МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени К.И. Сатпаева
Институт архитектуры и строительства имени Т.Басенова
Кафедра гидрогеологии и инженерной геологии
«Утверждаю»
Директор института
Дюсембаев И.Н.
_______________
« »
2015г.
ПРОГРАММА КУРСА (SYLLABUS)
По дисциплине «Использование и охрана подземных вод»
Специальность 5В080500 – «Водные ресурсы и водопользование»
Форма обучения дневная
Всего 3 кредита
Курс 4
Семестр 7
Лекций 30 часов
Лабораторные занятия 15 часов
СРС 45
СРСП 45
Всего аудиторных часов - 60
Всего внеаудиторных часов - 75
Трудоемкость 135 часов
Экзамен У, 7 семестр
АЛМАТЫ 2015
1
Программу курса составили Рачков Иван Семёнович, кандидат геолого-минералогических
наук, доцент.
Составлена на основании типовой программы по дисциплине «Использование и охрана
подземных вод», подготовленной для специальности 5В080500 «Водные ресурсы и
водопользование».
Индекс
Рассмотрена на заседании кафедры гидрогеологии и инженерной геологии
Протокол №____ от «___»______________2015 г.
Зав. кафедрой ________________ Ауелхан Е.С.
Одобрена научно-методическим Советом института
Протокол №____от «___»_______________2015г.
Председатель _______________ Дюсембаев И.Н.
Cведения о преподавателе:
Рачков И.С., кандидат геолого-минералогических наук, доцент, закончил КазПТИ
им.Ленина в 1966 г. по специальности «гидрогеология и инженерная геология».»,
«Мелиоративная гидрогеология» и др.
Кафедра гидрогеологии и инженерной геологии
Адрес: г. Алматы, ул. Сатпаева 22, тел. 2-92-09-94
2
1. Цели и задачи дисциплины
Учебно-методический комплекс дисциплины разработан в соответствии с содержанием
ГОСО РК, квалификационной характеристикой специальности 5В080500 – «Водные
ресурсы и водопользование». Дисциплина «Использование и охрана подземных вод»,
содержит базовую информацию, позволяющую сформировать у студента системное
научное гидрогеологическое мировоззрение в области основных понятий, проблем и
научных направлений обеспечения населения, промышленности и сельского хозяйства
водой, технических мероприятий при орошении земель, а так же в целом использования
ресурсов подземных вод.
Курс «Использование ресурсов подземных вод» ставит своей целью научить
студентов теоретическим основам по организации водоснабжения и ирригации,
использования подземных вод в курортологии и пр., ознакомить их с действующими в
соответствующих
ведомствах
нормативно-техническими
документами,
регламентирующими процесс водопользования и, в первую очередь, подземных вод, а
также привить им практические навыки по проведению инженерных расчетов как
отдельных элементов, так и систем использования подземных вод в целом.
В задачу курса входит ознакомление студентов с общими и специальными
вопросами использование ресурсов подземных вод, в частности:
- различными системами водоснабжения, типами и конструкциями водозаборов
подземных вод, а также методами инженерных гидрогеологических расчетов;
- методами улучшения качества воды, механическими и химическими
способами очистки, ее обеззараживанием;
- охраной подземных вод от загрязнения;
- основными приемами орошения сельскохозяйственных культур, требованиями,
предъявляемыми к качеству оросительной воды, гидрогеолого-мелиоративными
процессами на орошаемых землях, засолением земель и методами их рассоления;
- способами извлечения полезных минеральных веществ из подземных вод;
- принципам применения минеральных вод в бальнеологических целях.
Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных студентами при
прохождении ряда общеобразовательных специальных и технических дисциплин, и кроме
этого, предусматривает определенный уровень базовой подготовки, полученной на
младших курсах. Это обстоятельство являлось основополагающим при составлении
настоящей рабочей программы.
Пререквизиты: «Математика», «Почвоведение», «Химия», «Гидравлика»,
«Гидрогеохимия», «Геоэкология», «Основы геологии и гидрогеологии», «Водозаборные
сооружения», «Сельскохозяйственное водоснабжение и обводнение» и др.
Постреквизиты: Техника и технология очистки воды, мелиоративная
гидрогеология, и др.
2. Система оценки знаний
Таблица 1
Распределение рейтинговых баллов по видам контроля
Вид итогового контроля
Экзамен
Виды контроля
Итоговый контроль
Рубежный контроль
Текущий контроль
3
проценты
100
100
100
Таблица 2
Календарный график сдачи всех видов контроля
по дисциплине «Использование ресурсов подземных вод»
Недели
Виды
контроля
1
Л1
2
Л1
3
Л1
4
Л1
5
Л2
6
Л2
7
Л2
8
Л2
РК
9
Л3
10
Л3
11
Л3
12
Л3
13
Л3
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Количест 1
во
контроле
й
Виды контроля: Л –лабораторная работа, РК- рубежный контроль
14
Л3
15
Л4
РК
1
.1
1
Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (таблица 3).
Таблица 3
Оценка знаний студентов
Оценка
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Буквенный
эквивалент
А
АВ+
В
ВС+
С
СD+
D
F
В процентах %
В баллах
95-100
90-94
85-89
80-84
75-79
70-74
65-69
60-64
55-59
50-54
0-49
4
3,67
3,33
3,0
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
3. Содержание дисциплины
Таблица 4
Распределение часов по видам занятий
Наименование
темы
Количество академических
часов
Лабораторные
СРСП
работы
Лекция
4
СРС
1. Предмет, цели и задачи
курса. История развития
использования
ресурсов
подземных вод
2
2.Виды
использования
ресурсов подземных вод
2
3. Использование подземных
вод для водоснабжения
2
4. Шахтные колодцы.
2
5. Трубчатые колодцы
2
6. Бесфильтровые скважины
2
7. 7. Гидрогеологический расчет
трубчатого колодца
8. Насосы
Лаб.раб.1
Лаб.раб.1
Лаб.раб.2
Лаб.раб.2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
9. Особые виды водозаборов
подземных вод
2
10. Искусственное создание
запасов подземных вод
2
11. Санитарная охрана
подземных вод
2
12. Орошение подземными
водами
2
13. Использование
подземных вод в качестве
термальных ресурсов
2
14. Использование
промышленных подземных
вод в качестве минеральных
ресурсов
2
Лаб.раб.3
Лаб.раб.3
Лаб.раб.3
5
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
15. Использование
минеральных подземных вод в
бальнеологи
2
Лаб.раб.4
3
3
Итого часов
30
15
45
45
3.1. Содержание лекций
1. Предмет, цели и задачи курса. История развития использования ресурсов
подземных вод. В жизни современного общества водоснабжение, ирригация и другие
виды использования подземных вод занимают большее место. Развитие промышленности,
сельcкого хозяйства, обеспечение жизненного уровня населения и благоустройство
населенных мест немыслимы без достаточного обеспечения их водой.
Изучая следы исчезнувших цивилизаций, мы постоянно убеждаемся в том, что их
появление и расцвет были связаны с возникновением систем водообеспечения,
водоснабжения и ирригации. Неудивительно, что остатки древнейших культур были
обнаружены именно на берегах рек: Тигра и Ефрата в Месопотамии, Нила в Египте, Инда
в Индии, Хуанхэ (Желтой реки) в Китае.
Во всех развитых государствах придается большое значение развитию и оптимизации
систем использования ресурсов подземных вод как основе для роста сельского хозяйства,
благоустройства городов и поселков, укрепления материально-технической базы
цивилизованного общества.
Из общей площади поверхности земного шара, равной 510 млн.км2, порядка 71 %
занимают океаны и моря и 29 % - суша. Запасы воды в Мировом океане оцениваются в 1
370 млн.км3, что составляет 94 % водных ресурсов.
Однако пресные воды сосредоточены в ледниках, озерах и реках Земли;
(циркулируют в водоносных горизонтах и их общий объем составляет всего около 5-6
тыс.км3, что равно 0,3-0,4 % объема всей гидросферы, т.е. объема всей свободной воды на
Земле.) При этом распределение водных ресурсов на Земле крайне неравномерное.
Заметный дефицит в воде испытывают многие африканские, европейские и др.государства.
Основные пути решения проблемы водообеспечения заключаются в проведении научнообоснованной водохозяйственной политики, которая базируется на сочетании
обеспечения потребностей народного хозяйства в воде и полного удовлетворения
духовных и физических запросов населения.
2. Виды использования ресурсов подземных вод. В соответствии с ГОСТом 17.1.1.04-80
«Классификация
подземных
вод
по целям водопользования», разработанным Министерством геологии СССР, Всесоюзным
научно-исследовательским институтом гидрогеологии и инженерной геологии
(Всегингео), подземные воды классифицируют по целям водопользования. ГОСТ
закономерно отражает приоритеты, которым следуют при решении выбора объектов
водообеспечения за счет подземных вод. Основное значение придается хозяйственнопитьевому водоснабжению территорий жилой застройки, т.е. населения. Классификация
систем водоснабжения. Существует несколько видов систем водоснабжения. Несмотря
на то, что в различных видах водоснабжения имеется много общих технических приемов,
они существенно отличаются друг от друга по режиму работы, по типам и размерам
сооружений, по качеству подаваемой воды. В связи с этим водоснабжение может быть:
1) коммунальное;
2) промышленное;
6
3) железнодорожное;
4) сельскохозяйственное;
5) пастбищное;
6) полевое водоснабжение войск;
7) противопожарное.
3. Использование подземных вод для водоснабжения. Более половины городов СНГ
снабжаются водой полностью за счет подземных источников. По данным ВСЕГИНГЕО
прогнозные эксплуатационные ресурсы подземных вод СНГ составляют 10 500 м3/с, из
них используются порядка 610 м3/с, т.е. около 6 %, 70 % эксплуатационных скважин
используется для водоснабжения сельского хозяйства, 11 % - для городского водоснабжения, 19 % - для орошения.
Тип к апт ажн ых соор ужен ий (т.е. соор ужен ий для з ах ват а подземных
вод) зависит от глубины их залегания, мощности водоносного пласта и его
водообильности, характера пород, наличия давления и прочее.
Существует три основных типа каптажных сооружений:
1) горизонтальные водозаборы;
2) шахтные колодцы;
3) трубчатые колодцы.
Расчет горизонтальных водозаборов состоит в
определении притока воды к ним и расчета движения
воды в самих водозаборах. Количество воды, поступающее
в совершенный водозабор из безнапорного водоносного
пласта, определяется по формуле Дюпюи
Q  1K
(2 H  S ) S
,
R
где 1 - длина водозабора; к - коэффициент фильтрации; Н мощность водоносного горизонта; S - понижение уровня;
R - радиус депрессии.
Для расчета несовершенных водозаборов применяется формула А.В.Романова. При этом
расчетная схема имеет вид


2
 h2

h
S

Q  1K  1  2 
 2 R1 2 R2 2,3 lg 1.67T  R1R2 

b
T ( R1  R2 ) 
где 1 - длина; b - ширина водосборной галереи. Остальные величины показаны на рис.27.
При симметричном притоке воды к водозабору h| = h2 = S формула принимает вид


S

1
Q  1KS  

 R 2,3 lg 1.67T  R 
b
T 

4. Шахтные колодцы. Шахтные колодцы являются разновидностью вертикального
каптажа. Глубина шахтных колодцев обычно не превышает 10 м, реже встречаются ко7
лодцы глубиной 30-40 м. Такую глубину принято считать предельной, хотя известны
случаи сооружения колодцев глубиной до 250 м в Туркмении.
По глубине проходки водоносного горизонта и степени полноты каптажа колодцы
разделяют на совершенные и несовершенные. Фильтры
шахтных
колодцев
являются наиболее сложными из элементов, так как здесь происходит переход воды
из водовмещающей породы в открытое пространство водозабора, что сопровождается
сложными физико-химическими процессами: 1) выпиранием грунта под воздействием
давления потока воды; 2) суффозией, т.е. вымыванием мелких частиц через поры
грунтового скелета; 3) выделением из воды растворенных газов и выпадение солей
вследствие снижения пластового давления; 4) коррозией материалов под воздействием
агрессивной воды.
При неправильном выборе фильтра эти явления могут ухудшить работу водозабора и
даже полностью прекратить захват воды.
Фильтры подземных водозаборов должны отвечать следующим требованиям:
1. Не пропускать частиц водоносной породы внутрь колодца.
2. Иметь небольшое сопротивление входу воды.
3. Не закупориваться частицами водоносной породы.
4. Не подвергаться коррозии.
5. Не зарастать в результате отложений солей и продуктов коррозии.
6. Иметь достаточную прочность, чтобы воспринимать давление горных пород.
5. Трубчатые колодцы. Трубчатыми колодцами в водоснабжении называют
водозаборные буровые скважины. Скважины, добывающие фонтанирующие подземные
воды, называют также артезианскими. Скважины сооружают буровым способом.
Различают колонковое, роторное и ударно-канатное бурение. Фильтры трубчатых
колодцев. В водозаборных скважинах (трубчатых колодцах) в большинстве случаев
применяют фильтры с частице - задерживающими отверстиями. Они бывают дырчатые,
щелевые, сетчатые, гравийные. Реже - гравитационные, проволочные, корзинчатые и др.
Конструкцию и размеры фильтра принимают с учетом следующих требований:
1) фильтр должен иметь достаточную механическую прочность, наибольшую
скважность и предельно допустимые размеры проходных отверстий, при
которых не происходит пескования скважины и вместе с тем снижается интенсивность
зарастания фильтров, что удлиняет срок их эксплуатации;
2) фильтр должен обладать устойчивостью против химической коррозии
и водной эрозии.
6. Бесфильтровые скважины. Бесфильтровые скважины сооружают путем бурения
ствола до продуктивного горизонта и последующего формирования водоприемной
воронки, объем которой обеспечивает требуемый приток воды без пескования. Необходимое условие сооружения бесфильтровых скважин - наличие устойчивой кровли над
водоносным горизонтом, а в случае кровли, сложенной глинами, наличие
поддерживающего её напора подземных вод (рис. 1).
Бесфильтровые скважины имеют определенные преимущества:
1. Долговечность и надежность работы.
2.Высокие и устойчивые дебиты, превышающие дебит фильтровых скважин,
пройденных в аналогичных условиях.
3.Возможность отбора воды из пылеватых, глинистых и тонкозернистых песков с низкими
значениями коэффициента фильтрации.
4.Уменьшение глубины скважины.
5.Малый расход обсадных труб.
8
6.Небольшие строительные и эксплуатационные затраты.
7. Гидрогеологический расчет трубчатого колодца. При расчетах приходится иметь
дело со следующими основными расчетными схемами:
С о в е р ш е н н ы й к о л о д е ц в у с л о ви ях п ри ема н ап орных вод.
В условиях установившегося движения
2KmS 2.73KmS
Q

- формула Ж. Дюпюи.
R
R
lg
lg
r
r
Н е с о в е р ш е н н ы й к о л о д е ц в у с л о в и я х п р и е м а напорных вод.
Поскольку пути приема воды к несовершенным скважинам отличаются от тех,
которые мы наблюдали в совершенных скважинах , то формулы расчета более сложные:
KmS
Q  2,73
- формула В.Д. Бабушкина,
lg( 1,32)  gr
где ℓ - длина рабочей части фильтра при условии ℓ< 1/3h; r - радиус скважины.
K (2  S )
- формула Н.К. Гиринского,
Q  1,36
2  S
lg
1.2r
условия применения по длине фильтра не ограничены.
Сов ерш ен ны й кол одец в
усл ов и ях
п ри е ма б е з н а п о р н ы х
вод
K (2 H  S ) S
Q  1,36
- формула Ж. Дюпюи.
R
lg
r
Несовершенный
колодец в
условиях
приема безнапорны х
вод


KS    S
1 
Q


 - формула В.Д. Бабушкина.
0,732  lg R lg 0.66 
r 
 r
8. Насосы .По принципу действия насосы разделяются на: динамические; объемные;
насосы трения; воздушные и др.
Основные данные, характеризующие работу насоса, приведены ниже
1. Подача (производительность) насоса.
2. Напор, развиваемый насосом.
3. Мощность, потребляемая насосом.
4. Коэффициент полезного действия (КПД).
5. Число оборотов насоса.
6. Допустимая высота всасывания.
Типы насосов и особенности их установки в трубчатых колодцах. Выбор типа
водоподъемного оборудования для скважины зависит от статического и динамического
уровня, диаметра скважины, ее дебита и потребного количества воды. Кроме этого, в
случае использования группы скважин необходимо учитывать их взаимодействие и общее
снижение уровня воды в водоносном горизонте в данном районе.
В таком случае расчетный динамический уровень определяется по формулам,
даваемым в дисциплине "Динамика подземных вод". В упрощенном виде это выглядит как
сумма глубины статического уровня, понижения от влияния соседних скважин,
понижения при откачке.
9
При высоком стоянии уровня воды в скважине могут применяться любые типы
насосов. При значительной глубине до воды устанавливают глубинные насосы
(центробежные, штанговые, эрлифты и другие).
9. Особые виды водозаборов подземных вод. Каптаж родников. При устройстве
каптажей следует придерживаться следующих правил: 1. Каптаж не должен создавать
никакого подпора воды в роднике в его естественном состоянии. 2.
Снижением
уровня воды в роднике можно достичь увеличение его расхода. 3. Каптаж
должен
перехватывать
все
выходы
родника
и препятствовать фильтрации воды в
окружающие породы. 4. Каптаж должен надежно защищать родник от
попадания
загрязнений и затопления поверхностными водами. Различают родники восходящие и
нисходящие. Каптаж л и н з п р е с н о й воды широко используется в Средней
Азии и Закавказье, где подземные воды часто сильно минерализованы.
Многозабойные скважины. Бурится центральная скважина большим диаметром. Из
нее путем искривления стволов с помощью специальных клиньев проходятся в стороны
несколько скважин меньшим диаметром. Ярусные водозаборы. Применяются
в
мощных и водообильных водоносных горизонтах. Бурится ряд скважин несовершенного
типа, расположенных близко друг от друга около 10-15 м. Скважины оборудуются
фильтрами на разных интервалах глубин и насосами. Лучевые водозаборы. Лучевой
водозабор представляет из себя шахту, из нижней части которой закладываются в
водоносный горизонт горизонтальные скважины, осуществляющие каптирование
подземных вод. В шахте устанавливаются мощные насосы, откачивающие воду.
10. Искусственное создание запасов подземных вод. Под искусственным созданием
запасов подземных вод понимается магазинирование подземных вод. Это мероприятия
по увеличению количества подземных вод искусственным способом в водоносном пласте.
Магазинирование применяется в различных областях водного хозяйства:
водоснабжение, сброс отработанных вод, при добыче нефти (вторичное восстановление),
повышение уровня подземных вод. При этом преследуются следующие цели: сохранение
и размещение поверхностного стока паводковых вод; поддержание стабильной
температуры у подземных вод (летом ниже, зимой выше, чем у поверхностных вод);
самоочищение воды при фильтрации; уменьшение минерализации подземных вод,
имеющихся в районе за счет разбавления поверхностными; подземные воды в меньшей
степени подвержены загрязнению.
11.Санитарная охрана подземных вод. По степени загрязнения выделяют следующие
воды: 1)слабозагрязненные - показатели качества воды выше фоновых
(природных) значений, но ниже предельных допустимых концентраций (ПДК);
2)загрязненные
- показатели
качества воды превышают
ПДК в
несколько раз; 3) сильнозагрязненные - показатели качества воды значительно
превышают ПДК и приближаются к показателям раствора в источнике
загрязнения. Зоны санитарной охраны. Основной целью создания и обеспечения режима в
ЗСО является санитарная охрана от загрязнения источников водоснабжения и
водопроводных сооружений, а также территорий, на которых они расположены. ЗСО
организуются в составе трех поясов: первый пояс (строгого режима) включает
территорию расположения водозаборов, площадок всех водопроводных сооружений и
водопроводящего канала. Его назначение - защита места водозабора и водозаборных
сооружений от случайного или умышленного загрязнения и повреждения. Второй и
третий пояса (пояса ограничений) включают территорию, предназначенную для
предупреждения загрязнения воды источников водоснабжения.
10
12. Орошение подземными водами. Преимущества использования подземных вод
для орошения следующие:
1. При
использовании
обычных
оросительных
систем
сокращается
длина холостой части каналов, т.к. вода зачастую может быть получена не
посредственно на месте потребления (скважины расположены на орошаемом массиве).
За счет этого удешевляется строительство оросительных систем, уменьшаются потери на
фильтрацию воды из каналов, улучшается маневренность использования воды во времени.
2. Вследствие общего
снижения
уровня
подземных
вод,
забираемых
для орошения, уменьшается опасность заболачивания орошаемой территории, т.к.
скважина работает как вертикальный дренаж.
3. Уменьшается или вовсе предотвращается опасность заиления оросительных
каналов, т.к. подземные воды не содержат взвешенных наносов.
4. Использование подземных вод, особенно при расчлененном рельефе, упрощает
оросительную сеть и позволяет орошать небольшие участки,
5. Количество используемой воды стабильно в многолетнем и годовом разрезах,
поэтому гарантирует планируемый урожай сельскохозяйственных культур.
6. Качество
(химический
состав,
температура)
подземных
вод
одно
родно в течение года и многолетий.
7. Подземная вода может расходоваться экономно, если скважины будут на крановом
режиме и возможно управление использованием.
Рациональный путь использования подземных вод заключается в технологически
правильном выборе водокаптажных сооружений, более совершенном их оборудовании и
режиме эксплуатации. Это значит, что скважины должны быть пройдены диаметром, как
было отмечено, не менее 14-16 дюймов, оборудованы гравийно-галечными фильтрами,
надежными погруженными насосами, задвижками, хорошими оголовками.
13.Использование подземных вод в качестве термальных ресурсов
Издавна термальные воды
находили применение в лечебных целях (римские,
тбилисские термы). В СНГ пресные азотные термы, богатые кремнекислотой, используют
известные курорты — Белокуриха на Алтае, Кульдур в Хабаровском крае и др.;
углекислые термальные воды-курорты Кавказских Минеральных Вод (Пятигорск,
Железноводск, Ессентуки), сероводородные — курорт Сочи-Мацеста.
В бальнеологии термальные воды подразделяют на:
тёплые (субтермальные) 20—37 °С,
термальные 37—42 °С
гипертермальные св. 42 °С.
В районах современного и недавнего вулканизма в Италии, Исландии, Мексике,
СНГ, США, Японии работает ряд электростанций, использующих перегретые термальные
воды с температурой свыше 100 °С. В бывшем СССР и др. странах (Болгария, Венгрия,
Исландия, Новая Зеландия, США) термальные воды
применяют также для
теплоснабжения жилых и производственных зданий, обогрева теплично-парниковых
комбинатов, плавательных бассейнов и в технологических целях (Рейкьявик полностью
обогревается теплом термальных вод). В бывшем СССР организовано теплоснабжение
микрорайонов гг. Кизляра, Махачкалы, Зугдиди, Тбилиси, Черкесска; обогреваются
теплично-парниковые комбинаты на Камчатке, Кавказе. В теплоснабжении термальные
воды делятся на
слаботермальные 20—50 °С,
термальные 50—75 °С.
высокотермальные 75—100 °С.
11
14. Использование промышленных подземных вод в качестве минеральных ресурсов.
В условиях истощения запасов полезных ископаемых освоение нетрадиционных их
видов является одной из актуальных задач современной науки и практики. Одним из
таких полезных ископаемых являются промышленные подземные воды.
Промышленными подземными водами являются растворы, содержащие полезные
компоненты или их соединения в количествах, обеспечивающих по техникоэкономическим показателям их рентабельную добычу и переработку.
Целесообразность и экономическая эффективность переработки гидроминерального
сырья, которыми являются промышленные подземные воды, подтверждается длительной
добычей во многих странах поваренной соли, йода, брома, калия, магния. Высокий
уровень современного развития электронной промышленности, космической техники,
атомной энергетики, общий уровень научно-технического прогресса требует
использование таких редких химических элементов, получаемых из промышленных
подземных вод, как литий, рубидий, цезий, бор и др.
Работами по изучению промышленных подземных вод выявлено, что в Казахстане
наиболее перспективными для извлечения различных компонентов из подземных
промышленных рассолов являются Прикаспийская, Мангистау-Устюртская и ШуСарысуйская впадины. В Прикаспийской впадине обнаружены йодные, йод-бромные и
поликомпонентные воды. В Мангистау-Устюртском районе развиты йод-бромные и
стронциевые воды. В Шу-Сарысуйском прогибе получены промышленные рассолы с
высоким содержанием йода, брома, бора, стронция, калия, рубидия и др.
Промышленными считаются природные воды, содержащие (мг/л): лития не менее
10, рубидия ≥ 3, цезия ≥ 0,5, стронция ≥ 300, брома ≥ 200, йода ≥ 10, бора ≥ 100, калия ≥
1000, германия ≥ 0,05.
15. Использование минеральных подземных вод в бальнеологи. Минеральными лечебными
водами называются воды, содержащие в повышенных концентрациях различные
минеральные (реже органические) компоненты или обладающие какими-либо
специфическими физическими свойствами (повышенная температура, радиоактивность и
др.), вследствие чего эти воды могут оказывать на организм человека лечебное действие.
Минеральные воды — это сложные растворы, в которых компоненты находятся в виде
ионов недиссоциированных молекул, коллоидных частиц и растворенных газов. Они
содержат те же вещества, которые присутствуют в организме человека, и их целебное
действие состоит в восполнении нарушенного равновесия. Согласно классификации
советских ученых В.В.Иванова и Г.А.Невраева, все природные (подземные) воды
разделяются по составу, свойствам и лечебному значению на шесть основных
бальнеологических. Процесс образования минеральных вод весьма сложен и ещё
недостаточно изучен. При характеристике генезиса минеральных вод различают
происхождение самой подземной воды, присутствующих в ней газов и образование её
ионно-солевого состава. В формировании минеральных вод участвуют процессы
инфильтрации поверхностных вод, захоронения морских вод во время осадконакопления,
высвобождение конституционной воды при региональном и контактовом метаморфизме
горных пород и вулканические процессы. Состав минеральных вод обусловлен историей
геологического развития.
3.2. Содержание лабораторных занятий
Лабораторная работа 1. Проектирование и расчет основных параметров
горизонтального водозабора.
Задание 1: Гидрогеологический расчет горизонтального водозабора
12
Исходя из гидрогеологических условий выбирается схема расположения горизонтального
водозабора и производится его расчет. Определяется его длина, его дебит, радиус
влияния и др. параметры.-2ч
Задание 2: Гидравлический расчет водозабора. По формулам гидравлики определяют
оптимальное сечение и уклон, рассчитывают гравийный фильтр.- 2ч.
Лабораторная работа 2. Проектирование и расчет параметров трубчатого колодца
Задание 3: Определение дебита трубчатого колодца. Опираясь на законы движения
подземных вод определяется радиус влияния и величина водопритока к трубчатому
колодцу- 2ч.
Задание 4: Составление конструкции колодца. Исходя из выбранного насосного оборудования,
задаются диаметром обсадных труб, способом и диаметром бурения, разрабатывают конструкцию
колодца.-2ч.
Лабораторная работа 3. Выбор места под водозабор и его конструкции
Задание 5: Выбор места под водозабор и его конструкции. На основе анализа гидрогеологических
условий производят выбор места под водозабор, дают его обоснование, разрабатывают его
конструкцию.-2ч.
Задание 6: Гидрогеологический расчет зоны санитарной охраны водозабора подземных
вод. По формулам гидродинамики определяются границы зоны санитарной охраны
водозабора подземных вод.-2ч
Лабораторная работа 4. Организация орошения подземными водами.
Задание 7: Составление схемы оросительной сети. Определяются поливная и
оросительная нормы, сечение каналов, величина гидромодуля и пр. элементы
оросительной сети. – 2ч.
Задание 8: .Расчет дренажной системы. Определяется норма осушения, сечение дрен,
глубина их заложения и пр. элементы осушительной сети.- 2ч
3.3Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов под руководством
преподавателя (СРСП)
Задание 1: Анализ взаимосвязей дисциплин и место курса «Использование подземных
вод» в ряду гидрогеологических дисциплин. Развитие водоснабжения в Западной
Европе и на Руси.
Задание2: Приемы и методы использования подземных вод для водоснабжения.
Задание 3: Источники водоснабжения. Требования, предъявляемые к качеству воды.
Содержание стандарта ГОСТ 28-74-82 «Вода питьевая». Преимущества
использованья подземных вод.
Задание 4. Водозаборы подземных вод и условия их применения.
Задание 5. Горизонтальные водозаборы, шахтные и трубчатые колодцы.
Задание 6. Понятие совершенства водозаборов. Схемы притока воды к ним. Их
конструкции.
Задание 6. Каптаж родников. Ярусные и лучевые водозаборы.
Задание 7. Маганизирование запасов подземных вод. Цели и задачи. Схемы
маганизирования.
Задание 8. Факторы, обуславливающие необходимость маганизирования запасов
подземных вод. Экономический фактор.
Задание 9. Промышленные подземные воды. Способы извлечения полезных компонентов.
Задание 10. Схемы установок для извлечения полезных компонентов.
Задание 11. Термальные подземные воды. Термальные источники. Оценка качества
термальных вод.
13
Задание 12. Использование термальных подземных вод. Происхождение термальных
подземных вод.
Задание 13. Бальнеология и бальнеотерапия. Минеральные подземные воды и их
применение в бальнеологии и бальнеотерапии.
Задание 14. Формирование минеральных подземных вод.
Задание 15.Распространение минеральных термальных подземных вод на земном шаре.
3.4 Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов (СРС)
Задание 1: Какие этапы выделяются в развитии водоснабжения?
Задание 2: Какое место занимает водоснабжение в ряду гидрогеологических
дисциплин?
Задание 3: Какие классификации водоснабжения Вы знаете?
Задание4: Конструкции водозаборов подземных вод для водоснабжения.
Задание 5: ГОСТ 28-74-82 «Вода питьевая». Органолептические свойства воды.
Преимущества использования подземных вод.
Задание 6. Какие факторы обуславливают выбор типа водозабора подземных вод?
Задание 7. Составить схему водопритока к горизонтальному водозабору.
Задание 8. Совершенство водозаборов.
Задание 9. Особые виды водозаборов подземных вод.
Задание 10. Эксплуатация линз пресной воды, плавающей на соленной.
Задание 11. Конструкции ярусных и лучевых водозаборов и их гидрогеологический
расчет.
Задание 12. Санитарная охрана источников водоснабжения.
Задание 13. Гидрогеологические и пр. характеристики ирригации.
Задание 14. Оценка качества термоминеральных вод.
Задание 15. Промышленные воды. Способы извлечения полезных компонентов.
Таблица 5.
График проведения занятий
№
Дата
Время
1
2
3
Наименование тем
2
3
4
5
4
Лекции
Предмет, цели и задачи курса. История развития
использования ресурсов подземных вод.
Виды использования ресурсов подземных вод.
Использование подземных вод для водоснабжения.
Шахтные колодцы.
Трубчатые колодцы.
6
7
Бесфильтровые скважины.
Гидрогеологический расчет трубчатого колодца.
8
9
Насосы
Особые виды водозаборов подземных вод. Каптаж
родников.
Искусственное создание запасов подземных вод.
Санитарная охрана подземных вод.
Орошение подземными водами.
Использование
подземных
вод
в
качестве
14
1
10
11
12
13
термальных ресурсов
14
15
1
1
2
3
4
5
2
3
Использование промышленных подземных вод в
качестве минеральных ресурсов.
Использование минеральных подземных вод в
бальнеологи.
Лабораторные занятия
4
Лабораторная работа 1. Проектирование и
расчет основных параметров горизонтального
водозабора.
Задание 1: Гидрогеологический расчет
горизонтального водозабора
Проектирование и расчет основных параметров
горизонтального водозабора.
Задание 2: Гидравлический расчет водозабора.
Лабораторная работа 2. Проектирование и
расчет параметров трубчатого колодца
Задание 3: Определение дебита трубчатого
колодца
Задание 4: Составление конструкции колодца.
Лабораторная работа 3. Выбор места под водозабор и
его конструкции
6
Задание 5: Выбор места под водозабор и его конструкции
Задание 6: Гидрогеологический расчет зоны
санитарной охраны водозабора подземных вод.
Лабораторная работа 4. Организация орошения
подземными водами.
Задание 7: Составление схемы оросительной сети.
Определяются поливная и оросительная нормы,
сечение каналов, величина гидромодуля и пр. элементы
оросительной сети.
Задание 8: .Расчет дренажной системы. Определяется
норма осушения, сечение дрен, глубина их заложения и
пр. элементы осушительной сети
1.
2.
3.
4.
4.Учебно-методические материалы
Основная литература:
Абрамов Н.Н. Водоснабжение. М: Стройиздат, 1982.
Антоненко В.Н. Водоснабжение и ирригация.Учебник- Алматы:КазНТУ, 2001
Антоненко В.Н.,Кулагин В.В. Мелиоративная гидрогеология. Учебное пособие Алматы:КазНТУ, 2007.
Белицкий А.С. и др. Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин
для
водоснабжения, 3-е изд. М: Недра, 1974.
15
5. Бочевер Ф.М., Орадовская А.Е. Гидрогеологическое обоснование защиты подземных
вод и водозаборов от загрязнения. М: Недра, 1972.
6. ГОСТ Сборник «Вода питьевая» М: Изд.стандартов, 1984.
7. Кац Д.М., Шестаков В.М. Мелиоративная гидрогеология - М.:МГУ,1992.
Дополнительная:
1. Абдуллин Ф.С. Повышение производительности скважин. М: Недра, 1975
2. Антоненко В.Н., Калитов Д.К. Водоснабжение и ирригация:
КазНТУ, 1999.
Учеб.пособие: Алматы,
3 .Богомолов Г.В. Гидрогеология с основами инженерной геологии. Изд. 3-е. М.,
Высшая школа, 1986
4. Завалей В.А. Поиски и разведка подземных вод. Учебник. Алматы:
КазНТУ, 2002.
5. Зарубаев Н.В. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. Л: Стройиздат,
1976.
6. Овчинников А.М.Общая гидрогеология. М.: Недра, 1955.
7. ГОСТ 17.1.1.04-80 «Классификация подземных вод по целям водопользования». М:
Изд.стандартов, 1980.
Содержание
1. Цели и задачи дисциплины
2. Система оценки знаний
3. Вопросы для проведения контроля по первому модулю.
4. Вопросы для проведения контроля по второму модулю.
5. Вопросы для подготовки к промежуточной аттестации.
6. Содержание дисциплины.
7. Содержание лекций
8. Содержание лабораторных занятий
9. Содержание СРС
10. Содержание СРСП
11. График проведения занятий
12. Учебно- методические материалы
16