Практикум. Гидрогеология

соблюдаться следующие правила:

Линии, образующие треугольники, необходимо проводить так,

чтобы длинная сторона была перпендикулярна к направлению падения потока.

Нельзя интерполировать точки, расположенные по разные стороны поверхностных водотоков и водоемов. При наличии таких водотоков определять отметки урезов рек по водомерным постам и использовать их при интерполяции как точки выхода грунтовых вод на урезе реки (предварительно должен быть проанализирован характер дренирования грунтовых вод).

Не следует проводить интерполяцию между грунтами скважин,

расположенных далеко друг от друга. Лучше проводить интерполяцию для каждой группы скважин отдельно, иначе можно исказить действительную форму поверхности грунтового потока.

При интерполяции удобно пользоваться палеткой на кальке в виде масштабной сетки, состоящей из системы параллельных линий, проведенных на расстоянии 2 - 5 мм. С помощью масштабной сетки пропорционально делят отрезки, соединяющие точки, отметки уровня которых подлежат интерполяции.

После интерполяции соединяют точки с одинаковыми отметками; эти кривые и будут гидроизогипсами.

Необходимо отметить, что грунтовый поток обычно разбивается реками и поверхностными водоемами на отдельные, более мелкие потоки. Поэтому не следует интерполировать точки, расположенные по разные стороны поверхностных водотоков и водоемов. При наличии таких водотоков необходимо определять отметки урезов рек по водомерным постам и использовать их при интерполяции как точки выхода грунтовых вод на урезе реки.

Кроме карт гидроизогипс для целей проектирования и строительства могут составляться карты глубин залегания поверхности грунтовых вод, или карты гидроизобат. Гидроизобатами называют линии, соединяющие точки с

61

одинаковыми глубинами залегания грунтовых вод. Карты гидроизобат, так же как и гидроизогипс, строят методом интерполяции глубин залегания уровня грунтовых вод.

Чаще всего для решения различных практических задач, карты гидроизогипс и гидроизобат составляют на одной и той же топографической основе.

Анализ карт гидроизогипс позволяют составить краткую гидрогеохимическую характеристику участка. По карте гидроизогипс можно определить:

•Направление движения грунтовых вод на заданном участке.

•Глубину залегания грунтовых вод в любой точке или на любом участке.

•Уклон грунтового потока.

•Характер взаимосвязи грунтовых вод с поверхностными.

•Условия питания и разгрузки подземных вод.

Направление движения грунтовых вод определяется по нормам к 2-м

смежным гидроизогипсам. Движение воды направлено от более высоких отметок уровня к более низким.

Глубину залегания грунтовых вод в любом заданном пункте определяют по разности отметок горизонтами рельефа и гидроизогипсы.

Уклон потока подземных вод (J) определяется для любого заданного участка карты делением сечения карты гидроизогипс на кратчайшие расстояния между двумя гидроизогипсами, взятые в масштабе карты:

J =	Н	1	− Н	2
			L

где Н1 и Н2 – отметки уровня грунтовых вод в двух точках;

L – расстояние между этими точками в масштабе карты.

Для определения уклона грунтового потока выбирается участка с

62

наиболее равномерным и прямолинейным распределением гидроизогипс.

Связь грунтовых вод с поверхностными определяется по характеру сопряжения гидроизогипс с водоемами; если грунтовый поток направлен к реке, то он дренируется ею, если потоку грунтовых вод направлен от реки – река дренируется грунтовыми водами.

По соотношению и характеру изменения гидроизогипс могут быть выделены водоразделы подземных вод, участки их питания и разгрузки.

Участки замкнутых гидроизогипс с высокими отметками указывают на положение водоразделов грунтовых вод, где условия питания наиболее благоприятны.

Зоны с нулевой глубиной до воды указывают на участки выхода подземных вод на поверхность земли.

Задание. Построить карту гидроизогипс на топографической основе заданного масштаба, используя данные таблицы 5.1.

Абсолютная отметка горизонта реки (по водомерному посту) = 22,0 м.

Уклон реки на всем участке равномерный J=0,0004 (0,4 м на 1 км).

Необходимо:

1.Пользуясь приведенными данными по буровым скважинам, шурфам,

колодцам, источникам и водомерному посту на реке – провести на карте гидроизогипсы через 1 м.

2.Определить направление движения подземных вод, показать его стрелками на карте, на характерных участках определить гидравлический уклон потока.

3.Определить по карте, на какой глубине можно встретить подземные воды, выделить зоны с различной глубиной (до 1 м, 1-3 м, 3-6 м, 6 м).

4.Охарактеризовать условия питания и разгрузки подземных вод.

5.Определить характер взаимосвязи реки и подземных вод, выявить влияние оврагов на поверхность подземных вод.

63

			Таблица 5.1
	Данные для построения карты гидроизогипс
№ на	Пункт замера	Абсолютная	Глубина от
карте		отметка земли в	поверхности земли, м
		метрах
1	Буровая скважина	35,0	5,2
2	-“-	27,5	1,5
3	Шурф	23,9	1,0
4	Буровая скважина	27,0	2,2
5	Шурф	25,2	1,2
6	Буровая скважина	31,1	4,8
7	-“-	32,3	4,7
8	-“-	34,9	5,5
9	-“-	32,5	6,2
10	-“-	26,0	2,0
11	Колодец	23,5	1,0
12	Буровая скважина	34,0	5,0
13	-“-	37,0	6,5
14	-“-	35,1	6,3
15	-“-	31,2	5,0
16	Шурф	21,8	0,8
17	-“-	21,7	0,8
18	Буровая скважина	34,7	6,5
19	-“-	31,8	5,4
20	-“-	28,0	3,2
21	Шурф	20,1	1,0
22	Буровая скважина	29,5	3,5
23	-“-	25,4	1,4
24	Колодец	21,9	0,4
25	-“-	21,2	1,1
26	Шурф	18,9	0,2
27	Колодец	21,2	0,7
28	Шурф	23,8	1,6
29	-“-	26,4	2,2
30	Буровая скважина	33,0	5,2
31	-“-	34,9	6,2
32	Источник	24,0	-
33	Источник в обрыве реки	25,5	-
34	Источник	26,0	-
35	Буровая скважина	25,8	0,9
36	-“-	24,0	0,3

64

6. Построение и анализ карт гидроизопьез

Подземные воды, залегающие между двумя водоупорами и обладающие напором, называют артезианскими. Они заполняют водоносный пласт на всю его мощность. При вскрытии таких водоносных пластов буровыми скважинами уровень воды в них поднимается выше кровли водоносного пласта. Этот уровень называется напорным или пьезометрическим. Иногда уровень воды в скважинах, вскрывших водоносный пласт, поднимается выше поверхности земли, и вода из них изливается на поверхность.

Распределение пьезометрических уровней на площади распространения артезианских вод определяется соотношением их отметок в области питания и разгрузки. Пьезометрическая поверхность не является реальной поверхностью воды, пьезометрический уровень устанавливается только в скважинах,

вскрывших артезианский водоносный пласт. На тех участках, где отсутствуют скважины, пьезометрический уровень можно установить по картам гидроизопьез.

Гидроизопьезами (пьезоизогипсами) называются линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками пьезометрического уровня.

Совокупность таких линий образует карту гидроизопьз. Изопьезы являются линиями напоров, а линии, проведенные перпендикулярно к ним, показывают направление движение потока и называются линиями токов. Избыточный напор Низб – это высота столба воды над кровлей пласта, характеризующая дополнительный (по отношению к атмосферным условиям) напор, под которым находятся подземные воды в данном водоносном горизонте. Определяется он как разность отметок кровли и пьезометрической поверхности. Аналогичное содержание имеет понятие избыточное пластовое давление.

Для построения карт гидроизопьез необходимо располагать данными о глубине залегания пьезометрического уровня в скважинах, колодцах и других

65

горных выработках, необходимо иметь абсолютные отметки их устьев. Кроме водопунктов, расположенных в зоне напора артезианских вод, необходимо использовать отметки источников, урезов рек, расположенных в областях питания и разгрузки артезианских вод и имеющих гидравлическую связь с подземными водами. По имеющимся водопунктам вычисляются абсолютные отметки пьезометрического уровня, и методом интерполяции строят карты гидроизопьез.

Карты гидроизопьез строят в масштабах от 1:25000 до 1:200000 в

зависимости от характера и стадии гидрогеологических исследований. Сечение гидроизопьез выбирают в зависимости от принятого масштаба карты, густоты пунктов наблюдений за уровнем подземных вод, уклона их поверхности.

Обычно берут сечения 0,5, 1, 2, 5 и более м. Карты гидроизопьез могут

совмещаться с картами изолиний кровли и подошвы водоносного пласта.

При построении карт гидроизопьез необходимо учитывать некоторые особенности, связанные с условиями залегания артезианских вод. Водоносные

горизонты артезианских вод изолированы сверху от влияния

метеорологических факторов толщей водоупорных пород, поэтому пьезометрические уровни не испытывают заметных колебаний во времени.

Следовательно, при построении карт гидроизопьез можно использовать разновременные замеры уровней воды по водопунктам. Артезианские воды не имеют обычно прямой гидравлической связи с водами поверхностных водотоков и водоемов, поэтому возможно интерполировать между собой точки,

расположенные на разных склонах речных долин и оврагов.

Карта гидроизопьез отражает форму пьезометрической поверхности артезианских вод, поэтому по такой карте можно определить важные гидрогеологические показатели водоносного пласта и охарактеризовать основные особенности его строения.

Форма пьезометрической поверхности во многом определяется

66

водопроницаемостью пород и мощностью водоносного пласта.

Теоретически в однородных по водопроницаемости пластах постоянной мощности пьезометрическая поверхность должна иметь вид плоскости (в

сечении – прямая линия), а гидроизопьезы – вид прямых, расположенных друг от друга на одинаковом расстоянии. В действительности, вследствие фильтрации воды через кровлю и подошву пласта и проявления упругих сил в воде и в водоносной породе, пьезометрическая поверхность имеет изогнутый вид. По сгущению и разряжению гидроизопьез судят об изменении мощности водоносного горизонта или водопроницаемости пород. Если водопроницаемость пород увеличивается вниз по потоку, пьезометрическая поверхность выполаживается – гидроизопьезы разреживаются. При уменьшении водопроницаемости пьезометрическая поверхность становится круче, а гидроизопьезы сгущаются. Если мощность водоносного пласта увеличивается по потоку, пьезометрическая кривая выполаживается, а при уменьшении мощности она становится круче.

По карте гироизогипс можно судить о связи напорных вод поверхностными водоемами и водотоками. Если русло реки врезано в водоносный горизонт, связь осуществляется непосредственно: напорные воды стекают в реку. Гидроизопьезы вблизи реки изменяют свою форму, «упираясь» в реку, в пьезометрической поверхности образуется понижение – депрессия.

При затрудненной гидравлической связи напорного водоносного пласта пьезометрическая поверхность вблизи реки имеет слабо изогнутый вид.

Отметки гидроизопьез значительно выше отметок уровня воды в реке и пересекают ее.

По карте гидроизопьез можно также решить и другие вопросы:

1)определить направление движения подземных вод на заданном участке, вычислить уклон пьезометрической поверхности;

2)выяснить глубину до воды или отметку уровня воды в любой

67

заданной точке; определить для любой точки высоту напора воды

над кровлей водоносного пласта;

3)выделить участки, где отметки пьезометрического уровня превышают отметки поверхности земли, где возможен самоизлив;

4)определить области питания, напора и разгрузки горизонта напорных вод.

Задание. Построить карту гидроизопьез окского и каширского водоносных горизонтов на топографической основе, используя данные таблиц

7.4 и 7.5.

Карты гидроизопьез должны сопровождаться гидрогеологическими разрезами, построенными по данным бурения скважин. На разрезах показывают стратиграфические границы, литологический состав пород,

отметки пьезометрического уровня, высоту напора и другие данные.

7. Построение и анализ гидрогеологических разрезов

Гидрогеологические разрезы – широко применяемая форма графической обработки и обобщения информации, разрезы характеризуют гидрогеологические условия территории в вертикальном разрезе.

Гидрогеологические разрезы характеризуют условия залегания и приуроченность подземных вод к различным горным породам, их связь с поверхностными водами, положение уровня подземных вод.

Построение разрезов выполняется в следующей последовательности:

1)выбирается наиболее информативный участок, где линия разреза пересекает различные геоморфологические элементы, зоны разломов, долины рек;

2)выбирается горизонтальный и вертикальный масштабы разреза.

Горизонтальный масштаб должен соответствовать масштабу карты,

68

вертикальный масштаб должен обеспечить четкое изображение

условий залегания и взаимосвязи водоносных горизонтов и

комплексов, рек и т. п.;

3)строится гипсометрический профиль, на котором вертикальными линиями показывается местоположение скважин, отметки их устья и забоя, показывается рельеф поверхности земли. По данным бурения строят геолого-литологические колонки, проводят геологические и литологические границы пород, зоны разломов. Наносят положение уровня подземных вод по замерам в скважинах, колодцах, шурфах,

источниках и др. На основании гидрогеологических данных выделяют водоносные горизонты и комплексы, разделяющие их водоупоры, указывают интервалы опробования, количественные

показатели изученных свойств.

Для построения разреза необходимы топографическая карта,

геологический и геоморфологический профили по выбранному направлению,

геолого-литологические колонки скважин, шурфов и других выработок,

находящихся на линии разреза или вблизи него, результаты наблюдений за уровнем подземных вод в скважинах, колодцах и др. выработках, результаты наблюдений на гидрометрических постах, специализированные исследования в скважинах и т. п.

Гидрогеологические разрезы анализируют в следующем порядке:

1.Устанавливают водоносные горизонты, условия их залегания, состав пород и данные об уровнях подземных и поверхностных вод.

2.Определяют мощность водоносного пласта как разность отметок его кровли и подошвы, величину напора над кровлей как разность отметок между пьезометрическим уровнем и кровлей пласта. Зоны,

где поверхность земли располагается ниже пьезометрической кривой, выделяют как участки возможного самоизлива. Глубина

69

безнапорных подземных вод определяется как разность отметок поверхности земли и уровня подземных вод, мощность - разностью отметок зеркала подземных вод и водоупорной подошвой водоносного пласта; определяют мощность и строение зоны аэрации,

устанавливают наличие относительно водоупорных прослоев в зоне аэрации, т. к. на них может формироваться верховодка, возможно создание и зон местного напора.

3.Характеризуют условия движения подземных вод; направление,

уклон потока на разных участках.

4.Выделяют вид, условия питания и разгрузки подземных вод,

местоположение областей питания и разгрузки.

5.Устанавливают характер и интенсивность взаимосвязи между водоносными горизонтами из литолого-фациального анализа разреза и соотношений напоров смежных водоносных горизонтов, характера

изменения этих соотношений по разрезу.

Задание. Построить гидрогеологические разрезы по карте гидроизогипс и

гидроизопьез, используя данные таблиц 7.1 – 7.5.

70