Геология / Новая папка (3) / __5__ УП ГИДРОГЕОЛ.КАРТЫ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра строительного производства, оснований и фундаментов

Игашева С.П., Соседков Э.С.

ГЕОЛОГИЯ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ «Гидрогеологические карты, их роль при проектировании и строительстве»

для студентов строительных специальностей очной и заочных форм обучения

Тюмень, 2011

УДК

ББК

Игашева С.П., Соседков Э.С. Геология: учебное пособие к практическим работам дисциплины «Геология» для студентов строительных специальностей очной и заочных форм обучения - перераб. и доп. – Тюмень: РИЦ ГОУ ВПО ТюмГАСУ, 2011. – 52 с.

Учебное пособие разработано на основании рабочих программ ГОУ ВПО ТюмГАСУ дисциплины «Геология» для студентов строительных специальностей очной и заочных форм обучения. Учебное пособие содержит теоретический материал по теме «Основные положения гидрогеологии» и методические указания к трѐм практическим работам «Карты гидроизогипс, их роль при проектировании и строительстве», «Карты гидроизобат, их роль при проектировании и строительстве», «Карты гидроизопьез, их роль при проектировании и строительстве» и контрольные вопросы.

Рецензент: В.В. Миронов, профессор, доктор т.н.

Рецензент: Ю.В.Кравцов, ведущий научный сотрудник

ООО «Тюменгипрогаз», к.г.-м. н.

Тираж 300 экз.

ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет» Игашева С.П., Соседков Э.С.

Редакционно-издательский центр ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурностроительный университет»

2

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………....................5

1Основные положения гидрогеологии……………………………………..6

2ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1 Карты гидроизогипс, их роль при проектировании и строительстве…10

2.1Теоретическая часть Грунтовые воды

2.1.1Особенности формирования и залегания грунтовых вод…………10

2.1.2Режим грунтовых вод, наблюдения за режимом…………………..12

2.1.3Общие сведения о картах гидроизогипс…………………………....14

2.2Практическая часть Построение и анализ карты гидроизогипс

2.2.1Методика построения карты гидроизогипс на топографической основе………………………………………….16

2.2.2Методика определения гидрогеологических параметров по карте гидроизогипс……..………………………………………....21

2.2.3Пример оформления…………………………………………………26

2.2.4Общая характеристика карты гидроизогипс………………………..27

2.3Задание к практической работе №1…………………………………….28

2.4Контрольные вопросы…………………………………………….………28

2.5Исходные данные к практической работе №1……………………….......29

3ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2 Карты гидроизобат, их роль при проектировании и строительстве…...35

3.1Теоретическая часть Уровень грунтовых вод

3.1.1Особенности формирования глубин залегания грунтовых вод……35

3.1.2Общие сведения о картах гидроизобат………………………………36

3.2Практическая часть Построение и анализ карты гидроизобат

3.2.1Методика построения карты гидроизобат……..…………..…...….37

3.2.2Методика определения гидрогеологических параметров по карте гидроизобат……..…………………………………………..38

3.2.3Пример оформления……………………………………..…………..40

3.2.4Общая характеристика карты гидроизобат………………………....41

3.3Задание к практической работе №2……………………………………...42

3.4Контрольные вопросы……………………………….……………………42

3.5Исходные данные к практической работе №2…………………………...43

4ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3 Карты гидроизопьез, их роль при проектировании и строительстве…49

4.1Теоретическая часть Напорные воды

4.1.1Особенности формирования и залегания горизонтов

напорных вод………………………………………………………….49 4.1.2 Режим напорных вод……………………………………………...….53

3

4.1.3Общие сведения о картах гидроизопьез…………………………..….54

4.2Практическая часть Построение и анализ карты гидроизопьез

4.2.1Методика построения карты гидроизопьез……..………….............55

4.2.2Методика определения гидрогеологических параметров

по карте гидроизопьез……..………………………………………....56

4.2.3Пример оформления………………………………………………......58

4.2.4Общая характеристика карты гидроизопьез………………………....59

4.3Задание к практической работе №3…………………….…………..…….60

4.4Контрольные вопросы……………………………………………………..60

4.5Исходные данные к практической работе №3………………………….....61

Список литературы…………………………………………………........................67

4

Введение

Подземные воды являются одним из основных существующих и перспективных источников водоснабжения. В то же время, они затрудняют строительство водопроводов и канализационных систем, автомобильных дорог, объектов промышленного и гражданского назначения, добычу разнообразных стро и- тельных материалов. Сложным бывает производство земляных и горных работ в условиях притока подземных вод, затапливающих канавы, котлованы, карьеры и другие горные выработки.

Строитель, работающий в Тюменской области в условиях чрезвычайно высокой обводнѐнности, должен иметь достаточно полное представление о подземных водах. Основы гидрогеологии традиционно включаются в состав курса инженерной геологии. Задачей данного учебного пособия является закр е- пление теоретического материала основ гидрогеологии, прочитанного в лекциях.

Целью предлагаемого учебного пособия является обучение студентов построению гидрогеологических карт и определению различных гидрогеологических параметров. Усвоив их порядок, выпускник вуза при проектировании в производственных условиях сможет прогнозировать влияние подземных вод на строительство и эксплуатацию конкретных объектов. Это позволит выбирать наиболее безопасные участки для размещения сооружений и оптимальные меры их защиты (рационально располагать дренажные канавы и т. п.).

В настоящее время всѐ большее распространение получают компьютерные методы построения гидрогеологических карт. Их использование требует приобретения и установки специальных программ, а так же предварительной подготовки как преподавателей, так и студентов. Поэтому в учебных целях строятся упрощѐнные варианты гидрогеологических карт вручную.

Настоящее учебное пособие содержит три практических работы. В каждой работе приводятся теоретические сведения о конкретной разновидности гидрогеологических карт, снабжѐнные наглядными иллюстрациями. Предлагается методика построения карт и нахождения с их помощью различных гидрогеологических параметров, пример выполнения и оформления практической работы. Выполнение работ заканчивается характеристикой исследуемого участка и закреплением пройденного материала при помощи контрольных вопросов.

Практические работы выполняются каждым студентом индивидуально, (предложено по 30 вариантов исходных данных). Они оформляются и сдаются в порядке, установленном кафедрой.

Учебное пособие может быть использовано студентами очной, заочной и заочной в сокращѐнные сроки форм обучения всех строительных специальностей (ПГС, ПСК, ЭУН, ГСХ, АД, ВиВ, ТГВ, ООС) как во время аудиторных занятий, так и для самостоятельной работы.

Важнейшим дополнением к настоящим указаниям являются презентации «Подземные воды» и «Построение карты гидроизогипс», иллюстрирующие его текст.

5

1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ГИДРОГЕОЛОГИИ

Гидрогеология (от греч. hydro – вода, ge – земля, logos – наука) – наука,

изучающая состав, свойства и законы движения подземных вод.

Подземными называют воды, которые находятся в земных недрах в разных формах и в разном состоянии.

Состояние подземных вод

I. В форме пара.

II. Физически связанная вода:

1)прочносвязанная (гигроскопическая);

2)слабосвязанная (плѐночная). III. Свободная вода:

1)капиллярная;

2)гравитациóнная.

IV. Вода в твѐрдом состоянии.

V.Кристаллизационная и химически связанная вода.

Происхождение подземных вод

Среди множества теорий, объясняющих происхождение подземных вод, наиболее знáчимыми являются следующие:

а) инфильтрациóнные воды (от лат. infiltration – процеживание) образу-

ются в результате просачивания атмосферных осадков в водопроницаемые горные породы. Наиболее характерны для районов с умеренным климатом, где выпадает много осадков, а испарение не столь велико;

б) конденсациóнные подземные воды (от лат. condensatio – сгущение, уп-

лотнение) формируются в тех климатических зонах, где испаряемость значительно превышает количество осадков. В результате в пустынях образуются линзы пресной воды над солѐными подземными озѐрами;

в) седиментогéнные подземные воды (от лат. sedimentum – осадок) образуются одновременно с накоплением морских осадков. После погружения на большую глубину осадки значительно уплотняются, а воды из них выжимаются в водопроницаемые песчаные слои;

г) ювенИльные (от лат. juvenalis – юный) или магматогéнные (от греч. magma – густая мазь) могут быть образованы из паров воды, выделяемых магмой при еѐ остывании. Пар поднимается по трещинам горных пород, которые имеют мéньшую температуру по сравнению с ним, и переходит в капельножидкое состояние;

6

д) дегидратациóнные воды (от лат. dehydratatio – обезвоживание) или

возрождѐнные образуются в результате выделения кристаллизационной воды из минеральных масс при повышенных температурах (например, при переходе гипса в ангидрит).

Залегание подземных вод

Слои горных пород, препятствующие движению подземных вод (скальные

породы	без трещин, глина), называют водонепроницаемыми или
водоупóрными (рисунок 1).
Слои	горных пород, содержащие подземные воды,	называют

водонóсными, они обладают водопроницаемостью – способностью фильтровать воду. Это характерно для рыхлых (песок, гравий, супесь) и трещиноватых пород.

Снизу водоносный горизонт подстилает слой водонепроницаемых пород (глин), который называют водоупорным лóжем или просто водоупóром. Рас-

стояние от водоупора до уровня грунтовых вод определяет мощность водо-

носного слоя.

Рисунок 1 Элементы водоносного слоя

Водоносную толщу горных пород разделяют на две части:

I. Зона аэрации. В кровле водоносного горизонта залегают, как правило, неводонасыщенные слои горных пород, в которых основная часть пор занята воздухом. Они способны беспрепятственно, но с разной скоростью пропускать атмосферные осадки и другие виды поверхностных вод вглубь горизонта. Так же беспрепятственно воды могут перемещаться наверх, испаряться и т.д. Давление в кровле водоносного горизонта равно атмосферному или меньше его

7

(если есть зона капиллярного поднятия), воды в нѐм являются безнапорными. При вскрытии водоносного горизонта горными выработками (скважинами, канавами и др.), уровень воды в них устанавливается в соответствии уровнем воды в пласте.

II. Зона насыщения располагается в нижней части водоносного горизонта, где все поры и трещины в горных породах заполнены водой.

По условиям залегания выделяют такие типы подземных вод (рисунок 2):

Рисунок 2 Типы подземных вод по месту залегания

а) ПÓЧВЕННЫЕ воды «подвешены» в пóрах почвы непосредственно у поверхности земли вследствие капиллярных явлений. Имеют сезонный характер и сезонные колебания температур. Для почвенных вод характерно наличие органических веществ и микроорганизмов;

б) СВОБОДНЫЕ ПОЧВЕННЫЕ воды встречаются только в связи с сезонным увлажнением или заболачиванием почв;

в) ВЕРХОВÓДКА ограниченно распространена в самых верхних слоях земной коры. Эти воды пресные, часто содержат органические соединения и малопригодны для использования. Воды верховодки ненапорные и маломощные, что объясняется малой площадью водоупора. Она возникает в периоды дождей и исчезает с наступлением засушливых периодов, а в районах распространения многолетней мерзлоты полностью промерзает. Возможность возникновения

8

верховодки не всегда учитывается в полной мере, поэтому она нередко создаѐт затруднения при строительстве;

г) ГРУНТÓВЫМИ называют подземные воды первого от поверхности земли постоянно существующего водоносного горизонта, расположенного на первом выдержанном водоупорном слое - водоупорном ложе. Они имеют свободную поверхность – зéркало грунтовых вод (на разрезе – уровень грунтовых вод, УГВ). Положение УГВ относительно поверхности земли постоянно меняется, что создаѐт большие проблемы для строительства сооружений и для их эксплуатации. Грунтовые воды питаются за счѐт инфильтрации осадков и могут образовывать потоки, озѐра, бассейны. Они взаимосвязаны с поверхнос тными водоѐмами и не обладают должным качеством;

д) МЕЖПЛАСТÓВЫЕ подземные воды содержатся в водоносном слое, расположенном между двумя водоупорными слоями. Если водоупоры горизонтальны и межпластовые воды имеют возможность выхода на поверхность, то они являются безнапорными. Но гораздо чаще водоупорные слои бывают наклонными или изогнутыми в форме синклинали. Воды с поверхности земли попадают в водоносный горизонт, где становятся напорными. При вскрытии такого слоя скважиной, вода начинает фонтанировать. Это явление впервые было изучено во французской провинции Артуá, поэтому напорные подземные воды часто называют АРТЕЗИÁНСКИМИ.

Из-за изоляции водоупорными слоями от поверхности земли температура артезианских вод подвержена только годовым колебаниям. Они обладают наилучшим качеством и применяются для водоснабжения. Артезианские воды имеют огромное значение в народном хозяйстве. Они используются для водоснабжения городов, промышленных предприятий, железнодорожных станций, ферм и других объектов. Из них извлекают бром, йод, используют в бальнеологических целях;

е) ЖИЛЬНЫЕ и ТРÉЩИННЫЕ воды находятся и передвигаются в местах нарушения сплóшности массивных горных пород, чаще – в тектонических трещинах. Обычно они загрязнены микроорганизмами, взвешенными минеральными и органическими веществами.

Все типы подземных вод взаимосвязаны как между собой, так и с другими частями гидросферы. Подземные воды являются неотъемлемой частью круговорота воды в природе.

9

2 ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1 Карты гидроизогипс,

их роль при проектировании и строительстве

2.1Теоретическая часть Грунтовые воды

2.1.1Особенности формирования и залегания грунтовых вод

Для построения гидрогеологических карт необходимы сведения о подземных водах. Особое внимание со стороны строителей вызывают грунтовые воды, поскольку они содержатся в больших объѐмах в верхних горизонтах горных пород. Попадая в сферу строительной деятельности человека, они всегда создают проблемы и требуют тщательного изучения.

Каждый водоносный горизонт грунтовых вод имеет ряд характеристик:

а) область питания. Для грунтовых вод характерны несколько видов питания, причѐм на различных участках своего распространения грунтовые воды могут использовать различные источники питания:

инфильтрация (просачивание) атмосферных осадков – дождя, росы, тающего снега и т. д. является основным источником питания грунтовых вод. Величина инфильтрации находится в прямой зависимости от характера осадков, их интенсивности, а так же от водопроницаемости почвы и горных пород зоны аэрации. Из-за неравномерного распределения количества атмосферных осадков в течение года (внутригодовые колебания) или на протяжении нескольких лет (многолетние колебания) меняется величина инфильтрации. Это является одной из главных причин колебания уровня грунтовых вод;

перетоки из нижележащих напорных горизонтов через слабоводопроницаемые слои (лѐгкие супеси и суглинки); трещинные воды по зонам тектонических разломов;

поверхностные водоѐмы и водотоки (реки, озѐра, пруды, водохранили-

ща и т. д.). Их связь с грунтовыми водами может быть различной (рисунок 3). В районах с влажным умеренным климатом зеркало грунтовых вод, как правило, имеет уклон к реке, и речные воды подпитываются грунтовыми – речные долины дренируют грунтовые воды (рисунок 3.1).

В районах с засушливым климатом, а так же в других районах после окончания паводка, уровни грунтовых вод нередко понижаются по направлению от реки в сторону еѐ берегов, где речные воды расходуются на питание грунтовых вод (рисунок 3.2).

В горных районах с одного склона речной долины в русло реки могут поступать грунтовые воды, а на противоположном берегу поглощаются речные воды (рисунок 3.3).

10