ью - Основные образовательные программы ТюмГУ

Л.В. Переладова
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
Учебно-методический комплекс
для студентов специальности
«Геоэкология»
Издательство
Тюменского государственного университета
2008
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ ГЕОГРАФИИ И ЭКОЛОГИИ
Л.В. Переладова
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
Учебно-методический комплекс
для студентов специальности
«Геоэкология».
Издательство
Тюменского государственного университета
2008
3
УДК 556.3 (075.8)
ББК Д 46 я 73
А3
П270
Л.В. ПЕРЕЛАДОВА. Гидрогеология: Учебно-методический комплекс
для студентов эколого-географического факультета, обучающихся по
специальности «Геоэкология».
Тюмень: Издательство Тюменского
государственного университета, 2008, с.
Учебно-методический
комплекс
включает
тематический
план
дисциплины, ее содержание, разработки практических работ, указания к
самостоятельной
работе
студентов,
словарь
терминов,
перечень
вопросов к экзамену, список основной и дополнительной литературы.
Дисциплина направлена на формирование у студентов представления
о составе, строении, использовании и охране подземной гидросферы.
Рекомендовано к печати Учебно-методической комиссией экологогеографического факультета. Одобрено Учебно-методической секцией
Ученого совета Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: Т.В.Попова, доцент кафедры физической географии и экологии Тюменского
государственного университета, к.б.н.
РЕЦЕНЗЕНТЫ:Н.В.Жеребятьева, доцент кафедры физической географии и экологии Тюменского государственного университета,
к.г.н.
А.А.Южаков, старший научный
сотрудник лаборатории гидрогеологии и
экологии водной среды ООО «ТюменНИИгипрогаз», к. г.н.
© ГОУ ВПО Тюменский государственный университет, 2008
© Издательство Тюменского государственного университета, 2008
© Л.В. Переладова, 2008
4
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Цель дисциплины состоит в том, чтобы ознакомить студентов с
основными понятиями науки о подземных водах, законами их движения,
формированием
их
химического
состава,
лабораторных
гидрогеологических
методами
исследований,
полевых
и
принципами
разработки гидрогеологических прогнозов и организации мониторинга,
комплексом мероприятий по рациональному использованию подземных
вод и защите их от загрязнения и истощения.
Требования к уровню освоения содержания дисциплины: студенты
должны знать состав и строение подземной гидросферы; свойства и
теории происхождения подземных вод; особенности взаимодействия
подземных вод с горными породами, поверхностными водами и
атмосферой; гидрогеологическое районирование территории России;
виды антропогенного воздействия на подземные воды, основные
источники их загрязнения и состав загрязняющих веществ;
причины
истощения запасов подземных вод; группы мероприятий, направленные
на рациональное
использование, охрану и управление режимом
подземной гидросферы. Студенты должны уметь составлять и читать
гидрогеологические разрезы,
карты гидроизогипс и гидроизопьез,
рассчитывать характеристики подземного стока реки и водоносного
горизонта.
Учебно-методический комплекс
содержание теоретической части
включает тематический план,
дисциплины
объемом 32 часа,
руководство к выполнению практических работ объемом 32 часа, темы
рефератов для самостоятельной работы студентов, словарь основных
терминов по дисциплине, вопросы к экзамену, список литературы.
5
2.ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
п/№
Тема
Недели
Лекции, Практические Самостоятел
семестра час.
занятия, час. ьная работа,
час
Итого
часов по
теме
Итого
количест
баллов
1
2
2
0-2
2-6
10
4
6
20
0-16
6
12
4
6
22
0-18
12
4
20
0-34
2
6
0-4
Модуль 1
1.
2.
Введение
Состав и строение
подземной
гидросферы
Всего
Модуль 2
1.
Динамика и режим
подземных вод
7-8
4
2.
Основные типы
подземных вод
9-10
4
3.
Гидрогеологическое 11
районирование
2
2
2
6
0-8
Всего
5
10
14
8
32
0-46
6
6
16
0-22
8
12
0-4
Модуль 3
1.
Использование
подземных вод
12-13
4
2.
Охрана подземных
вод
14
4
3.
Методы
гидрогеологических
исследований
15-16
2
8
8
18
0-10
Всего
5
10
14
22
46
0-36
Итого
16
32
32
36
100
0-100
6
Планирование самостоятельной работы студентов
№
Модули и темы
1.
Состав и строение
подземной гидросферы
Виды СРС
обязательны дополнительн
е
ые
Модуль 1
Реферат,
контрольная
работа
Неделя
семест
ра
Объе
м
часов
Колво
балло
в
2-6
6
0-7
5
6
0-7
Всего по модулю 1:
1.
Динамика и режим
подземных вод
Модуль 2
контрольная тест
работа
2.
Основные типы
подземных вод
контрольная
работа
9-10
2
0-2
3.
Гидрогеологическое
районирование
контрольная
работа
11
2
0-2
Всего по модулю 2:
Модуль 3
1
Использование
подземных вод
7-8
4
0-3
8
контрольная
работа
тест
0-7
12-13
6
0-3
2
Охрана подземных вод
реферат
14-16
8
0-5
3
Методы
гидрогеологических
исследований
Реферат
17-18
8
0-5
Всего по модулю 3:
ИТОГО:
22
36
0-13
0-27
3.ВИДЫ И ФОРМЫ ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ В ПЕРИОД ТЕКУЩЕГО
№ темы
Устный опрос
Письменные работы
7
Технические
формы
контроля
Информаци
онные
системы и
технологии
Итого
количес
тво
баллов
КОНТРОЛЯ
Составление
электр. карт
электронные
практикумы
комплексные
ситуационные
задания
программы
компьютерног
тестирования
эссе
реферат
тест
контрольная
работа
практическая
работа
коллоквиум
собеседовани
е
номенклатура
Модуль 1
1.Введение
2.Состав и
0-2
0-2
0-1
0-2
0-2
0-2
0-2
0-1
0-2
0-1
0-4
0-2
0-2
0-2
0-1
0-2
1.Динамика
и режим
подземных
вод
0-2
012
012
0-2
0-2
2.Основные
типы
подземных
вод
0-2
0-2
0-2
0-16
0-2
0-2
0-18
0-2
0-2
0-34
строение
подземной
гидросферы
Всего
Модуль 2
3.Гидрогеол
огическое
районирова
ние
0-1
Всего
0-1
0-2
0-2
0-4
014
012
1.Использов
ание
подземных
вод
0-2
0-6
0-6
2.Охрана
подземных
вод
0-2
0-4
0-1
0-2
0-1
0-6
0-2
0-2
0-2
0-2
0-2
0-2
0-2
0-2
0-8
0-2
0-46
Модуль 3
3.Методы
гидрогеолог
ических
исследован
ий
Всего
0-4
0-2
0-4
0-2
0-2
0-2
0-2
0-2
0-2
0-8
0-8
0-6
0-4
8
0-22
0-10
0-2
0-2
0-36
Итого
0-2
012
0-2
024
022
0-1
014
0-1
0-8
0-6
0-6
0-2
0-100
4.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.
ВВЕДЕНИЕ.
Предмет и задачи, основные разделы гидрогеологии. Связь с
другими науками, методы исследований. Этапы развития гидрогеологии.
Развитие и состояние гидрогеологии в Тюменской области.
9
Тема: СОСТАВ И СТРОЕНИЕ ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОСФЕРЫ.
Границы подземной гидросферы. Гидрогеологический разрез земной
коры. Гидрофизические зоны и их характеристика. Подземная ветвь
общего
круговорота
геологический
воды
циклы
на
Земле.
подземной
Гидрогеологический
ветви
круговорота
и
воды.
Возобновляемость подземных вод. Теории происхождения подземных
вод:
инфильтрационная,
ювенильная.
конденсационная,
седиментационная,
Техногенные подземные воды. Водно-коллекторские
свойства горных пород: скважность (пористость, трещиноватость),
гравитационная ёмкость, проницаемость, водоотдача, естественная
влажность. Виды воды в горных породах: свободная гравитационная,
физически-связанная,
капиллярная,
химически-связанная,
надкритическая. Свойства и условия движения различных видов воды.
Понятие
об
основных
элементах
гидрогеологического
разреза:
водоносные и водоупорные породы, водоносный слой, горизонт,
комплекс.
Минерализация
подземных
вод.
Химический
состав
подземных вод и основные группы компонентов: макрокомпоненты,
микрокомпоненты,
растворенные
коллоиды,
микроорганизмы.
процессы
формирования
газы,
Факторы,
химического
органические
геохимические
состава
вещества,
обстановки,
подземных
вод.
Зональность грунтовых вод, Гидродинамическая, гидрогеохимическая,
газовая зональность
артезианских бассейнов.
Гидрогеохимические
инверсии.
Тема: ДИНАМИКА И РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД.
Понятие об инфильтрации и фильтрации. Скорость фильтрации.
Установившаяся и неустановившаяся фильтрация подземных вод.
10
Ламинарное
и
турбулентное
движение
подземных
вод.
Геофильтрационный поток и его элементы. Гидродинамическая сетка
потока. Типы потоков по структуре и режиму. Основной закон
фильтрации (закон Дарси). Верхний и нижний пределы применимости
закона фильтрации. Понятие о режиме и балансе подземных вод.
Основные режимообразующие факторы.
Виды и типы режима
подземных вод. Уровенный режим подземных вод г. Тюмени. Прогноз
режима
грунтовых
вод.
Балансовое
уравнение
грунтовых
вод.
Подземный сток: понятие, основные количественные характеристики.
Факторы, условия формирования и распределения величин подземного
стока. Расчленение гидрографа стока реки методом Б.И. Куделина.
Соотношение поверхностного и подземного водосборного бассейнов
реки. Оценка подземного стока. Теплоперенос с подземными водами.
Геотермические зоны и их характеристика. Геотемпературное поле
Земли.
Тема: ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД.
Воды зоны аэрации: почвенные воды и верховодка, особенности
влагопереноса в ненасыщенной зоне. Грунтовые воды: понятие,
основные признаки, условия залегания, питания и разгрузки, источники
взаимодействия с поверхностными водами. Трещинные подземные
воды: типы природных скоплений трещинных вод, условия питания,
движения и разгрузки, формирование химического состава. Карстовые
(трещинно-карстовые)
подземные
воды: понятие, фильтрацион-
ная неоднородность сред карстового потока, условия её формирования,
особенности
питания,
движения
и
разгрузки,
формирование
химического состава, районы распространения. Артезианские воды:
понятие,
отличительные
особенности,
11
области
питания
и
очаги
разгрузки, движение. Типы водонапорных систем. Подземные воды
криолитозоны.
Тема: ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ.
Понятие и принципы гидрогеологического
районирования. Анали-
тическое и синтетическое направления в районировании. Типы гидрогеологических
районов:
гидрогеологические
массивы,
артезианские
бассейны, горно-складчатые области. Гидрогеологическое районирование
территории России.
Тема: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД.
Подземные воды как полезное «ископаемое». Основные виды
подземных вод по направлению их использования. Пресные питьевые
подземные воды: запасы и основные требования к качеству воды.
Подземные
воды
промышленного
назначения:
понятие,
районы
распространения, условия добычи. Минеральные лечебные воды:
понятие, классификации по температуре, условиям формирования и
ионному составу. Термальные подземные воды: классификация по
температуре и целесообразности использования, районы проявления.
Гейзер
–
проявление
термальных
вод
на
поверхности
земли.
Классификация запасов и ресурсов подземных вод. Общие принципы
разведки и оценки запасов подземных вод.
Тема: ОХРАНА ПОДЗЕМНЫХ ВОД.
Характер изменения режима и баланса подземных вод в районах с
различными видами интенсивной хозяйственной деятельности. Причины
12
истощения ресурсов подземных вод. Основные направления охраны
запасов подземных вод от истощения. Загрязнение подземных вод.
Классификации источников загрязнения подземных вод. Загрязнение
подземных вод в г. Тюмени. Методы изучения загрязнения подземных
вод. Мероприятия по охране подземных вод от загрязнения. Зоны
санитарной охраны водозаборов. Природная защищенность подземных вод.
Тема: МЕТОДЫ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
Основные виды гидрогеологических работ.
съемка: виды
исследований
и
и
масштабы
Гидрогеологическая
съемки, организация
полевых
наблюдений. Составление гидрогеологических карт.
Гидрогеологическое бурение. Опытно-фильтрационные работы.
откачки и нагнетания. Гидрогеологические
Гидрогеологический
мониторинг.
Опытные
стационарные наблюдения.
Лабораторные
гидрогеологические
исследования. Моделирование гидрогеологических процессов. Метод
ЭГДА, методы численного (математического) моделирования. Прямые и
обратные задачи в гидрогеологии.
5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1
ЗОНАЛЬНОСТЬ ГРУНТОВЫХ ВОД.
13
ЗАДАНИЕ: проанализировать в тетради в виде таблиц схемы зональности грунтовых вод территории России следующих авторов В.С. Ильина,
О.К. Ланге, Д.М. Каца, Г.Н. Каменского, И.К.Зайцева и М.П. Распопова.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2.
ПОСТРОЕНИЕ КАРТЫ ГИДРОИЗОГИПС И ЕЕ АНАЛИЗ.
ЗАДАНИЕ 1: Построить карту гидроизогипс на топографической основе
заданного масштаба.
ЗАДАНИЕ 2: Определить направление движения грунтовых вод и
показать его стрелкой на карте.
ЗАДАНИЕ 3: На характерных участках определить гидравлический уклон
грунтового потока.
ЗАДАНИЕ 4: Охарактеризовать условия питания и разгрузки грунтовых
вод.
ЗАДАНИЕ 5: Охарактеризовать характер связи между грунтовыми и
поверхностными водами.
ЗАДАНИЕ 6: Определить на участке проектируемого поселка (в центре
точка Д) глубину залегания
грунтовых вод.
ЗАДАНИЕ 7: Рекомендовать места расположения скважин или колодцев
для водоснабжения поселка.
ТЕОРИЯ:
Гидроизогипсы
-
линии, соединяющие точки
с
одинаковыми абсолютными отметками уровня грунтовых вод.
Для построения карты гидроизогипс в ряде водопунктов на площади
распространения
непосредственного
водоносного
измерения
горизонта
глубины
устанавливают
залегания
путем
поверхности
грунтовых вод. В качестве водопунктов могут быть использованы
скважины, шурфы, колодцы, источники. Так как уровень грунтовых вод
постоянно изменяется под влиянием различных природных факторов, то
14
карту
гидроизогипс
можно
составлять
только
по
результатам
одновременных или близких по времени (один-два дня) замеров. Карты
гидроизогипс составляют в масштабах от 1:10 000 до 1:200 000. Сечение
гидроизогипс выбирают в зависимости от принятого масштаба карты,
густоты пунктов наблюдений за уровнем грунтовых вод, уклона их
поверхности. Обычно принимают сечения 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10 м.
Полученные при замерах глубины залегания уровня грунтовых вод
пересчитывают на абсолютные отметки по формуле:
Нв = Нз – h , где
Нв - абсолютная отметка уровня воды в данном пункте, м;
Нз - абсолютная отметка поверхности земли в том же пункте, м;
h - глубина залегания воды, м.
Вычисленные абсолютные отметки уровня грунтовых вод наносят на
топографическую
основу
и
методом
интерполяции
строят
гидроизогипсы.
Направление движения грунтовых вод берут по перпендикуляру
к
двум смежным гидроизогипсам. Движение воды направлено от более
высоких отметок уровня к более низким.
Гидравлический уклон потока подземных вод для любого участка
вычисляют делением сечения
карты гидроизогипс на кратчайшее
расстояние между двумя гидроизогипсами по нормали, переведенное в
масштаб карты.
Грунтовые воды имеют область питания по всей площади своего
распространения, а областью разгрузки может быть поверхностный
водоем или водоток, болото, источник и т.п.
Связь
грунтовых
вод
с
поверхностными
устанавливают
по
характеру сопряжения гидроизогипс с рекой. В природе наблюдаются
15
два основных случая: первый – грунтовые воды питают поверхностные,
когда нормаль к гидроизогипсам направлена в сторону реки; второй –
поверхностные воды питают грунтовые, когда нормаль к гидроизогипсам
направлена от реки. Кроме того, реки могут одновременно с одного
берега питать, а с другого - дренировать грунтовые воды.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3.
АНАЛИЗ КАРТЫ ГИДРОИЗОПЬЕЗ.
ЗАДАНИЕ 1: По карте гидроизопьез определить в точках А, Б, В
следующие показатели: абсолютные отметки
поверхности земли,
пьезометрического уровня, кровли водоносного горизонта, глубину
залегания водоносного горизонта, глубину установившегося уровня и
высоту напора. Полученные данные свести в таблицу.
ЗАДАНИЕ
2:
Вычислить
пьезометрический
уклон
и
определить
направление движения напорных вод на участке Г-Д.
ТЕОРИЯ: Гидроизопьезы - линии, соединяющие точки с одинаковыми
абсолютными отметками пьезометрического уровня.
Пьезометрический
уровень
–
это
уровень
воды,
который
поднимается выше кровли водоносного пласта при вскрытии напорного
горизонта скважинами.
Карта гидроизопьез отражает форму пьезометрической поверхности
артезианских вод. По карте гидроизопьез можно решить следующие
задачи:
- определить направление движения напорных вод на заданном
участке
путем
проведения
перпендикуляра
к
двум
гидроизопьезам; поток направлен в сторону меньшей из них;
16
смежным
- вычислить уклон пьезометрической поверхности на заданном
участке, разделив разницу напоров смежных гидроизопьез в двух
точках, взятых по направлению движения потока, на расстояние
между
ними в масштабе карты;
- выяснить глубину до воды или отметку уровня воды в любой
заданной
точке:
глубина
установившегося
уровня
при
вскрытии
артезианского потока скважиной равна разности между отметками
поверхности земли и пьезометрического уровня;
- определить для любой точки высоту напора воды над кровлей
водоносного пласта, равную разности
отметок пьезометрического
уровня и кровли водоносного пласта;
- определить глубину залегания водоносного горизонта путем
вычитания из абсолютной отметки поверхности земли абсолютной
отметки кровли водоносного горизонта.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4.
ДВИЖЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД.
ЗАДАНИЕ 1: Грунтовые воды содержатся в разнозернистых
песках.
Отметка уровня воды в скважине 1 (верхней по потоку) Н1 = 130,4м, в
скважине 2 – Н2 = 122,6м. Расстояние между скважинами L1-2 = 2000м.
Водоупорный слой горизонтальный, отметка его поверхности Н3=112,6м.
Коэффициент фильтрации водоносного
пласта Кф= 16,2 м/сут.
Определить единичный расход q и расход грунтового потока Q шириной
В
=
500м,
построить
кривую
депрессии,
водоносного горизонта h через каждые х = 200 м.
17
вычислив
мощности
РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ:
Мощности водоносного горизонта в
скважинах 1 и 2 вычисляются по формулам:
h1 = Н1 - Н3 и h2 = Н2 - Нз, (м).
Единичный расход определяется по формуле:
q = Кф (( h1² - h 2² )/ 2 L1-2), (м²/сут).
Расход грунтового потока заданной ширины:
Q = В · q, (м³/сут).
Мощность грунтового потока через каждые 200м. определяется по
формуле:
h200 = (h1² - ( (h1² - h2²) / L1-2) х)½, (м).
ЗАДАНИЕ 2: Определить фильтрационный расход из канала q на 1м. его
длины по следующим данным: ширина канала по урезу воды В0 = 12м,
глубина воды в канале h0 = 2м, коэффициент фильтрации породы
Кф=0,5 м/сут, коэффициент А = f (В0/h0) равен 2,5м. Выполнить рабочую схему.
РАСЧЕТНАЯ ФОРМУЛА:
q = Кф ( Во+ А h0 ), (м³/сут).
ЗАДАНИЕ 3: Определить приток воды в карьер из напорного горизонта.
Коэффициент фильтрации пород Кф = 5м/сут, мощность водоносной
толщи М = 10,5м, напор над подошвой пласта Н = 52,3м, радиус влияния
18
карьера R=10 000 м., столб воды в дренажном зумпфе на дне карьера h
= 1м., ширина карьера b = 350м, длина карьера а = 1250м. К задаче
выполнить рабочую схему.
РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ: Приток напорных вод в карьер рассчитывают
по формуле:
- М) М - h²)) / ln(R/r0), (м³/сут) ,
Q
где
r0 – радиус выработки, рассчитываемый по формуле:
r0 = а /4 + 0,4b, (м)
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5.
РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО И ПОДЗЕМНОГО
СТОКА.
ЗАДАНИЕ: Площадь бассейна р. Дон у г. Калача F = 221600 км².
Средний
многолетний
расход
количество осадков X = 510мм.
Q = 694 м³/с.
Среднегодовое
Расход воды в нижнем створе
Q2 = 29,5м³/с, в верхнем створе на расстоянии L = 15км. Q1=22,3
м³/с. Площадь подземного питания по карте гидроизогипс Fп =
9000 км². Вычислите основные характеристики поверхностного и
подземного стока р. Дон у г. Калача.
РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ: Модуль стока М (л / (с • км²)) - количество
воды, стекающее в единицу времени с 1км² водосборной площади
19
М = Q ·10³/ F.
Подземное питание Qп (м/с на 1км) вычисляется по
формуле:
Qп = (Q2 –Q1) / L , где
Объём годового стока W
(м³, км³) - количество воды, стекающее с
территории бассейна за год.
W = Q ·Т, где
Т-число секунд в году.
Слой
стока
Y
(мм/год)
-
объём
стока,
равномерно
распределенный по площади бассейна в виде слоя.
Y = W / F·10³.
Слой стока можно выразить через модуль стока:
Y = 31,5М.
Коэффициент стока
ŋ – отношение высоты слоя воды за какой-то
период к выпавшему количеству осадков за тот же период.
ŋ = Y / Х.
Вышеуказанные параметры можно определить как для
поверхностного, так и для подземного стока.
20
Модуль подземного стока Мп (л/ (с км²)) – количество
воды, стекающее
с единицы площади подземного
водосбора за одну секунду.
Mп = Qп ·10³/ Fп.
Модульный коэффициент Кп - соотношение между поверхностным и
подземным стоками, выраженное в процентах.
Кп = ( Мп/М) • 100%.
Годовая инфильтрация атмосферных осадков численно равна высоте
слоя подземного стока Yn и определяется по формулам:
Yп = 31,5Mп
ил и
Yп = Y· Кп / 100.
Коэффициент подземного стока ŋп – отношение высоты слоя подземного
стока за какой-то период к количеству осадков за тот же период.
ŋп = Yп / Х.
Средний многолетний объём воды от инфильтрации по всей площади
подземного водосбора за год Wин (м³/год):
Wин = Yп ·Fп·10³.
Коэффициент подземного питания рек
питания реки к расходу воды в реке.
21
Кпп – отношение подземного
Кп.п. = (Qп/ Q) ·100%.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6.
ПОСТРОЕНИЕ И РАСЧЛЕНЕНИЕ ГИДРОГРАФА РЕКИ МЕТОДОМ
Б.И. КУДЕЛИНА.
ЗАДАНИЕ 1: По данным о средних за месяц расходах воды на
миллиметровой бумаге построить гидрограф стока реки.
ЗАДАНИЕ 2: Расчленить гидрограф реки методом Б.И. Куделина в
зависимости от связи вод реки с грунтовыми и артезианскими
водами.
ЗАДАНИЕ 3: Определить долю подземного стока от общего
годового стока реки в %.
ТЕОРИЯ:
Питание рек бывает дождевое, снеговое, ледниковое и
подземное. Расход реки - это величина стока общая, а не конкретно
относящаяся к какому-либо типу питания. Определение расходов воды
рек производится на гидрометрических постах. По этим данным строится
гидрограф - кривая распределения расхода воды в реке в зависимости от
времени. Для его построения на оси ординат откладывается средний
расход, по оси абсцисс - время (месяцы, декады, дни). Максимальные
расходы воды в реке формируются
атмосферных
осадков
Минимальные
расходы
и
за счет талых вод и жидких
соответствуют
соответствуют
половодьям
межени,
когда
подземное питание. Подземный сток обязан своим
и
паводкам.
реки
имеют
существованием
подземным водам. Количественная оценка подземного стока может
быть проведена по гидрографам поверхностного стока методом Б.В.
Полякова, К.П.. Воскресенского, Б.И. Куделина,
22
Ф.А. Макаренко.
Наибольшее распространение получил метод Б.И. Куделина, который
отмечает 4 случая питания рек подземными водами:
1.Водоносные горизонты грунтовых вод, не имеющие гидравлической,
связи с рекой, обладают режимами и фазами стока, близкими к режиму
поверхностного стока, причем пик грунтового стока выражен менее резко
и наступает позднее, чем сток речного паводка и половодья.
2.Водоносные горизонты, гидравлически связанные с рекой, имеют
противоположную
направленность
фаз
стока
по
сравнению
с
поверхностными водами. Максимуму поверхностного стока соответствует
минимум подземного стока.
3.Водоносные горизонты, имеющие периодическую гидравлическую связь
с рекой, характеризуются смешанным режимом (1+2).
4.Смешанное грунтовое и артезианское питание.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ.
ЗАДАНИЕ: Изучить схему гидрогеологических структур территории
России
по учебному пособию Л.Е. Михайлова. Гидрогеология. Л.:
Гидрометеоиздат, 1985.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБНОСТИ В ВОДЕ И КОЛИЧЕСТВА СКВАЖИН
ВОДОЗАБОРА ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОБЪЕКТОВ.
23
ЗАДАНИЕ: Рассчитать необходимое для потребления количество воды
Qо в м³/сут для поселка при следующих условиях: число жителей Νж к
2010 году предполагается 10 000; поселок будет застроен домами со
всеми
коммунальными
удобствами
–
водопровод,
канализация,
централизованное горячее водоснабжение; в поселке разместятся
гостиница с ваннами в отдельных номерах на 200 человек, поликлиника
с пропускной способностью 200 человек в день на 20 посетителей
одновременно, 3 детских сада по 450 человек, столовая с пропускной
способностью за рабочий день в 700 человек, баня на 200 посетителей,
школа на 2000 учащихся, кинотеатр на 700 зрителей по 3 сеанса в день;
площадь, занятая поселком составляет 1,5км² (1 500 000м²); площадь,
занятая зелеными насаждениями, равна 70% от общей площади.
РАСЧЕТНЫЕ
ФОРМУЛЫ:
Потребляемое
количество
воды
для
жителей поселка Qж вычисляется по формуле:
Qж = qж Νж Кж
(м³/сут ), где
qж – норма на одного человека 0,2м³/сут;
Кж– коэффициент часовой неравномерности, равный 1,25.
Потребляемое количество воды
в гостинице Qг вычисляется по
формуле:
Qг = qг Νг Кг
qг – норма на одного человека 0,2м³/сут;
Кг – коэффициент часовой неравномерности, равный 1,7;
24
(м³/сут), где
Νг – количество человек, проживающих в гостинице.
Потребляемое количество воды
в поликлинике Qп вычисляется по
формуле:
Qп = qп Ап Νп Кп
(м³/сут), где
qп – норма на одного человека 0,015м³/сут;
Кп – коэффициент часовой неравномерности, равный 1,0;
Νп – количество человек, посещающих поликлинику одновременно;
Ап – число приемов в поликлинике по 20 человек за рабочий день.
Потребляемое количество воды в детских садах Qдс вычисляется по
формуле:
Qдс = qдс Νдс Кдс
(м³/сут), где
qдс – норма на одного человека 0,1м³/сут;
Кдс – коэффициент часовой неравномерности, равный 3,0;
Νдс – количество человек, посещающих детские сады.
Потребляемое количество воды
в столовой Qс вычисляется по
формуле:
Qс = qс Νс Кс
(м³/сут), где
qс – норма на одного человека 0,02м³/сут;
Кс– коэффициент часовой неравномерности, равный 1,5;
Νс – пропускная способность столовой за рабочий день.
25
Потребляемое количество воды в бане Qб вычисляется по формуле:
Qб = qб Νб Кб
(м³/сут), где
qб – норма на одного человека 0,15м³/сут;
Кб – коэффициент часовой неравномерности, равный 1,0;
Νб – количество человек, посещающих баню в сутки.
Потребляемое количество воды в школе Qш вычисляется по формуле:
Qш= qш Νш Кш
(м³/сут), где
qш – норма на одного человека 0,02м³/сут;
Кш– коэффициент часовой неравномерности, равный 2,0;
Νш– количество человек, посещающих школу.
Потребляемое количество воды
в кинотеатре Qк вычисляется по
формуле:
Qк = qк Ак Νк Кк
(м³/сут), где
qк – норма на одного человека 0,005м³/сут;
Кк– коэффициент часовой неравномерности, равный 2,0;
Νк– количество человек, посещающих кинотеатр одновременно;
Ак– число сеансов в день.
Потребляемое количество воды на полив зеленых насаждений Qзн
вычисляется по формуле:
26
Qзн = qзн Fзн Кзн
(м³/сут), где
qзн – норма на 1м² 0,001м³/сут;
Кзн– коэффициент часовой неравномерности, равный 1,0;
Fзн – площадь, занятая зелеными насаждениями.
Общая потребность в воде для населенного пункта Qо вычисляется
по формуле:
Qо = Qж+Qг+Qп+Qдс+Qс+Qб+Qш+Qк+Qзн (м³/сут).
ЗАДАНИЕ: Рассчитать количество скважин водозабора при заявленной
потребности
в
воде,
которую
намечено
удовлетворить
за
счет
эксплуатации подземных вод. Дебит опробованных скважин в среднем
Q = 8л/с при понижении S = 5м.
РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ: Максимально возможное эксплуатационное
понижение при откачках Sэ вычисляется по формуле:
Sэ = 3S (м).
Максимально возможный дебит при откачках Qmах вычисляется по
формуле:
Qmах = 3Q (л/с).
Количество скважин водозабора n определяется по формуле:
n = Qо / 86,4Qmах.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 9.
27
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИГОДНОСТИ ПОДЗЕМНОЙ ВОДЫ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ
ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ.
ЗАДАНИЕ: По данным результатов химического анализа подземной
воды определить ее пригодность для целей питьевого водоснабжения.
ТЕОРИЯ:
Химический
состав
воды
необходимо
учитывать
при
использовании ее для различных видов водоснабжения (питьевого,
технического, лечебного, в целях орошения и поисков месторождений
полезных ископаемых и т.д.). В каждом случае к свойствам и составу
воды предъявляются определенные требования. Наиболее строгие
критерии пригодности разработаны для вод, используемых в целях
питьевого водоснабжения.
Питьевая вода должна соответствовать следующим требованиям:
температура воды – до 20° С;
алюминий – до 0,5мг/л;
запах – не более 2 баллов;
барий – до 0,7мг/л;
привкус – не более 2 баллов;
бериллий – до 0,0002мг/л;
цветность – не более 20°;
бор – до 0,5мг/л;
мутность – до 1,5мг/л;
железо – до 0,3мг/л;
минерализация – до 1г/л;
кадмий – до 0,003мг/л;
общая жесткость – до 7мг экв/л;
марганец – до 0,5мг/л;
рН – от 6 до 9;
медь – до 1мг/л;
хлориды – до 350мг/л;
молибден – до 0,25мг/л;
сульфаты – до 500мг/л;
мышьяк - до 0,05мг/л;
натрий – до 200мг/л;
никель – до 0,1мг/л;
нитраты – до 45мг/л;
ПАВ – до 0,5мг/л;
нитриты – до 3мг/л;
ртуть – до 0,001мг/л;
аммоний – до 1,5мг/л;
свинец – до 0,03мг/л;
28
селен – до 0,01мг/л;
фенолы – до 0,001мг/л;
серебро – до 0,05мг/л;
фтор – до 1,5мг/л;
стронций – до 7мг/л;
хром – до 0,05мг/л;
сурьма – до 0,05мг/л;
цинк – до 5мг/л;
уран – до 1,7мг/л;
коли-титр – не более, чем 1 кишечная палочка на 300мл воды;
коли-индекс – не более 3 кишечных палочек в 1л воды;
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 10.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПО ТЕРРИТОРИИ РОССИИ МИНЕРАЛЬНЫХ
ЛЕЧЕБНЫХ И ТЕРМАЛЬНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД.
ЗАДАНИЕ: Проанализировать схемы распространения минеральных
лечебных и термальных подземных вод на территории России.
Результаты оформить в тетради в виде таблиц.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 11.
СОСТАВЛЕНИЕ И ЧТЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ.
ЗАДАНИЕ 1: На миллиметровой бумаге построить геологический
по
данным
разведочного
бурения,
нанести
разрез
депрессионную
и
пьезометрическую кривые, выделить водоносные горизонты.
ЗАДАНИЕ 2: По разрезу составить характеристику водоносных горизонтов в
соответствии с планом:
1. Характер водоносных горизонтов и условия их залегания.
Подразделяют условия залегания артезианских и грунтовых вод.
3
Артезианские
воды
характеризуются
наличием
выдержанных
водоупорных толщ в кровле и в подошве водосодержащего пласта и
избыточного напора воды над кровлей пласта. Избыточный напор
проявляется в том, что уровни, встреченные при бурении и вскрытии
водоносного горизонта, поднимаются и устанавливаются выше кровли
пласта (это так называемые установившиеся напорные уровни).
Положение
установившихся
напорных
уровней
по
скважинам
определяют положение пьезометрической кривой. Мощность потока это разность отметок кровли и подошвы водоносного пласта. Глубина
вскрытия напорного водоносного горизонта - это разность отметок
поверхности земли и кровли водосодержащего пласта. Установившийся
уровень напорных вод при бурении скважин - это разность отметок
поверхности земли и пьезометрической кривой. Величина напора над
кривой - разность отметок установившегося уровня и кровли пласта.По
разрезу
можно
установить
участки
возможного
самоизлива,
приуроченные к зонам, где поверхность земли располагается ниже
пьезометрической кривой.
Грунтовые воды — безнапорные, не насыщающие полностью весь
водопроницаемый
пласт
водой.
Их
поверхность
свободна.
Они
залегают на первом от поверхности земли выдержанном водоупоре.
Установившийся уровень грунтовых вод показывает положение кривой
депрессии. Он фиксируется обычно на том же уровне, где был встречен
при бурении скважины. Глубина до грунтовых вод - разность отметок
поверхности земли и кривой депрессии. Мощность потока - разность
отметок кривой депрессии и водоупорной подошвы водоносного пласта.
На отдельных участках грунтовые воды могут перекрываться линзами и
прослоями водоупорных пород и тогда здесь поток приобретает
местный напор.
3
2. Направление движения потока.
Оно
устанавливается
от
участков
с
большими
отметками
пьезометрической или депрессионной кривой к участкам с меньшими
отметками.
Для
грунтовых
вод
важно
установить
положение
водораздела подземных вод - точки, в которой депрессионная
поверхность достигает наиболее высокого положения. Водораздел
грунтовых вод характеризует собой место перемены направления
потока.
3. Уклон потока или его напорный градиент.
Его определяют по разности абсолютных или относительных отметок
уровней в двух сечениях потока, отнесенных к расстоянию между этими
сечениями
J = ( H1 - Н2) / L1-2
4. Условия питания и разгрузки подземных вод.
Напорные воды:
-
область
пьезометрической
питания
кривой
имеет
и
максимальные
представлена
участками
отметки
выхода
водосодержащих толщ на поверхность, участками фильтрации вод из
вышележащих горизонтов в местных выклиниваниях последних или при
уменьшении мощности разделяющих водоупоров. Наличие перетекания
из одного водоносного горизонта в другой устанавливается из
сравнения положения пьезометрических уровней этих горизонтов: из
горизонта, пьезометрическая поверхность которого выше, возможно
подпитывание другого горизонта с меньшими по отметкам уровням.
-
область
разгрузки
имеет
минимальные
отметки
пьезометрической кривой. Разгрузка может иметь местный (локальный)
характер на участках выхода водоносной толщи на поверхность земли
4
(эрозионный тип разгрузки) в области минимальных отметок напора
горизонта, в зонах тектонических нарушений. При разгрузке подземных
вод под уровень рек, морей, в толщу отложений, содержащих грунтовые
или напорные воды с меньшими отметками напора, образуются очаги
разгрузки.
Грунтовые воды:
- питание грунтовых вод происходит по всей области развития потока
путем инфильтрации атмосферных осадков через зону аэрации, на
отдельных участках - путем фильтрации из поверхностных водоемов.
Питание может осуществляться за счет подтока из глубокозалегающих
горизонтов через гидрогеологические «окна» в водоупорном ложе
- разгрузка грунтовых вод может осуществляться в поверхностные водоемы
при дренировании ими горизонтов подземных вод в виде нисходящих
родников. Сток может происходить и в другие водоносные горизонты при
наличии гидравлической связи между ними. При неглубоком залегании
грунтовых вод расходование воды может происходить путем испарения с
их поверхности.
Необходимо отмечать искусственно созданные условия питания и
разгрузки:
инфильтрация
вод
из
каналов,
с
полей
орошения,
дренирование подземных вод водозаборными скважинами, горными
выработками, дренажными галереями.
5. Взаимосвязь с другими водоносными горизонтами.
Она увеличивается по данным литологии пород и анализа соотношений
отметок кривых депрессии и пьезометрических поверхностей на
различных участках разреза.
6.СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ.
5
АДСОРБЦИЯ
–
привлечение,
задерживание
или
поглощение
растворенных веществ, газов или паров поверхностью жидкости или
твердого вещества.
АРТЕЗИАНСКИЙ БАССЕЙН – месторождение подземных напорных
вод,
приуроченное
к
отрицательной
геологической
структуре
(синклиналь, синеклиза, прогиб).
АРТЕЗИАНСКИЕ ВОДЫ– подземные воды,
земной поверхности
глубоко залегающие от
(ниже регионального базиса эрозии)
между
водоупорными слоями и находящиеся вследствие этого под напором.
БАЛАНС
ГРУНТОВЫХ
кругооборота
грунтовых
балансового
уравнения,
ВОД
вод
–
количественное
определенной
состоящего
из
выражение
территории
в
виде
приходной
(осадки,
инфильтрация из поверхностных водоемов, конденсация водяных паров,
подземный приток и пр.) и расходной (поверхностный сток, испарение,
подземный отток, транспирация и др.) частей. Если приходная и
расходная части уравнения не равны, то происходит изменение уровня
грунтовых вод.
ВЕРТИКАЛЬНАЯ
ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКАЯ
ЗОНАЛЬНОСТЬ –
закономерное изменение с глубиной величины общей минерализации и
состава
пресных
подземных вод. Выделяют
три
основных зоны:
зона
вод (минерализация до 1 г/л), зона солоноватых и соленых
вод (минерализация 1-35 г/л) и зона рассолов (минерализация более 35
г/л). С
глубиной изменяется
и ионно-солевой состав вод от
гидрокарбонатно - кальциевого к сульфатному и хлоридно-натриевому.
ВЕРХОВОДКА – водоносный горизонт, периодически возникающий в
зоне аэрации на водоупорных линзах, ограниченных в пространстве.
Образуется за счет инфильтрации атмосферных осадков в период
таяния снега или выпадения дождей. Ее мощность не превышает 2-5 м.
Воды верховодки
легко загрязняются и
6
не являются надежным
источником водоснабжения.
ВОДА ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОДЗЕМНАЯ – капельно-жидкая вода,
находящаяся в порах или пустотах горных пород, не подверженная
воздействию
капиллярных
и
молекулярных
сил,
способная
перемещаться в грунте под действием силы тяжести или разности
напора.
ВОДА ТЕРМАЛЬНАЯ – подземная вода, имеющая температуру выше
37˚С. Могут использоваться комплексно:
для
получения
дешевой
тепловой энергии, как промышленное сырье и в бальнеологических
целях.
ВОДА ТЕХНОГЕННАЯ – водный раствор, образованный в результате
хозяйственной деятельности человека.
По – возможности эти воды
подвергаются очистке. В случае нерентабельности этого мероприятия
они закачиваются в глубокие глинистые отложения с предварительным
гидроразрывом пласта,
в
нефтяные
пласты
для
поддержания
пластового давления или в подошвенную зону газовых залежей в
пределах контура газоносности.
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ – запасы поверхностных и подземных вод
определенной территории.
ВОДОЗАБОР
ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
–
инженерное
сооружение,
осуществляющее забор воды из водоносного горизонта и отвод ее в
водопроводные, оросительные, дренажные и другие системы.
ВОДОНОСНЫЙ ГОРИЗОНТ – относительно выдержанная и
в гидродинамическом
и
гидрогеохимическом
водоносная толща, все
пустоты
которой
единая
отношении
заполнены свободной
гравитационной водой.
ВОДОНОСНЫЙ КОМПЛЕКС – выдержанная в
разрезе и имеющая
региональное распространение водонасыщенная толща
одновозраст-
ных и разнородных по составу пород, ограниченная сверху и снизу
7
водоупорными пластами,
что
обеспечивает
данному
определенные особенности гидродинамического
комплексу
и гидрогеохимичес-
кого режима вод. Он может включать несколько водоносных горизонтов.
ВОДОСНАБЖЕНИЕ ПОДЗЕМНОЕ – обеспечение населенных пунктов
и промышленных объектов водой из
территории
Ямало-Ненецкого
подземных источников.
автономного
округа
На
подземное
водоснабжение составляет 70% от всех используемых природных вод.
Отличительной особенностью пресных подземных вод здесь является
их
низкая минерализация, редко превышающая 100 мг/л,
низкие
концентрации таких основных компонентов, как кальций и магний, и
повышенное содержание железа, марганца и кремнекислоты. На
территории Ханты – Мансийского автономного
округа
на
100%
обеспечиваются подземными водами Ханты-Мансийский, Октябрьский,
Сургутский
и Нефтеюганский районы, а также Уватский, Вагайский,
Ярковский, Ялуторовский, Заводоуковский, Юргинский,
Аромашевский,
Голышмановский
Омутинский,
районы Тюменской области.
ВОДОУПОРНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ – породы, слабо фильтрующие
или не пропускающие и не отдающие в природных условиях воду. К ним
относятся тяжелые глины и суглинки, хорошо разложившийся торф,
глинистые
сланцы,
нетрещиноватые
аргиллиты,
магматические
каменная
и
соль,
мергели,
метаморфические
гипс,
породы.
Их
фильтрационная способность не превышает 0,001 м/ сут.
ВОРОНКА ДЕПРЕССИОННАЯ – значительное понижение уровня или
напора подземных вод при откачке воды из скважины или
какой-либо
другой выработки. Наибольшее понижение создается в месте откачки,
по мере удаления оно уменьшается и стремится к нулю.
ВОРОНКА ПОГЛОЩЕНИЯ – куполообразное повышение уровня или
напора подземных вод при наливе или нагнетании воды в выработки.
8
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ РАЙОН – часть геологической структуры,
характеризующаяся общностью условий формирования подземных вод
определенного типа и имеющая самостоятельный баланс подземных
вод.
ГИДРОИЗОГИПСЫ– линии, соединяющие на карте точки с одинаковыми абсолютными отметками поверхности грунтовых вод.
ГИДРОИЗОПЬЕЗЫ– линии на карте, соединяющие точки с одинаковыми напорами подземных вод.
ГИДРОИЗОТЕРМЫ – линии на карте или разрезе, соединяющие точки
с одинаковой температурой воды в рассматриваемом слое.
ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ
УРОВЕНЬ
–
относительно
стабильный
уровень, на котором устанавливаются подземные воды в скважине или
колодце.
ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ - свободные гравитационные воды первого от
поверхности Земли постоянно существующего водоносного горизонта,
заключенные в порах или трещинах горных пород и залегающего на
первом от поверхности выдержанном водоупоре.
ДЕБИТ – объем воды, поступающий из естественного источника или
водозабора в единицу времени при откачке или самоизливе.
ДИНАМИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ – уровень подземных вод в скважине
или в колодце, устанавливающийся во время откачки или при наливе
воды. После прекращения откачки или налива он постоянно изменяется
до положения статического или пьезометрического.
ЗАВОДНЕНИЕ НЕФТЯНОГО ПЛАСТА – закачка в нефтеносный пласт
воды через специальные скважины для увеличения нефтеотдачи пласта
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОД – изменение состава и свойств вод,
прямым или косвенным влиянием
вызванное
производственной деятельности и
бытовыми условиями, в результате чего они становятся непригодными
для одного или нескольких видов водопользования.
9
ЗАПАДНО – СИБИРСКИЙ
АРТЕЗИАНСКИЙ БАССЕЙН – один из
крупнейших подземных водных резервуаров на Земле, развитый в
пределах Западно - Сибирской синеклизы. Здесь выделяют два
гидрогеологических
этажа,
разделенных
глинистым
водоупором
мощностью в 800 м. В верхнем этаже выделены два гидрогеологических
комплекса: первый – олигоцен-четвертичных отложений; второй – туронолигоценовых отложений. Верхний этаж включает преимущественно
пресные
воды, лишь
на
крайнем
юге
в нижней
части турон-
олигоценовых отложений встречаются солоноватые и соленые воды.
Этот этаж является нефтегазоносным. Нижний этаж делится на три
гидрогеологических
комплекса:
третий
–
апт-альб-сеноманских
отложений; четвертый – неокомских отложений; пятый – юрских
отложений. Нижний этаж повсеместно нефтегазоносный. Он вмещает
соленые подземные воды и рассолы.
ЗАПАСЫ
ПОЗЕМНЫХ
ВОД
–
количество
подземных
вод,
содержащихся в водоносном горизонте. Подразделяются на статические
и динамические, естественные и искусственные, забалансовые и
эксплуатационные, разведанные и потенциальные.
ЗАХОРОНЕНИЕ
горизонты
–
ПРОМЫШЛЕННЫХ
способ
изоляции
СТОКОВ
загрязненных
при
в
водоносные
хозяйственной
деятельности человека вод. Самая глубокая поглощающая скважина –
3600м.
Основными
отраслями
промышленности,
удаляющими
промстоки в глубокие горизонты, являются нефтегазовая (20%),
нефтехимическая и химическая (55%), металлургическая (7%). В России
наиболее рациональным решением проблемы утилизации больших
количеств
техногенных
вод
считается
их
использование
для
поддержания пластового давления методом закачки в геологические
объекты. Для проведения глубокого захоронения промстоков создаются
специальные полигоны, на территории которых размещается комплекс
10
поверхностных и подземных сооружений, предназначенных для сбора и
удаления отходов, контроля за их состоянием и миграцией в недрах.
Перспективным для захоронения небольших объемов жидких отходов
при наличии благоприятных геологических условий является способ
глубинного
захоронения
гидравлическим
разрывом
водоупорного
пласта.
ЗАЩИЩЕННОСТЬ
ПРИРОДНАЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД – способность
подземных вод противостоять истощению и загрязнению под действием
техногенной нагрузки. В качестве защищающих факторов выступают:
мощность
и
состав
зоны
аэрации,
наличие
или
отсутствие
многолетнемерзлых пород, болотистость, лесистость и т.п. В пределах
Тюменской области защищенность подземных вод ухудшается с юга на
север. В этом направлении уменьшается глубина залегания подземных
вод, уменьшается мощность зоны аэрации, появляется мерзлота. С
другой стороны - увеличиваются лесистость и болотистость и вместе с
ними очищающая способность среды.
ЗЕРКАЛО
отделяющая
ГРУНТОВЫХ
ВОД
гравитационные
–
поверхность
воды
водоносного
грунтовых
горизонта
вод,
от
капиллярных вод зоны аэрации.
ЗОНА АЭРАЦИИ – верхняя зона земной коры между поверхностью
земли и поверхностью грунтовых вод, где пустоты заняты воздухом,
парами воды, гигроскопической и капиллярной водой. Гравитационная
вода здесь присутствует временно.
ЗОНА НАСЫЩЕНИЯ – часть земной коры, где поры или трещины
горной породы полностью заполнены водой.
ЗОНАЛЬНОСТЬ
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
-
проявление
закономерной дифференциации условий залегания и движения, свойств
и состава подземных вод
плоскости.
Широтная
в горизонтальной или вертикальной
зональность
11
обусловлена
физико-
географическими факторами и проявляется в самых верхних горизонтах
подземных вод. Вертикальная зональность прослеживается в глубоких
горизонтах и определяется совокупностью геологических факторов.
ЗОНАЛЬНОСТЬ ГРУНТОВЫХ ВОД – закономерное увеличение общей
минерализации, химического состава и глубины залегания грунтовых
вод от полюсов к экватору.
ЗОНА ПОДПОРА ПОДЗЕМНЫХ ВОД – зона, в пределах которой
происходит повышение уровня подземных вод под влиянием их подпора
паводковыми водами рек, водохранилищами и т.п.
ИСКУССТВЕННО ВОСПОЛНЯЕМЫЕ ЗАПАСЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД –
перевод части поверхностного стока в подземный для пополнения
запасов подземных вод.
ИСТОЩЕНИЕ ВОД – устойчивое сокращение запасов и ухудшение
качества поверхностных и подземных вод.
КАЧЕСТВО ВОДЫ – характеристика состава и свойств воды,
определяющая пригодность ее для конкретных видов водопользования
КОЛОДЕЦ ПОГЛОЩАЮЩИЙ – вертикальная горная выработка,
служащая для приема поверхностных, грунтовых или промышленных
вод с целью сброса их в водоносный горизонт или коллектор.
КОМПЛЕКСНОЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ВОДНЫХ
РЕСУРСОВ
–
использование водных ресурсов для удовлетворения нужд населения и
различных отраслей хозяйства, при котором находят экономически
оправданное применение все полезные свойства водного объекта.
ЛИМИТЫ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ – предельно допустимые объемы
изъятия водных ресурсов или сброса сточных вод нормативного
качества,
которые
устанавливаются
водопользователю
на
определенный срок.
МЕСТОРОЖДЕНИЕ
горизонта
или
ПОДЗЕМНЫХ
комплекса,
в
ВОД
пределах
12
–
часть
которой
водоносного
под
влиянием
естественных или искусственных факторов создаются благоприятные
условия для отбора подземных вод в количестве, достаточном для
целесообразного их использования в хозяйстве.
МОНИТОРИНГ
государственного
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ
мониторинга
–
ведение
геологической
среды
в
составе
мониторинга
подземных вод, включающего систему наблюдения и контроля за их
изменением.
ОХРАНА
ВОД
–
система
юридических,
организационных,
экономических, технических мер, направленных на предотвращение и
устранение последствий истощения и загрязнения вод.
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ – капельно-жидкие воды, находящиеся в порах и
пустотах горных пород, способные к перемещению и извлечению из них.
ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ – использование практических
методов и материалов, позволяющих избегать загрязнения, уменьшать
его, бороться с ним (очистка, замена материала и т.п.).
ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ – уровень поднятия напорных
подземных вод при вскрытии верхнего водоупора горной выработкой.
РАДИУС ВЛИЯНИЯ – расстояние от водозабора до границы зоны, в
пределах которой произошло понижение уровня подземных вод при
откачке.
РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД – изменение во времени уровня, напора,
направления и скорости течения, химического и газового состава,
температуры и других параметров подземных вод рассматриваемого
водоносного горизонта.
САМООЧИЩЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД – совокупность идущих в
загрязненных водах естественных природных процессов, направленных
на восстановление первоначальных свойств и состава воды.
СТАТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ – естественный, не нарушенный откачкой
или нагнетанием уровень безнапорных подземных вод.
13
ТЕХНОГЕННЫЕ
гидролитосферы,
формируются
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
где
под
влиянием
специфические
характеризующиеся
СИСТЕМЫ
хозяйственной
или
постоянно
участок
деятельности
гидрогеологические
устойчивыми
–
условия,
меняющимися
гидрогеохимическими, гидродинамическими и гидрогеотермическими
параметрами, существенно отличающимися от их фоновых значений.
7.САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ.
Темы рефератов:
1.Подземные воды как полезное ископаемое.
2.Запасы и ресурсы подземных вод.
3.Классификации запасов и ресурсов подземных вод.
4.Естественные запасы и ресурсы подземных вод.
5.Искусственные запасы и ресурсы подземных вод.
6.Привлекаемые запасы и ресурсы подземных вод.
7.Эксплуатационные запасы и ресурсы подземных вод.
8.Последствия истощения ресурсов подземных вод.
9. Мероприятия по охране подземных вод от истощения.
10. Загрязнение подземных вод.
11. Мероприятия по охране подземных вод от загрязнения.
12. Особенности охраны подземных вод от истощения и загрязнения в
криолитозоне.
13. Подземная утилизация сточных вод и отходов.
14. Управление режимом подземной гидросферы.
14
15. Природная защищенность подземных вод.
16. Проблема истощения подземных вод отдельных регионов России.
17.Истощение
ресурсов
подземных
вод
мировая
-
проблема
современности.
18.Новейшие способы защиты подземных вод от загрязнения.
19.Гидрогеологическое моделирование.
20.Проблемы истощения, загрязнения и охраны подземных вод в
горнодобывающих районах.
21.Проблемы
истощения
и
загрязнения
подземных
вод
в
урбанизированных районах.
22.Истощение ресурсов минеральных лечебных вод.
23.Изменение теплового режима подземных вод при захоронении
радиоактивных отходов.
24. Моделирование гидрогеологических процессов.
25.Гидрогеологические
этажи
и
водоносные
комплексы
Западно-
Сибирского артезианского бассейна.
26. Подземный сток рек территории России.
27. Новейшие методы исследований в гидрогеологии.
8. ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ.
1. Предмет, цель, задачи гидрогеологии как науки, история её развития
и практическое значение.
2. Гидрогеологический разрез земной коры, геофизические зоны.
3. Геологический круговорот воды.
4.Теории происхождения подземных вод.
5. Водно-коллекторские свойства горных пород.
6. Виды воды в горных породах.
15
7. Элементы гидрогеологического разреза.
8. Химический состав подземных вод.
9.Факторы,
геохимические
обстановки
и
процессы
формирования
химического состава подземных вод.
10. Зональное строение артезианских бассейнов.
11.Инфильтрация, фильтрация, скорость фильтрации.
12.Гидродинамические элементы фильтрационного потока. Типы потоков
по структуре.
13.Основной
закон
фильтрации,
верхний
и
нижний
пределы
его
применимости.
14.Режим и баланс подземных вод.
15. Подземный сток рек.
16.Теплоперенос с подземными водами.
17.Основные типы подземных вод.
18.Подземные воды питьевого назначения.
19.Подземные воды промышленного назначения.
20.Минеральные лечебные подземные воды.
21.Термальные подземные воды.
22.Классификация запасов и ресурсов подземных вод. Поиск и оценка
подземных вод.
23.Причины истощения ресурсов подземных вод. Охрана подземных вод от
истощения.
24.Классификация источников загрязнения подземных вод.
25.Охрана подземных вод от загрязнения.
26.Методы гидрогеологических исследований.
27.Зональность грунтовых вод.
28.Гидрогеологическое районирование территории России.
29.Расчет параметров подземного стока.
30. Расчленение гидрографа реки методом Б.И. Куделина.
16
31.Построение и анализ карт гидроизогипс.
32. Построение и анализ карт гидроизопьез.
33.Определение расхода подземных вод и построение депрессионной
кривой потока для установившегося движения в однородном пласте.
34. Определение фильтрационного расхода из канала.
35.Определение водопритока к горным выработкам.
36.Определение пригодности подземных вод
для
целей питьевого
водоснабжения.
37.Определение потребности в воде и количества скважин водозабора для
различных хозяйственных объектов.
38. Распределение по территории России минеральных лечебных и
термальных вод.
39.Построение и чтение гидрогеологических разрезов.
9. ЛИТЕРАТУРА
Основная литература:
Белоусова А.П., Гавич И.К., Лисенков А.Б., Попов Е.В. Экологическая
гидрогеология. М.: Академкнига, 2006.
Зверев В.П. Подземные воды земной коры и геологические процессы.
М.: Научный мир, 2006.
Переладова Л.В. Гидрогеология. Тюмень: ТюмГУ, 2008.
9.2. Дополнительная литература:
Гидрогеология. / В.М. Шестаков, М.С. Орлов. М.: МГУ, 1984.
Климентов П.П., Богданов Г.Я. Общая гидрогеология. М.: Недра, 1977.
17
Курило К.А. Оценка естественных ресурсов подземных вод и
последствий
водоотбора
на
окружающую
среду
Беларуси/
Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология,
2005, №5, с.406-410.
Курочкин В.М., Культин и др. О возможности эффективной защиты
подземных вод от поверхностных источников загрязнений посредством
сооружения
в
зоне
барьеров/Геоэкология.
аэрации
восстановительных
Инженерная
геология.
геохимических
Гидрогеология.
Геокриология, 2003, №1, с.55-60.
Лисенков А.Б., Лиманцева О.А.
Многомерные функциональные
модели при анализе изменения химического состава подземных вод/
Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, 2004,
№6, с.546-551
Мальковский В.И., Пэк А.А. Влияние ограничивающих водоупорных
пластов
с
высокими
загрязнителя
в
сорбционными
водоносном
горизонте/
свойствами
на
Геоэкология.
миграцию
Инженерная
геология. Гидрогеология. Геокриология, 2005, №3,с.227-233.
Михайлов Л.Е. Гидрогеология. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
Окуньков Г.А., Рыбальченко А.И., Куваев А.А. Тепловой режим
геологической среды при захоронении жидких радиоактивных отходов/
Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, 2003,
№3, с.237-244.
Путилина В.С. Миграция загрязняющих органических соединений в
подземные воды/ Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология.
Геокриология, 2003, №4, с.309-317.
Фрид
Ж.
Загрязнение
подземных
вод:
теория,
моделирование и практические приемы. М.: Недра, 1981.
18
методика,
9.3.Интернет-ресурсы
http:// hydra.flexum.ru/
http://geo.web.ru/
http://geol.msu.ru/
19