Гидрогеологическое опробование и изучение водоносных горизонтов

Содержание

 

Введение

Темой данного реферата являются гидрогеологическое опробование и изучение водоносных горизонтов.

Под гидрогеологическим опробованием понимают совокупность полевых и лабораторных исследований водоносных горизонтов, зон или водоносных комплексов с целью определения фильтрационных свойств пород химического и газового состава подземных вод.

Полевые работы заключаются в проведении опытных откачек (нагнетаний) из скважин, шурфов или других горных выработок для определения коэффициента фильтрации пород, зависимости дебита от понижения уровня воды, области развития воронки депрессии, коэффициента пьезопроводности и уровнепроводности. Различают опытные откачки из одиночных скважин и из куста скважин, когда кроме центральной скважины, из которой производится откачка, создаётся сеть наблюдательных скважин (в них замеряют уровень подземных вод). Для определения фильтрационных свойств песчаных пород иногда используют лабораторные методы исследования отобранных проб (например, с помощью трубки Г. Н. Каменского) или теоретические расчёты, исходя из данных лабораторного гранулометрического анализа и пористости пород. Гидрологическое опробование проводят также для исследования слабопроницаемых пород (отжатие поровых растворов и их анализ, установка датчиков порового давления, определение перетока воды через слабопроницаемые слои).

 

1. Водоносные горизонты

Под водоносным горизонтом понимают однородные или близкие по фациально-литологическому составу и гидрогеологическим свойствам пласты водопроницаемых горных пород, пустоты (поры, трещины) которых заполнены гравитационными водами.

По условиям залегания различают водоносные горизонты: в районах многолетней мерзлоты – надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные; в нефтегазоносных районах – контурные, верхние, нижние и промежуточные; в районах рудных и угольных месторождений – надрудные (надугольные), подрудные (подугольные); в соляных месторождениях – надсолевые, межсолевые, подсолевые, околосолевые.

По гидравлическим условиям выделяют водоносные горизонты напорные (между водоупорными толщами) и безнапорные (или грунтовые); по внутреннему строению – однослойные, двухслойные и многослойные; по типу водоупорного ложа – наклонные, горизонтальные и смешанные.

Водоносный горизонт в горном деле значительно осложняет проведение подготовительных выработок и добычных работ. Для устранения отрицательного воздействия водоносного горизонта производится управление его режимом и ресурсами методами водопонижения, тампонирования, замораживания, электроосушения и др. Для изоляции водоносного горизонта перспективным является также использование барража.

Опробование водоносного горизонта (комплекса пород, пласта) – гидрогеологические исследования, заключающиеся в выяснении условий залегания водоносной породы, ее водообильности и качества содержащейся в ней подземной воды.

Условия залегания водоносной породы выясняют путем гидрогеологической съемки и разведочного бурения, водообильность – путем учета и изучения дебита источников и опытными откачками из горных выработок (скважин, шурфов), связанных с данной водоносной породой, качество воды – путем отбора проб и последующего определения химического и газового состава, физических и других свойств воды. Летучие и неустойчивые компоненты определяют на месте в походных лабораториях.

 

2. Гидрогеологические исследования

2.1.в районах развития склоновых  процессов

Гидрогеологические исследования в составе инженерно-геологических изысканий выполняются с целью:

• оценки величин сезонных колебаний уровней подземных вод и гидродинамического давления по всем водоносным горизонтам, оказывающим воздействие на устойчивость рассматриваемого склона;
• выявления и установления характера взаимосвязей между режимом подземных вод и оползневыми процессами;
• установления источников питания подземных вод, в том числе техногенного происхождения (утечки производственно-хозяйственных вод, поливы и т.п.);
• выявления водоносных горизонтов, играющих определяющую роль в оползневом процессе;
• установления взаимосвязи между водоносными горизонтами и поверхностными водами;
• определения положения уровней подземных вод в различное время года для расчетов гидростатического и гидродинамического давления воды и их колебаний.

При наличии или возможности развития вязкопластичных оползней необходимо дополнительно получать данные для оценки баланса подземных вод на оползневом склоне.

При наличии или возможности проявления оползней гидродинамического разрушения необходимо дополнительно получать данные для прогноза проявления суффозии за счет деятельности подземных вод в зоне выклинивания водоносных горизонтов на склоне.

Опытно-фильтрационные работы следует выполнять для определения гидрогеологических параметров и характеристик грунтов при необходимости проектирования дренажных сооружений для осушения тела оползня или склона в целом.

Лабораторные исследования проб подземных вод, отобранных для выявления источников обводнения оползней, следует осуществлять по стандартному комплексу с выполнением при необходимости дополнительных анализов.[1, ч.2, с. 9–10]

2.2 в районах развития карста

При гидрогеологических исследованиях следует устанавливать:

• распространение и условия залегания водоносных горизонтов в покрывающих, карстующихся и подстилающих отложениях, условия их питания, транзита и разгрузки, гидродинамическую и гидрохимическую зональность;
• взаимосвязь между водоносными горизонтами и поверхностными водами;
• влияние техногенных факторов на изменение гидрогеологических условий;
• режим подземных вод;
• химический состав и растворяющую способность поверхностных и подземных вод по отношению к карстующимся породам, температуру подземных вод;
• фильтрационные свойства карстующихся и покрывающих пород, в том числе в зонах повышенной проницаемости, с определением гидрогеологических параметров (коэффициентов фильтрации, водопроводимости, уровнепроводности, водоотдачи, удельного водопоглощения, избыточных напоров и градиентов вертикальной фильтрации), а также направления и скорости движения подземных вод.

Прогноз изменения гидрогеологических условий в процессе строительства и эксплуатации проектируемого объекта следует выполнять в соответствии с техническим заданием при обосновании в программе изысканий.

Для решения этих задач следует выполнять полевые опытно-фильтрационные работы:

• откачки – пробные, экспресс-откачки, опытные одиночные и кустовые с несколькими лучами наблюдательных скважин, групповые и поинтервальные;
• нагнетания воды и воздуха в скважины;
• наливы воды в шурфы, а также индикаторные методы (химический, электрохимический, колориметрический, радиоиндикационный).

Для изучения гидрогеологической неоднородности карстового массива и покрывающих пород и для выбора мест проведения опытных откачек используются экспресс-откачки и наливы, а также пробные откачки, наливы, нагнетания.

Опытные откачки из одиночных скважин рекомендуется выполнять для получения характеристик водопроницаемости зон с различной степенью закарстованности.

Опытные кустовые откачки следует проводить с целью определения наиболее достоверных значений коэффициентов фильтрации, уровнепроводности (пьезопроводности) и водоотдачи, а также для изучения связи между водоносными горизонтами и связи подземных вод с поверхностными.

При кустовых откачках в карстующихся породах следует, как правило, предусматривать не менее двух лучей наблюдательных скважин с целью изучения фильтрационной анизотропии.

В тех случаях, когда для создания требующегося понижения уровня воды одной центральной скважины окажется недостаточно, следует проводить групповую откачку (из двух и более скважин).

Не рекомендуется проводить длительные откачки и наливы вблизи зданий и сооружений во избежание возможности неблагоприятного воздействия на их устойчивость.

При производстве откачек следует отбирать пробы воды на химический анализ в соответствии с п. 5.11 СП 11-105-97 (часть I).

При определении видов и объемов опытно-фильтрационных работ и других гидрогеологических исследований, выборе мест их проведения, определении методики выполнения и обработки результатов, следует учитывать значительную неравномерность водопроницаемости закарстованных массивов в плане и по вертикали, наличие зон с различной степенью и характером закарстованности и различным режимом подземных вод (наличие практически водонепроницаемых зон и изолированных водотоков).

Для изучения путей и скоростей движения карстовых вод при гидрогеологических исследованиях используются также геофизические полевые методы, а при необходимости проводится физическое и математическое моделирование.[1, ч.2, с.29]

2.3 при изыскании источников  водоснабжения

В состав гидрогеологических исследований при изысканиях источников водоснабжения входят следующие виды работ:

• сбор, обработка, анализ и обобщение материалов о гидрогеологических условиях района и эксплуатации водозаборов подземных вод;
• сбор, дешифрирование аэро- и космоматериалов;
• рекогносцировочное гидрогеологическое обследование территории, включая обследование действующих водозаборов;
• проходка горных выработок (преимущественно скважин);
• геофизические исследования;

полевые опытно-фильтрационные работы;

• лабораторные исследования состава и санитарного состояния подземных вод, а также состава водовмещающих пород;
• стационарные наблюдения;
• обследование территории (участка) для обоснования зоны санитарной охраны водозаборов;
• камеральная обработка материалов и составление технического отчета (заключения).

В частности, полевые опытно-фильтрационные работы следует выполнять с целью определения гидрогеологических параметров, оценки граничных условий водоносных горизонтов, возможной производительности водозаборных сооружений, изучения качества подземных вод, получения данных для оценки ресурсов подземных вод.

Основным видом опытно-фильтрационных работ при производстве изысканий источников водоснабжения являются, как правило, опытные одиночные откачки (выпуски).

Опытно-фильтрационные работы должны производиться во всех разведочно-эксплуатационных и, как правило, в разведочных скважинах. При необходимости определения дополнительных данных для гидродинамического расчета водозабора, допускается проведение опытной кустовой откачки при соответствующем обосновании в предписании (программе) на изыскания или проекте разведочно-эксплуатационной скважины на воду.

Методика опытно-фильтрационных работ, оборудование и подготовка скважин к испытаниям должны соответствовать требованиям СНиП 2.04.02-84, СНиП 3.05.04-85 и ГОСТ 23278-78.

При производстве опытных откачек следует обеспечивать предусмотренные программой (предписанием) изысканий их продолжительность, непрерывность, постоянство дебита (или постоянство понижения уровня), количество ступеней понижения уровня, отбор проб воды, необходимые точность и частоту измерений в процессе проведения откачки и наблюдения за восстановлением уровня воды в скважине.[2]

 

 

 

 

 

Рис.1 Погружной водоструйный насос ПВН-108:

1 - бурильная  труба; 2 - переходник; 3 - муфта соединительная; 4 - нагнетательная трубка; 5 - диффузор; 6 - пьезометрическая труба; 7 - прижимной фланец; 8 - гидравлический пакер; 9 - фланец крепления резинового элемента; 10 - камера смешения; 11 - насадка; 12 – корпус

 

Заключение

Таким образом, гидрогеологическое опробование водоносных горизонтов включает в себя полевые и лабораторные исследования.

Если полевые исследования включают в себя опытные откачки, то качество подземных вод устанавливается лабораторным исследованием путём отбора проб воды и последующего определения химического состава, физических и других свойств.

Пробы воды отбираются из наблюдательных (в том числе поисковых и разведочных) скважин и шурфов специальными пробоотборниками с точно зафиксированных глубин, а затем переливаются в специальную посуду или берутся непосредственно из струи воды родников и зумпфов при опытных откачках, в шахтах – при водоотливе, из самоизливающихся скважин, из откачиваемых (при опытных работах) или эксплуатационных скважин.

Летучие и неустойчивые компоненты определяются на месте в походных лабораториях.

Данные гидрогеологического опробования служат исходными расчётными параметрами при проектировании системы водозащиты горных выработок.

 

Список использованной литературы

1. Инженерно-геологические изыскания для строительства СП 11-105-97. ГК РФ по строительству и жилищно-коммунальному комплексу (Госстрой России). М., 1 июля 2000.
2. СП 11-108-98. Изыскания источников водоснабжения на базе подземных вод. 01.01.1999.
3. Руководство по определению коэффициента фильтрации водоносных пород методом опытной откачки. П-717-80. Гидропроект. М.: Энергоиздат, 1981.
4. Абрамов К., Биндеман Н.Н., Семенов М.П. Водозаборы подземных вод. Гидрогеологические изыскания и проектирование. М.: Гос. Изд-во строительной литературы, 1947. – 230 с.