МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ
Кафедра Криологии Земли
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплина «Динамика подземных вод»
направление: 05.03.01. - Геология
профиль: Гидрогеология и инженерная геология
квалификация: академический бакалавр
форма обучения:
очная
курс 4
семестр 8
Аудиторные занятия 42 часа, в т.ч.:
Лекции – 28 часов
Практические занятия – не предусмотрено
Лабораторные занятия – 14 часов
Самостоятельная работа – 66 часов, в т.ч.:
Курсовая работа – не предусмотрено
Расчётно-графические работы – не предусмотрено
Контрольная работа – не предусмотрено
др. виды самостоятельной работы – 66 часов
Вид промежуточной аттестации:
Экзамен – 8 семестр
Зачет – не предусмотрено
Общая трудоемкость 108, 3 (часов, зач. ед.)
Тюмень
ТюмГНГУ
2014
Рабочая программа разработана в соответствии требованиями Федерального
государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению
подготовки 05.03.01. - Геология (уровень бакалавриата), утвержденного Приказом
Министерства образования и науки Российской Федерации от 07 августа 2014 г. № 954.
Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры «Криологии Земли»
Протокол № 1 от «28» августа 2014 г.
Заведующий кафедрой _____________________ В.П.Мельников
СОГЛАСОВАНО:
Заведующий
выпускающей кафедрой ____________________ В.П.Мельников
«28» августа 2014 г.
Рабочую программу разработал:
Доцент, к.г.м.н. ____________________ Н.С.Трофимова
1. Цели и задачи дисциплины:
Цель изучения:
Дать студентам теоретические и практические основы количественного изучения
главных форм и закономерностей движения подземных вод в земной коре. Ознакомить
студентов с методами оценки ресурсов запасов подземных вод в естественных
условиях и при работе различных инженерных сооружений в условиях хозяйственной
деятельности человека, раскрыть роль ДПВ при решении различных народнохозяйственных задач и решении ряда теоретических проблем гидрогеологии.
Задачи изучения дисциплины:
В результате изучения курса ДПВ студенты должны приобрести знания основных
количественных методов решения задач гидрогеологии и на современном уровне
выполнять практические задачи при гидрогеологических исследованиях.
Место данной дисциплины в учебном процессе:
Дисциплина относится к профессиональному циклу, специальные дисциплины.
Для изучения данной дисциплины необходимы знания математического и
естественнонаучного цикла.
Дисциплина является предшествующей для изучения дисциплины региональная
гидрогеология.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
виды воды в горных породах и их движение, природные гидрогеодинамические системы,
движение подземных вод к различным водозаборным сооружениям, формы и характер
границ, граничные условия, особенности обработки опытно-фильтрационных работ
различными методами;
уметь:
сформулировать задачу исследования, выбрать метод ее решения, построить
расчетную схему гидрогеологического объекта, определить основные
гидрогеологические параметры по данным опытно-фильтрационных работ, провести
прогнозные расчеты для типовых гидрогеологических условий и научиться
пользоваться специальной литературой;
владеть:
методами оценки гидрогеологических параметров по данным опытно-фильтрационных
работ при стационарной и нестационарной фильтрации, применение их для оценки
эксплуатации запасов подземных вод.
2. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МЕТЕРИАЛА
2.1. Содержание дисциплины
№
Наименование и содержание дисциплины
5
6
лет
лет
п\п
1.
3 г.10 м.
Количество часов
Вводная лекция
Приоритетные проблемы данной науки,
решенные Российскими учеными.
Роль
научной школы кафедры в развитии
отечественной гидрогеологии и инженерной
геологии.
Значение
самостоятельного
принятия решений в эволюционном развитии
личности будущего специалиста. Значение
качества
фактического
материала
в
доверенности и правильности научных
выводов.Проблемы
науки,
решаемые
Российскими и Сибирскими учеными на
Мировом уровне.
Определение дисциплины. Объект и предмет
динамики подземных вод. Понятие о
системном подходе. Квазистационарное,
динамическое и ретроспективное состояние
системы. Связь с другими науками. Методы
исследований. Практические и научные
задачи динамики подземных вод. Основные
этапы ее развития в стране и за рубежом.
Работы ученых, заложивших теоретические
основы ДПВ. Роль динамики подземных вод
в решении народно-хозяйственных задач.
1
-
-
2
-
-
2.
Гидрогеологические основы изучения
движения подземных вод в земной коре
Природные гидрогеологические системы
(водоносный горизонт, пласт, комплекс,
бассейн). Свойство компонентов системы
«вода – горная порода». Основные виды
движения воды в горных (миграция,
влагоперенос, фильтрация).
Гидростатический напор, упругие силы воды
и пласта. Основы гидравлики потоков
подземных вод. Уравнение Д.Бернулли.
Ламинарное и турбулентное движение.
Основной закон фильтрации (закон Дарси) и
пределы его применимости. Проницаемость
горных пород, их гравитационная постоянная
и упругая емкость. Пространственная
изменчивость фильтрационных свойств
горных пород, причины ее возникновения.
Линии тока и линии равного напора.
Преломление линий тока.
Гидродинамическая сетка потока.
Стационарная и нестационарная фильтрация.
3.
4
-
-
4
-
-
Принципы типизации и схематизации
гидрогеологических условий.
Задачи
типизации
и
схематизации.
Гидродинамические особенности потоков
(напорные,
безнапорные,
напорнобезнапорные). Границы потоков и виды
граничных условий. Типизация потоков по
характеру
площадного
питания
(изолированные,
получающие
инфильтрационное питание, потоки с перетеканием).
Изменчивость
фильтрационных
свойств
потоков
в
разрезе
и
в
плане.
Пространственная структура потоков (одно-,
двух
и
трехмерные
потоки).
Плоскопараллельный и плоскорадиальный
потоки.
4.
Основные теории притока воды к
скважинам.
Особенности фильтрации в зоне действия
скважин. Понятие о статическом и
динамическом уровнях, величине понижения
и депрессионной воронке. Радиус влияния
скважины. Центральные и наблюдательные
скважины. Центральные и наблюдательные
скважины. Стадии формирования притока
воды
к
скважине
(нестационарная,
квазистационарная,
стационарная).
Восстановление уровня. Понятие о точечных
и линейных стоках. Плоскорадиальная
фильтрация к скважине. Уравнение Тейса для
нестационарной
фильтрации,
уравнение
Дюпюи для радиальной стационарной
фильтрации при напорном и безнапорном
движении. Кривые зависимости дебита
скважин от понижения уровня воды в них.
Фильтрация к скважинам в пластах с
прямолинейными границами первого и
второго
рода.
Метод
зеркальных
отображений. Уравнение Форхгеймера.
5.
4
-
-
1
-
-
Приток воды к несовершенным
скважинам
Виды несовершенства скважин. Основные
уравнения стационарной фильтрации к
скважинам с коротки и длинным фильтром.
6.
Принципы и методы интерпретации
опытно-фильтрационных работ
Виды определяемых параметров. Расчет
параметров по уравнениям Дюпюи для
стационарной фильтрации. Использование
уравнение
Тейса
для
расчета
фильтрационных
параметров
(способ
эталонной кривой, временное, площадное и
комбинированное
прослеживание
по
снижению и восстановлению уровня).
3
7.
Принципы и методы интерпретации
опытно-фильтрационных работ
Виды определяемых параметров. Расчет
параметров по уравнениям Дюпюи для
стационарной фильтрации. Использование
уравнение
Тейса
для
расчета
фильтрационных
параметров
(способ
эталонной кривой, временное, площадное и
комбинированное
прослеживание
по
снижению и восстановлению уровня).
8.
3
Оценка запасов подземных вод
Понятие о гидродинамическом методе
расчета водозаборов. Основные принципы
расчетов и оценки запасов подземных вод.
3
-
-
3
-
-
28
-
-
5
6
лет
лет
Группы месторождений подземных вод.
Подсчет
эксплуатационных
запасов
различных групп месторождений.
9.
Категории
запасов
и
группы
эксплуатационных
подземных вод, Подготовленность
запасов к промышленному освоению
Всего
2.2. Лабораторные занятия
№
п\п
Содержание лабораторных занятий
3 г.10 м.
Количество часов
1.
Решение
прямых
задач
стационарной фильтрации
плановой
2.
Расчеты стационарных плановых потоков
(схемы напорного пласта, однородного по
вертикали (Дюпюи), горизонтальнослоистого
(Гиринского)
1
-
-
1
-
-
3.
Расчеты
потоков
с
переменной
водопроводимостью по длине потока
1
-
-
4.
Расчеты
потоков
с
инфильтрационным питанием
1
-
-
5.
Решение
обратных
задач
стационарной фильтрации
1
-
-
6.
Обработка данных опытно-фильтрационных
работ методами площадного, временного и
комбинированного прослеживания
2
-
-
7.
Обработка данных опытно-фильтрационных
работ по данным восстановления уровня.
Графические
работы
по
временному,
площадному
и
комбинированному
прослеживаниям.
4
-
-
8.
Обработка данных и графические работы
опытно-фильтрационных работ методами
подбора и эталонной кривой
1
-
-
9.
Обработка данных и графические работы
групповой откачки при постоянном дебите.
1
-
-
10
Подсчет
эксплуатационных
запасов
подземных вод проектируемого водозабора
1
-
-
14
-
-
постоянным
плановой
Всего
3.СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
3.1.СРС с преподавателем - 2,3 час
(индивидуальные консультации студентов в течение семестра);
3.2. СРС с группой - 3,5 час
(текущие консультации перед семестровым контролем, зачетами или экзаменами);
3.3. СРС без преподавателя
- 52,2час
Самостоятельная работа студентов без преподавателя:
Кол-во
Перечень вопросов
часов
Срок
выполнения
Вид контроля
№ недели
Решение задач
по
лабораторных работ 1-5
темам
20
2 - 14
Проверка домашних
заданий
Вопросы
Подготовка к 1 аттестации
5
4-5
семестрового
Контроля
Вопросы
Подготовка к 2 аттестации
5
8-9
семестрового
Контроля
Вопросы
Подготовка к 3 аттестации
5
13-14
семестрового
Контроля
Обработка опытно-фильтрационных
работ в программе Excel
Всего
17,2
1-14
Расчетно-графические
работы
52,2
3.4.Календарный график самостоятельной работы студентов по дисциплине
«Динамика подземных вод»
Самостоятельная работа
Тема для самостоятельНеделя
ного изучения
Колво
часов
без пре- с препоподава- даватетеля
лем
с группой
Форма
контроля
Литература
(номера
источников
указаны в
библиографии
рабочих
программ)
1-14
Лекции
28
52,2
2,3
3,5
1-11
Практические
занятия
1-14
Лабораторные работы
14
2,3 час. Индивидуальные консультации
студентов в течение семестра
Установившееся
движение подземных
вод в однородных
пластах
6
6-8
Установившееся
движение подземных
вод неоднородных по
составу
6
9-14
Обработка результатов
опытнофиьтрационных работ
различными методами
3-5
10
11
12
Проверка
1-11
домашних
заданий
1-11
Проверка
27,2
1-11
домашних
работ
Приток воды к
вертикальным и
горизонтальным
сооружениям
7
Движение подземных
вод в районе плотин и
водохранилищ
3
Движение грунтовых
вод в районах
орошения
3
Устный
1-11
опрос
Устный
1-11
опрос
Устный
1-11
опрос
3.5. Рейтинговая система оценки знаний студентов очного обучения:
№
п/п
Вид
1
2
3
Контрольных
аттестация
аттестация
аттестация
испытаний
Итого
баллов
6 семестр
Обязательные задания
15
15
17
47
Работа на лекциях
2
2
2
6
Аттестационные
15
15
17
47
32
32
36
100
1.
Лабораторные работы
2.
3.
контрольные работы
Итого
5. Литература
Основная литература
1. Справочник аналитических решений для интерпретации опытно-фильтрационных
опробований. Изд-во С-Петербургского университета, 2006, 750 с.
2. Мироненко, Валерий Александрович.
Динамика подземных вод [Текст] :
учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению "Геология и разведка
полезных ископаемых", специальности "Поиск и разведка подземных вод и
инженерно-геологические изыскания" / В. А. Мироненко ; МГГУ. - 4-е изд.,
стереотип. - М.: Изд-во Московского государственного горного университета,
2005. - 520 с.
Дополнительная литература
1. Шестаков В.М. Динамика подземных вод. - М.: МГУ, 1989.
2. Боревский Б.В. и др. Оценка запасов подземных вод – К.: Высшая школа, 1989.
3. Шубенин Н.Г. Динамика подземных вод. - Тюмень: ТГУ, 1982.
4. Бочевер Ф.П. Теория и практические методы расчетов эксплуатационных запасов
подземных вод. - М.: Недра, 1968.
5. Основы гидрогеологии. Гидродинамика. – Новосибирск: Наука, 1983.
6. Шестаков В.М., Кравченко И.П., Пашковский И.С. Практикум по динамике
подземных вод. - М.: МГУ, 1985.
7. Программное обеспечение:
Построение геолого-технических разрезов в программах Соrel, AutoCAD.
Практические расчеты проектной части в программе Ехсеl, Internet, Microsoft Office
Word, Power Point
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины: специализированная
мультимедийная аудитория 442 4 корп.), учебный фильм «Полевые методы
гидрогеологических исследований в скважинах». электроуровнемер скважинный ЭУ-100,
прибор для наливов в шурфы ( по методу Нестерова), прибор ВСЕГИНГЕО для
определения коэффициента фильтрации горных пород, плакаты.
9. Образовательные технологии:
Мультимедийная лекция
Лекция-диалог
Ситуационный метод
Работа с печатными источниками
Контекстное обучение
10. Оценочные средства (ОС):
Гигроскопическая вода. Движение гигроскопической воды.
Граничные условия первого рода.
Пленочная вода. Движение пленочных вод.
Линейный закон фильтрации (написать формулу). При каком движении подземных
вод справедлив этот закон.
5. Парообразная вода. Движение парообразной воды.
6. С чем связано отклонение от линейного закона фильтрации.
7. Капиллярная вода. От чего зависит высота капиллярного поднятия?
8. От чего зависит величина критической скорости.
9. Напишите формулу скорости движения подземных вод, которая характеризует
переходный режим (от ламинарного к турбулентному).
10. Граничные условия II рода.
11. Какие потоки называют плоскопараллельными и радиальными? Приведите примеры.
12. Граничные условия III рода.
13. Гидравлический градиент (уклон).
14. Граничные условия III рода.
15. Мощность напорных и безнапорных потоков.
16. Граничные условия IV рода.
17. Единичный расход потока (грунтовый и напорный).
18. Типовые схемы потоков (с учетом конфигурации границ).
19. Закон Дарси. Для какого движения подземных вод справедлив этот закон?
20. Гидравлический градиент.
21. Совершенные и несовершенные скважины. Динамический и статический уровни.
Радиус влияния скважины.
22. Граничные условия 1 рода.
23. Нестационарная, стационарная и квазистационарная фильтрация.
24. Виды водозаборных сооружений
25. Ламинарное и турбулентное движение подземных вод
26. От чего зависит пространственная изменчивость фильтрационных свойств
1.
2.
3.
4.
ЗАДАЧИ
Задача 1:
На участке пробурено 2 скважины. Скважина 1, с абсолютной отметкой 100 м.,
вскрыла напорный водоносный горизонт на глубине 10 м. Скважина 2, с абсолютной
отметкой 120 м., вскрыла водоносный горизонт на глубине 15 м. Водоупор
горизонтальный и залегает на абсолютной отметке 10 м. Расстояние между скважинами –
100 м. Кф песков – 20 м/сут. Определить мощность водоносного горизонта в скважинах 1
и 2, направление движения подземных вод, единичный расход потока.
Задача 2:
На участке пробурено 2 скважины, которыми вскрыт напорный водоносный
горизонт мощностью 10 м. Абсолютная отметка устья скважины 1 – 50 м., а скважины 2 –
45 м. Абсолютные отметки пьезометрического уровня составляют: в скважине 1 – 15 м., а
в скважине 2 – 20 м. Водоупор горизонтальный и залегает на абсолютной отметке 5 м.
Расстояние между скважинами – 300 м. Определить: направление движения подземных
вод, единичный расход потока между скважинами 1 и 2, глубину залегания подземных
вод в скважинах 1 и 2.
Задача 3:
На участке пробурено 2 скважины, которыми вскрыт напорный водоносный
горизонт. Абсолютная отметка скважины 1 – 90 м., а скважины 2 – 85 м. Глубина
залегания подземных в скважине 1 – 10 м., а в скважине 2 – 15 м. Водоупор
горизонтальный и залегает на абсолютной отметке 10 м. Коэффициент водопроводимости
равен 250м2/сут. Расстояние между скважинами – 500 м. Определить: направление
движения потока подземных вод, единичный расход потока между скважинами 1 и 2.
Задача 4:
На участке пробурено 2 скважины, которыми вскрыт напорный водоносный
горизонт. Абсолютная отметка скважины 1 – 150 м., а скважины 2 – 160 м. Глубина
залегания подземных в скважине 1 – 30 м., а в скважине 2 – 50 м. Водоупор
горизонтальный и залегает на глубине 15 м. Расстояние между скважинами – 300 м.
Мощность водоносного горизонта – 20 м. Кф песков – 10 м/сут. Определить: направление
движения подземных вод, расход потока подземных вод шириной 100 м.
Задача 5:
На участке пробурено 2 скважины. Скважина 1, с абсолютной отметкой 120 м.,
вскрыла напорный водоносный горизонт на глубине 15 м. Скважина 2, с абсолютной
отметкой 110 м., вскрыла водоносный горизонт на глубине 12 м. Водоупор
горизонтальный и залегает на абсолютной отметке 15 м. Расстояние между скважинами –
500 м. Кф песков – 10 м/сут. Определить мощность водоносного горизонта в скважинах 1
и 2, направление движения подземных вод, единичный расход потока и расход потока
шириной
200 м.
Задача 6:
На участке пробурено 2 скважины, которыми вскрыт напорный водоносный
горизонт мощностью 10 м. Абсолютная отметка устья скважины 1 – 50 м., а скважины 2 –
40 м. Абсолютные отметки пьезометрического уровня составляют: в скважине 1 – 10 м., а
в скважине 2 – 20 м. Водоупор горизонтальный и залегает на абсолютной отметке 25 м.
Расстояние между скважинами – 300 м. Определить: направление движения подземных
вод, единичный расход потока между скважинами 1 и 2, глубину залегания подземных
вод в скважинах 1 и 2.
Задача 7:
На участке пробурено 2 скважины, которыми вскрыт напорный водоносный
горизонт. Абсолютная отметка скважины 1 – 100 м., а скважины 2 – 105 м. Глубина
залегания подземных в скважине 1 – 20 м., а в скважине 2 – 25 м. Водоупор
горизонтальный и залегает на абсолютной отметке 30 м. Коэффициент водопроводимости
равен 250м2/сут. Расстояние между скважинами – 500 м. Определить: направление
движения потока подземных вод, единичный расход потока между скважинами 1 и 2.
Задача 8:
На участке пробурено 2 скважины, которыми вскрыт напорный водоносный
горизонт. Абсолютная отметка скважины 1 – 150 м., а скважины 2 – 160 м. Глубина
залегания подземных в скважине 1 – 40 м., а в скважине 2 – 50 м. Водоупор
горизонтальный и залегает на глубине 5 м. Расстояние между скважинами – 300 м.
Мощность водоносного горизонта – 20 м. Кф песков – 20 м/сут. Определить: направление
движения подземных вод, расход потока подземных вод шириной 50 м.
Вопросы по проверке остаточных знаний по курсу «Динамика подземных вод»
1. Гигроскопическая вода. Движение гигроскопической воды.
2. Пленочная вода. Движение пленочных вод.
3. Линейный закон фильтрации. При каком движении подземных вод справедлив этот
закон.
4. Парообразная вода. Движение парообразной воды.
5. С чем связано отклонение от линейного закона фильтрации.
6. Капиллярная вода. От чего зависит высота капиллярного поднятия.
7. От чего зависит величина критической скорости.
8. Напишите формулу скорости движения подземных вод, которая характеризует
переходный режим (от ламинарного к турбулентному).
9. Граничные условия I рода.
10. Граничные условия II рода.
11. Граничные условия III рода.
12.Граничные условия III рода.
12. Плоскопараллельными и радиальными потоки. Приведите примеры.
13. Гидравлический градиент (уклон).
14. Мощность напорных и безнапорных потоков.
15. Граничные условия IV рода.
16. Единичный расход потока (грунтовый и напорный).
17. Типовые схемы потоков (с учетом конфигурации границ).
18. Совершенные и несовершенные скважины. Динамический и статический уровни.
Радиус влияния скважины.
19. Нестационарная, стационарная и квазистационарная фильтрация.
20. Виды водозаборных сооружений
21. Ламинарное и турбулентное движение подземных вод
22. От чего зависит пространственная изменчивость фильтрационных свойств
23. Способы обработки опытно-фильтрационных работ
24. Метод подбора
25. Метод эталонной кривой
26. Метод временного прослеживания
27. Метод площадного прослеживания
28. Метод комбинированного прослеживания
29. Особенности обработки данных откачки по восстановлению уровня
30. Подсчет эксплуатационных запасов подземных вод
31. Категоризация запасов подземных вод.