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

Рисунок 3 Схема связи грунтовых и речных вод:

а) в поперечном разрезе; б) в плане.

искусственные области питания грунтовых вод на массивах орошения, вблизи каналов и водохранилищ и др. дополнительно создаются при проведении различных инженерных и водохозяйственных мероприятий.

Понижение уровня грунтовых вод ведѐт к уменьшению мощности водоносного горизонта и осушению части пласта. С подъѐмом уровня грунтовых вод пласт испытывает обильное водонасыщение и происходит увеличение мощности водоносного пласта.

б) область распространения грунтовых вод практически совпадает с областью их питания;

в) область разгрузки всегда приурочена к наименьшим отметкам их уровней (абсолютных или относительных) и характеризуется большим разнообразием:

источники, пластовые высачивания и другие водопроявления на по-

верхности земли. Если источник действует на дневной поверхности, его называют открытым, а при выходе грунтовых вод под дном водоѐмов -

закрытыми.

эрозионные источники возникают в результате врезания эрозионной сети в толщу водоносных пород. При этом различают совершенный вид

дренирования, когда эрозионная сеть вскрывает весь водоносный комплекс и несовершенный, вскрывающий только его часть.

переливы или перетоки в нижележащие водоносные горизонты характерны для грунтовых вод водораздельных участков междуречий, проходящих по самым высоким отметкам их поверхности.

искусственные очаги и области разгрузки грунтовых вод создаются в результате инженерной и хозяйственной деятельности человека (дренирование, водоотбор грунтовых вод из колодцев и скважин и др.).

11

путѐм испарения разгрузка грунтовых вод может осуществляться при залегании грунтовых вод на глубине, не превышающей 3 метров, т. е. меньше критической. Глубже 3 метров испарение практически равно нулю.

2.1.2 Режим грунтовых вод, наблюдения за режимом

Грунтовые воды, залегающие сравнительно недалеко от поверхности земли, могут существенно осложнить как производство строительных работ, так и эксплуатацию сооружений, поэтому для инженеров-строителей чрезвычайно важными являются сведения о режиме подземных вод.

Режим подземных вод – это изменение во времени уровня грунтовых вод, их состава и расхода. Для получения таких сведений перед проектированием зданий и крупных сооружений специально создают стационарные гидрогеологические станции. Они ведут СТАЦИОНАРНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ - круглогодичные наблюдения за режимом подземных вод, которые заключаются в дли-

тельных (не менее 3 месяцев) периодических (через каждые 3-10 дней) заме-

рах положения УГВ в скважинах и расхода родников, если таковые имеются. Каждое измерение должно производиться «на одну дату» - за максималь-

но короткий период времени, в течение которого не было существенных изменений уровня грунтовых вод. После продолжительных и ливневых дождей обязательно проводятся внеочередные наблюдения. При этом не менее 4 раз в год (посезонно) отбираются пробы воды для химического анализа.

Для стационарных наблюдений используются буровые скважины, расположенные по ствóрам (пробуренные вдоль прямой линии) или по сетке (не-

скольким параллельным створам). Расстояние между ними выбирают в зависимости от сложности геологических и гидрогеологических условий.

Абсолютные отметки уровня воды в скважинах измеряется от верха репера (колышка), расположенного сбоку от устья. Отметка этой точки устанавливается нивелированием (от абсолютного нуля, за который в России принят средний уровень Балтийского моря. Он соответствует нулевой отметке Крондштадтского футштока).

Если нивелирование не производилось, за исходную точку можно взять любую плоскость сравнения 0 - 0. Это позволит измерить превышения одной точки над другой или относительную высоту.

Для измерения используют рейку, шнур или другие предметы, не изменяющие свои параметры при намокании.

Часто бывает трудно визуально установить момент соприкосновения этих предметов с водой в скважине, а значит и момент начала отсчѐта. Поэтому они должны быть снабжены сигнальными приспособлениями – поплавками, хлопушками, свистками, электросигнализацией (рисунок 4):

12

Рисунок 4 Приспособления для измерения уровня подземных вод:

а) поплавок; б) хлопушка: 1 - деревянная пробка; 2 - парафин; 3 – цилиндр;

в) свисток: 1 – тросик; 2 – «голос»; 3 – колокол; г) дисковый уровнемер Симонова: 1 – диск; 2 – стойка; 3 – тонкая проволока

с поплавком; д) световой уровнемер Симонова: 1 – трубка; 2 – верхняя крышка; 3 – нижняя часть

трубки с целлулоидным шариком, всплывающим в воде и замыкающим цепь

Для непрерывного измерения в наиболее ответственных ситуациях применяют самопишущие приборы.

Результаты наблюдений изображают в виде графиков, где на ось ординат наносят отметки УГВ, а на ось абсцисс – время замеров. При этом всегда обращают внимание на характер взаимосвязи грунтовых вод с открытыми водоѐмами. Если имеются необходимые данные, тщательно изучают рельеф подошвы водоносного горизонта (ложа грунтовых вод), т. к. он существенно влияет на

13

условия залегания и расположения зеркала грунтовых вод. От него зависит возникновение наклонного быстротока и выход родников на земную поверхность, иногда создаѐтся подпор.

На тех же графиках отмечают данные об интенсивности атмосферных осадков, температуре воздуха, атмосферном давлении, уровне воды в ближайших водоѐмах и др. Из-за возможности быстрого изменения УГВ (например, после ливня) полученные сведения действительны в течение короткого времени.

2.1.3 Общие сведения о картах гидроизогипс

При проектировании тех или иных сооружений инженерам-строителям всегда необходимы сведения о характере поверхности грунтовых вод. Зеркало (поверхность) грунтовых вод носит сложный характер. Его можно изобразить на плане или на карте с помощью системы линий, соединяющих точки с одинаковыми отметками уровня грунтовых вод. Для построения гидрогеологических карт используют результаты гидрогеологических и гидрометрических съѐмок, данные бурения и результаты опытных работ, а так же данные стационарных наблюдений с использованием фондовых материалов и точной топоосновы.

Если при документации результатов использовали абсолютные отметки

УГВ, то линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками уровня грунтовых вод называют ГИДРОИЗОГИПСАМИ (от «гидор» - вода,

«изос» - равный, «гипсос» - высота). КАРТА ГИДРОИЗОГИПС - это совокуп-

ность таких линий. Они аналогичны горизонталям рельефа местности и, подобно им, отражают рельеф зеркала грунтовых вод.

Карты гидроизогипс позволяют определить глубину залегания грунтовых вод в любой точке участка, если известны отметки поверхности земли и отметки УГВ (абсолютные или относительные). Такие карты помогают выявить характер соотношения зеркала грунтовых вод с рельефом, определить взаимосвязь подземных вод с поверхностными. Они позволяют установить мощность водоносного слоя, если известны высотные отметки кровли и подошвы водоносного горизонта и выделить участки наиболее и наименее благоприятные для строительства в пределах района. Кроме того, карты, составляемые посезонно дают хорошее представление о динамике подземных вод.

При детальных гидрогеологических исследованиях, проводимых на территории городов, крупных промышленных площадок и т. п., составляют сразу несколько карт гидроизогипс, соответствующих наиболее высокому и наиболее низкому положению зеркала грунтовых вод и др.

Гидрогеологические карты подразделяют по детальности и целевому назна-

чению. Для крупных территорий с целью выявления общих закономерностей распространения грунтовых вод отстраивают обзорные или мелкомасштаб-

ные карты (мельче 1:500 000). Для перспективного планирования необходимы специальные - среднемасштабные карты (от 1:200 000 до 1:50 000) и крупно-

масштабные карты (от 1:25 000 до 1:10 000). Они используются при обработ-

14

ке материалов инженерно-геологических изысканий и для решения целого ряда задач при проектировании инженерных сооружений.

Гидрогеологические карты строились, обычно, методом ручной линейной интерполяции. Предполагается, что между смежными опорными точками (скважинами) существует линейная зависимость и неизменность значений, установленных на определенную дату.

В настоящее время всѐ большее распространение получают компьютерные методы построения таких карт, но в учебных целях строятся упрощѐнные варианты гидрогеологических карт масштаба 1:1000.

Важнейшим этапом при построении гидрогеологических карт является выбор сечения (шага) изолиний: оно должно, как правило, отвечать масштабу строящейся карты:

Масштабы	Рекомендуемые сечения, м
1:200 000	20-25
1:100 000	10
1:50 000	5
1:25 000	2,5
1:10 000	1
1:5000	0,5

В учебных целях, для отстраиваемых крупномасштабных карт (1:1000) сечение изолиний обычно принимают 1 м (при необходимости отражения деталей зеркала грунтовых вод доводят сечение до 0,5 м).

Карта гидроизогипс строится на точной топографической основе того же масштаба. В учебных целях для создания упрощѐнной топографической основы будут использованы абсолютные отметки поверхности земли (устьев скважин, служащих для измерения УГВ) (таблица 1).

15

2.2 Практическая часть Построение и анализ карты гидроизогипс

2.2.1 Методика построения карты гидроизогипс

на топографической основе

1. Выбрать исходные данные для своего варианта (таблица 131):

номерá скважин, абсолютные отметки поверхности земли (устьев скважин), глубина залегания УГВ,

коэффициент фильтрации грунта.

	Таблица 131 -			Исходные данные
							НОМЕРА СКВАЖИН
№31	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10		11	12		13	14	15	16
			Абсолютные отметки поверхности земли (устьев скважин), м
ВАРИАНТ	26,1	21,9	17,4	13,6	24,2	21,9	19,8	16,4	22,8	19,9		17,3	14,4		19,0	15,7	13,3	10,7
						Глубины залегания УГВ, м
	5,0	4,5	3,1	2,0	4,5	4,5	4,0	3,0	4,5	4,0		3,5	2,5		3,5	2,5	2,0	1,5
						Абсолютные отметки УГВ, м
	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?		?	?		?	?	?	?
				КОЭФФИЦИЕНТ ФИЛЬТРАЦИИ КФ = 5,0 м/сут

Данная таблица считается готовой к выполнению работы, когда в неѐ будут занесены значения абсолютных отметок уровня грунтовых вод. Для этого

из абсолютных отметок поверхности земли нужно вычесть отметки глубин залегания УГВ (таблица 131' ).

ВАРИАНТ №31

Таблица 131'				- Исходные данные, готовые к работе
							НОМЕРА СКВАЖИН
1	2	3		4	5	6	7	8	9	10		11	12	13	14	15	16
		Абсолютные отметки поверхности земли (устьев скважин), м
26,1	21,9	17,4		13,6	24,2	21,9	19,8	16,4	22,8	19,9		17,3	14,4	19,0	15,7	13,3	10,7
						Глубины залегания УГВ, м
5,0	4,5	3,1		2,0	4,5	4,5	4,0	3,0	4,5	4,0		3,5	2,5	3,5	2,5	2,0	1,5
						Абсолютные отметки УГВ, м
21,1	17,4	14,3		11,6	19,7	17,4	15,8	13,4	18,3	15,9		14,2	11,9	15,5	13,2	11,3	9,2

КОЭФФИЦИЕНТ ФИЛЬТРАЦИИ КФ = 5,0 м/сут

2. Построить квадратную сетку скважин, в заданном масштабе (1:1000) стро-

го учитывая их расположение на местности или на карте.

В работе предлагаются данные по 16 скважинам, расположенным в 50 метрах друг от друга на четырѐх створах, расстояние между которыми тоже составляет 50 метров. Исходя из этого, вычерчиваются 9 квадратов, в углах которых расположены скважины, обозначенные небольшими кружкáми.

16

3. Скважины пронумеровать по порядку слева направо. Рядом с каждой скважиной в виде дроби подписать абсолютную отметку поверхности земли (в числителе) и абсолютную отметку УГВ (в знаменателе) (рисунок 5):

Рисунок 5 Сетка скважин с их номерами, абсолютными отметками

поверхности земли и абсолютными отметками УГВ

4. Найти промежуточные отметки между соседними скважинами в соответствии с заданным сечением (1 м - в данном примере).

Каждая линия, соединяющая две соседние скважины делится на такое количество отрезков, которое соответствует заданной густоте изолиний. Например,

разница высотных отметок между скважинами 1 и 2 составляет 26,1- 21,9=4,2 метра. Если изолинии на карте должны быть проведены через 1 м,

то на отрезок створа между этими скважинами необходимо нанести допол-

нительные отметки: 26,1 – 26,0 – 25,0 – 24,0 – 23,0 – 22,0 – 21,9. Поэтому рас-

17

стояние между соседними скважинами делят на пропорциональные отрезки с таким расчѐтом, чтобы вставить эти пять отметок.

а) интерполяцию удобно производить с помощью палетки.

Палетка представляет собой масштабную сетку (систему параллельных линий, проведѐнных на равном расстоянии друг от друга), обычно через 2÷5 мм (рисунок 61). Линии подписывают в зависимости от минимальных и максимальных отметок на карте. Выполняется на кальке, полиэтиленовой плѐнке и т.п.

1	2
	Рисунок 6 Палетка

Точки, которые подлежат интерполяции, соединяют прямой вспомогательной линией (Скв. 1/26,1 и Скв. 2/21,9).

Палетка накладывается на одну из точек (Скв. 1) так, чтобы отметка точки (26,1 м) и линия на палетке с такой же отметкой совпали. Эта точка фиксируется проколом булавки (рисунок 62).

Палетка поворачивается вокруг булавки до тех пор, пока отметка второй точки (Скв. 2) не совпадѐт со своей отметкой (21,9) на палетке (рисунок71).

Пересечение масштабной сетки палетки и вспомогательной линии между точками на карте даѐт промежуточные отметки (22,0 – 23,0 – 24,0 – 25,0 – 26,0 м) (рисунок 72).

1 2

Рисунок 7 Интерполяция с помощью палетки

18

б) карта может строиться методом ручной линейной интерполяции с при-

менением формулы, отображающей равенство отношений для двух соседних скважин:

(h2 - hx) / x = (hx - h1)/(a - x), откуда x = (h2 - hx)∙ a /(h2 - h1), где

hx - значение (всегда в целых числах) первой по счѐту искомой изолинии; h1 – значение мéньшей абсолютной отметки (в примере – 21,9 м);

h2 – значение бóльшей абсолютной отметки (в примере - 26,1 м);

x - расстояние от скважины с бóльшей абсолютной отметкой до искомой изолинии;

a – реальное расстояние между скважинами (для данной практической работы - 50 метров).

Интерполяцию всегда начинают от бóльшего числа, в данном случае это абсолютная отметка устья скважины №1 – 26,1 м. Первая искомая изоли-

ния – 26,0 м (рисунок 8).

x=(h2 - hx)∙a /(h2 - h1) = (26,1 - 26,0) ∙ 50 / (26,1 - 21,9) =1,2 м, а в масшта-

бе карты, соответственно, 1,2 мм. Значит, изолиния с отметкой 26,0 м будет находится на расстоянии 1,2 мм от скважины №1 с отметкой 26,1 м.

Следующее значение искомой изолинии - 25,0 м. В соответствии с фор-

мулой: x=(h2-hx)∙a /(h2- h1) = (26,0 - 25,0) ∙ 50 / (26,0 - 21,9) = 10,2 м, а в масштабе карты 1:1000, соответственно, 12 мм. Следовательно, отметка 25,0 м находится на расстоянии 12 мм от изолинии со значением 26,0 м.

Подобным образом находят промежуточные отметки между всеми соседними скважинами на карте.

Рисунок 8 Пример нахождения промежуточных точек

между скважинами методом ручной линейной интерполяции

5. Изобразить рельеф участка, используя абсолютные отметки поверхности земли, т.к. построение гидрогеологической карты начинают с топографической

19

основы. Точки с одинаковыми значениями соединить тонкими плавными линиями, имеющими выпуклость, направленную в сторону меньших отметок

(рисунок 9):

Рисунок 9 Пример проведения изогипс на топографической основе

6. Промежуточные значения абсолютных отметок уровня грунтовых вод

между всеми соседними скважинами находят аналогично с помощью палетки или приведѐнной выше формулы, отображающей равенство отношений

x=(h2-hx)∙ a /(h2- h1).

7. Гидроизогипсы проводят плавными линиями между точками с одинаковыми отметками УГВ. Их выпуклости направлены от бóльших отметок к меньшим.

Для того, чтобы гидроизогипсы были легко отличимы от горизонталей рельефа, проводить их рекомендуется жирными пунктирными линиями, по возможности – выделить цветом (рисунок 10).

Рисунок 10 Пример проведения гидроизогипс на топографической основе

Системы изогипс и гидроизогипс могут повторять контур друг друга, а могут пересекаться между собой (пример готовой карты на странице 26).

20