км³. Подземные воды рассматриваются как полезное ископаемое. В отличие от других видов полезных ископаемых, запасы подземных вод возобновимы в процессе эксплуатации.
По условиям залегания подземные воды подразделяются на:почвенные; грунто́вые; межпластовые; артезианские; минеральные.
Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы; они могут быть свободными (гравитационными), перемещающимися под влиянием силы тяжести, или связанными, удерживаемыми молекулярными силами.
Грунто́вые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать. Эти воды в большей мере подвержены загрязнению.
Межпластовые воды — нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых, уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые. Напорные межпластовые воды полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах.
По условиям движения в водоносных слоях различают подземные воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и галечниковых) слоях и в трещиноватых скальных породах.
В зависимости от залегания, характера пустот водовмещающих пород, подземные воды делятся на: поровые — залегают и циркулируют в четвертичных отложениях: в песках, галечниках и др. обломочных породах; трещинные (жильные) — в скальных породах (гранитах, песчаниках); карстовые (трещинно-карстовые) — в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.).
Классификация подземных вод по характеру их использования: Хозяйственные (питьевые), Технические (используются в промышленности и сель хозе), Промышленные воды (сод. Полезные ископаемые в количестве имеющем промышленное значение), Минеральные воды (повыш сод биологических компонентов и газов), Термальные воды (залегают в горноскладчатых районах)
51.Эксплуатационные запасы подземных вод. Их категории. Восполнение ресурсов пресных подземных вод. Использование подземных вод для орошения и водоснабжения. Подземные воды как особые полезные «ископаемые».
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАПАСЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
количество подземных вод, которое может быть получено на месторождении с помощью геолого-технически обоснованных водозаборных сооружений при заданном режиме, условиях эксплуатации и качестве воды, удовлетворяющем требованиям ее целевого условия в течение расчетного срока водопотребления с учетом природоохранных ограничений.
Ресурсы и запасы подземных вод подразделяются на: 1) естественные, 2) искусственные, 3) привлекаемые, 4) эксплуатационные.
Эксплуатационные запасы деляится на:
Категория А - запасы изучены и разведаны детально, полностью выяснены условия залегания и питания водоносных горизонтов,фильтрационные св-ва пород, установлена связь с другими водоносными горизонтами и поверхностными водами, а также возможность пополнения эксплуатационных запасов
Категория В - запасы подземных вод изучены с детальностью, обеспечивающей выяснение основных условий залегания, питания и связи с другими водоносными горизонтами и поверхностными водами
Категория С1 - запасы разведаны и изучены в общих чертах
Категория С2 - запасы установлены на основании общих геолого-гидрологических данных, подтвержденных опробованием водоносного горизонта в отдельных точках
Классификация подземных вод по характеру их использования: Хозяйственные (питьевые), Технические (используются в промышленности и сель хозе), Промышленные воды (сод. Полезные ископаемые в количестве имеющем промышленное значение), Минеральные воды (повыш сод биологических компонентов и газов), Термальные воды (залегают в горноскладчатых районах)
52.Законы и постановления об охране водных ресурсов на территории Республики Беларусь.
Законодательство Республики Беларусь об охране и использовании вод основывается на Конституции Республики Беларусь и состоит из настоящего Кодекса, международных договоров Республики Беларусь и иных актов законодательства Республики Беларусь.Задачами законодательства Республики Беларусь об охране и использовании вод являются регулирование отношений в области использования и охраны вод в целях удовлетворения потребностей в водных ресурсах юридических лиц и граждан Республики Беларусь, в том числе индивидуальных предпринимателей, охрана вод от загрязнения, засорения и истощения, предупреждение и ликвидация вредного воздействия вод, восстановление и улучшение состояния водных объектов.Отношения, возникающие в области питьевого водоснабжения, регулируются законодательством Республики Беларусь о коммунальном хозяйстве.Отношения, связанные с использованием и охраной водных объектов на особо охраняемых природных территориях, регулируются законодательством Республики Беларусь об охране и использовании вод, если иное не установлено законодательством Республики Беларусь об особо охраняемых природных территориях.Отношения, связанные с обращением с отходами, возникающие при пользовании водными объектами, регулируются законодательством Республики Беларусь об обращении с отходами.Отношения, связанные с использованием и охраной земель, лесов, растительного и животного мира, атмосферного воздуха, возникающие при водопользовании, регулируются законодательством Республики Беларусь об охране и использовании земель, об использовании, охране и защите лесов, об охране и использовании растительного мира, об охране и использовании животного мира, об охране атмосферного воздуха.Отношения, связанные с охраной и использованием подземных вод, не урегулированные законодательством Республики Беларусь о недрах, регулируются настоящим Кодексом и иными актами законодательства Республики Беларусь об охране и использовании вод.Отношения, связанные с использованием водных объектов для нужд водного транспорта, регулируются настоящим Кодексом и законодательством Республики Беларусь о внутреннем водном транспорте.Отношения, связанные с использованием и охраной водных объектов на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС, регулируются законодательством Республики Беларусь об охране и использовании вод, если иное не установлено законодательством Республики Беларусь о правовом режиме территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС.
53.Охрана подземных вод от истощения и загрязнения. Виды загрязнения и их опенка. Способы защиты подземных вод от истощения и загрязнения.
Юридические лица и граждане Республики Беларусь, в том числе индивидуальные предприниматели, деятельность которых оказывает или может оказать вредное влияние на состояние подземных вод, обязаны принимать меры по предупреждению и предотвращению загрязнения и истощения подземных вод, а также обустройству режимной локальной сети наблюдательных скважин для контроля за состоянием подземных вод.
Режим эксплуатации сооружений для забора подземных вод должен исключать преждевременное истощение запасов и обеспечивать сохранение природных качеств этих вод.
В случае вскрытия подземных водоносных горизонтов с водой питьевого качества юридические лица и индивидуальные предприниматели, проводящие буровые, горные и другие работы, связанные с поиском, разведкой и эксплуатацией месторождений полезных ископаемых, должны принять меры по охране подземных вод от загрязнения и сообщить об этом в установленном порядке республиканскому органу государственного управления по природным ресурсам и охране окружающей среды или его территориальным органам, органам государственного управления по надзору за безопасным ведением работ в промышленности и атомной энергетике и органам государственного санитарного надзора.
В местах нахождения месторождений подземных вод, которые используются или могут быть использованы для водоснабжения и лечебных целей, не допускается устройство объектов захоронения и хранения отходов, а также размещение кладбищ, скотомогильников и строительство других объектов, которые могут быть источником загрязнения этих вод.
Все скважины на воду, не подлежащие дальнейшему использованию, картировочные, поисковые и разведочные скважины на все виды полезных ископаемых, а также вертикальные и другие горнопоисковые и эксплуатационные горные выработки, заброшенные колодцы должны быть ликвидированы в установленном порядке.
Самоизливающиеся скважины на воду подлежат оборудованию регулирующими устройствами, консервации или ликвидации в порядке, установленном законодательством Республики Беларусь.
Ликвидацию горных выработок и ликвидационный тампонаж скважин любого назначения осуществляют организации, выполняющие их проходку, а непригодных и заброшенных эксплуатационных и наблюдательных скважин и выработок – организации, на балансе которых они находятся.
В случае невозможности установления собственника заброшенных скважин и выработок их ликвидация осуществляется по решению местных исполнительных и распорядительных органов за счет средств местных бюджетов.
Мероприятия по охране подземных вод, включая создание и эксплуатацию режимной локальной наблюдательной сети скважин, осуществляются за счет средств юридических лиц и индивидуальных предпринимателей, деятельность которых оказывает вредное влияние на состояние подземных вод.
В большинстве случаев загрязнение пресных вод остаётся невидимым, поскольку загрязнители растворены в воде. Но есть и исключения: пенящиеся моющие средства, а также плавающие на поверхности нефтепродукты и неочищенные стоки. Есть несколько природных загрязнителей. Находящиеся в земле соединения алюминия попадают в систему пресных водоёмов в результате химических реакций. Паводки вымывают из почвы лугов соединения магния, которые наносят огромный ущерб рыбным запасам. Однако объём естественных загрязняющих веществ ничтожен по сравнению с производимыми человеком.
54.Инженерная геология, основные задачи, отрасли, разделы и этапы развития. Основы грунтоведения. Понятие о грунтах. Их состав, структурные связи.
Инженерная геология-отрасль геологии, изучающая верхние горизонты земной коры и их динамику в связи с инженерной деятельностью человека. Прикладной задачей инженерной геологии является прогноз взаимодействия сооружения с геология. обстановкой во время его возведения и эксплуатации, а также получение всех необходимых для проектирования геология, данных. Сооружения (здания, дороги, мосты, плотины, аэродромы, метрополитены и др.) должны строиться с обязательным учетом геология, условий, к-рые влияют на выбор места, конструкции, методы производства строит, работ. Под гео- логич. условиями для стр-ва понимается вся совокупность грунтовых и гидрогеологических условий, естественных и вызванных строительством геологических процессов и явлений, которые необходимо учитывать при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.
В инженерной геологии изучаются состав, строение, состояние, свойства и условия распространения горных пород (иногда и почв), как грунтов, определяющие их поведение во взаимодействии с сооружением; исследуются геологич. (в т. ч. гидрогеологич. и геоморфологич.) процессы естественные, а также возникающие при возведении и эксплуатации сооружений, с целью установления возможного влияния этих процессов на проектируемые сооружения, определения характера и степени этого влияния, что должно быть учтено при расчете конструкций, расположении сооружений и выборе методов производства работ; рекомендуются защитные мероприятия, обеспечивающие устойчивость и нормальную эксплуатацию сооружений; устанавливаются закономерности пространственного распределения инженерно-геологич. условий. Соответственно этому инженерная геология разделяется на 3 осн. раздела: грунтоведение, инженерная динамич. геология (инженерная геодинамика) и региональная инженерная геология.
Грунтоведение — наука о грунтах, «научное направление инженерной геологии, исследующее состав, состояние, строение и свойства грунтов и сложенных ими грунтовых толщ (тел или массивов), закономерности их формирования и пространственно-временного изменения под воздействием современных и прогнозируемых геологических процессов, формирующихся в ходе развития земной коры под влиянием совокупности всех природных факторов и в связи с инженерно-хозяйственной, прежде всего инженерно-строительной деятельностью человечества».
Объектом изучения грунтоведения являются любые горные породы, почвы, осадки, искусственные геологические образования, рассматриваемые как грунты, и слагаемые ими грунтовые толщи (массивы) верхней части разреза земной коры.
Предметом исследования грунтоведения являются знания о грунтах, их составе, состоянии, строении и свойствах, закономерностях их формирования и пространственно-временного изменения.
Грунтом называются любые горные породы, почвы, осадки и антропогенные породоподобные образования, рассматриваемые как многокомпонентные, динамичные системы, формирующиеся под влиянием всей совокупности природных и техногенных факторов, являющиеся компонентами геологической среды и изучаемые в связи с осуществленной, текущей или планируемой инженерно-хозяйственной деятельностью человека.
Различают: скальные и полускальные грунты — монолитные грунты с жесткими структурными связями; дисперсные грунты — раздельнозернистые грунты без жестких структурных связей: связные - глинистые, и несвязные - песчаные и крупнообломочные.
55. Основные физико-механические свойства грунтов. Плотность, пластичность, липкость, водопрочность, набухание, усадка, сжимаемость, сопротивление сдвигу и разрыву. Зависимость свойств грунтов от их состава, структуры, текстуры.
Плотность грунта – это отношение массы породы, включая массу воды в ее порах, к занимаемому этой породой объему. Плотность зависит от минералогического состава, влажности и характера сложения. ρ=m/V
Плотностью частиц грунта называют отношение массы сухого грунта, исключая массу воды в его порах, к объему твердой части этого грунта. ρs=(m-mв)/Vt
Пластичность – способность породы изменять под действием внешних сил свою форму, т.е. деформироваться без разрыва сплошности и сохранять полученную форму, как действие внешней силы прекратилось – является характеристикой, во многом определяющей деформируемость.
Набуханием называют способность глинистых пород при насыщении водой увеличиваться в объеме. Набухание зависит от содержания в породе глинистых пылеватых частиц и их минералогического состава, а также от химического состава взаимодействующей с породой водой.
Усадкой породы называют уменьшение объема породы под влиянием высыхания, зависящее от ее естественной влажности: чем больше влажность, тем больше усадка.
Сжимаемость характеризует их способность деформироваться под влиянием внешней нагрузки, например, давления от возведенных сооружений, не подвергаясь разрушению.
ЛИПКОСТЬ горных пород — способность горной породы (горной массы) при соприкосновении прилипать к поверхности твёрдого материала.
Под водопрочностью грунтов понимается их способность сохранять механическую прочность и устойчивость при взаимодействии с водой. Это взаимодействие может быть статическим и динамическим. В первом случае при взаимодействии грунта и воды происходят явления набухания и размокания, во втором, когда на грунт оказывается гидродинамическое воздействие, — размыв пород. Соответственно этому водопрочность грунтов может быть охарактеризована по их размокаемости и размываемости.
Предельным сопротивлением сдвигу (растяжению) называется способность грунта противостоять перемещению частей грунта относительно друг друга под воздействием касательных и прямых напряжений. Этот показатель характеризуется прочностными свойствами грунтов и используется в расчетах оснований зданий и сооружений.
Связность (сцепление) грунтов проявляется как при их разрыве, так и при сдвиге. Разрыв грунта происходит под действием растягивающих нормальных давлений, возникающих в массиве грунта в результате действия гравитационных сил (на бровке откоса), горизонтального давления воды (в основании верхней грани плотины), неравномерного термического расширения и сжатия, а также усадки различных участков породы и т. д. Под действием растягивающих давлений происходит разрыв грунта, что морфологически выражается в появлении трещин отрыва, отделении одной части грунта от другой. Поверхность трещин отрыва имеет характерный рисунок, по которому их отличают от трещин сдвига.