35. Общие сведения о инженерной гидрогеологии

ИНЖЕНЕРНАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЯсоставная часть гидрогеологии — науки о подземных водах. В инженерной гидрогеологии подземные воды рассматриваются в связи со строительством и эксплуатацией различных инженерных сооружений и хозяйственной деятельностью человека.Основная задача инженерной гидрогеологии — изучение современного состояния подземных вод и прогноз тех изменений в них, к-рые могут произойти под влиянием стр-ва и эксплуатации сооружений и хозяйственной деятельности человека. Подземные воды в одних случаях рассматриваются с точки зрения их использования для водоснабжения, орошения и обводнения территорий, в других случаях — являются отрицательным фактором, усложняющим и удорожающим строительство. К отрицательным явлениям, обусловливаемым наличием подземных вод, относятся, напр., подтопление и заболачивание ценных земель на береговых участках водохранилищ и каналов, на площадках пром. и гражданского стр-ва, приток подземных вод и обводнение строит, котлованов, шахт, карьеров и т. д.В инженерной гидрогеологии разрешаются след. осн. задачи. В водоснабжении — оценка эксплуатац. запасов (ресурсов) подземных вод, выбор типа и схемы водозаборных сооружений, расчет их производительности и понижения уровня на проектируемый период эксплуатации. В гидротехническом стр-ве — оценка условий фильтрации в нижний бьеф через основание и в обход сооружений, оценка устойчивости дна и берегов в связи с фильтрацией, прогноз подпора подземных вод и фильтрации в берегах водохранилищ и каналов на участках, удаленных от сооружений, освещение условий сооружения защитных дренажей и их расчет, оценка возможного притока подземных вод в строит, котлованы и расчет ограждающих водопонизительных устройств (скважин, иглофильтров). В горных работах (шахтная и открытая карьерная разработка полезных ископаемых) — оценка возможного притока подземных вод и расчет водопо- низительных устройств (скважин, шахт, штолен и т. д.), характеристика условий устойчивости горных пород в связи с воздействием подземных вод. В пром. и гражданском стр-ве — определение притока подземных вод в строит, котлованы, прогноз подъема уровня подземных вод и изучение возможности подтопления территорий, характеристика условий стр-ва дренажных сооружений и их расчет. В осушении — оценка условий осушения, гидрогеология, обоснование системы дренажей и их расчет (прогноз уровня подземных вод и расхода дренажей). Геологическая и гидрогеологическая съемка — для изучения общего геологич. строения осваиваемой территории, типов и условий залегания подземных вод, их качества ит. д. Разведочные работы — бурение и проходка шурфов, штолен. С помощью разведочных работ детально характеризуются условия залегания лодземных вод, строение и состав водовмещающих и контактирующих с ними пластов горных пород на участке проектируемых сооружений, а также на прилегающих территориях; в процессе разведки отбираются пробы подземных вод и пород для более подробного лабораторного их изучения. Полевые опытно- фильтрационные работы — опытные откачки из скважин, нагнетания и налив воды в скважины и шурфы и опыты по определению естественных скоростей течения подземных вод. По результатам опытно-фильтрационных работ определяется водопроницаемость пород, характеризуемая коэфф. фильтрации и проводимостью, т. е. произведением коэфф. фильтрации на мощность пласта, а также способность пластов отдавать воду или насыщаться водой, выражаемая коэфф. водоотдачи и недостатка насыщения и коэфф. пьезопроводности (в водоносных пластах со свободной поверхностью — коэфф. уровнепроводности).

36.Происхождение подземных вод.

Подземные воды образуются разными способами.Просачивание, или инфильтрация, атмосферных осадков и поверхностных вод. Вода проникает в горные породы, доходит до водоупорного слоя и накапливается там. Просачивание воды в одних областях идет энергично, в других медленно. В одних областях вода просачивается очень глубоко, в других не проходит глубже почвенного слоя или первого водоупорного горизонта. Просачивание воды в землю облегчается процессами выветривания.Количество воды, просачивающейся в недра, зависит от количества атмосферных осадков, от того, как и когда эти осадки выпадают — равномерно или ливнями, летом или зимой, а также от уровня воды в реках и озерах. На степень инфильтрации влияет рельеф местности, состав покрывающих пород и степень обнаженности коренных пород, их литологический состав, структура и текстура, а также и тектоническое строение района. Часто на интенсивность инфильтрации влияет растительный покров и деятельность человека. В большинстве районов инфильтрационный способ образования подземной воды является самым распространенным.Конденсация водяных паров в почве. Как показал А. Ф. Лебедев, упругость водяных паров в теплое время года в атмосфере больше, чем в почве и в горных породах. Поэтому пары воды непрерывно поступают из атмосферы в почву и опускаются до слоя постоянной температуры, т. е. примерно до глубины 20 м (в среднем). Там движение паров прекращается, так как глубже температура повышается и упругость пара увеличивается. Это вызывает движение водяных паров снизу вверх — к слою постоянной температуры, в котором, следовательно, сталкиваются два потока водяных паров. Пары обоих потоков конденсируются, образуя подземную воду. Подземная вода конденсационным путем образуется только летом и отчасти весной и осенью, а зимой совсем не образуется. А. Ф. Лебедев подсчитал, что в районе Одессы конденсационным путем образуется примерно 15—20% воды от общего количества выпадающих там осадков. В пустынях, полупустынях и сухих степях «подземная роса» (вода конденсационного происхождения) в знойное время является единственной влагой для растительности. Значительное количество подземной воды за счет конденсации образуется в горных районах Сибири. Не имея большого значения в общем балансе подземной воды, конденсационная вода вследствие легкой подвижности играет существенную роль в геологических процессах.Конденсационная и инфильтрационная воды называются метеорными или вадозными (от лат. vadere — идти, двигаться), так как они образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте.Накопление воды в осадках на дне морей и озер. В ходе геологического развития водоемы исчезают, а вода, заполняющая поры в донных осадках, сохраняется в течение очень длительного времени, постепенно изменяясь под влиянием притока метеорных вод. Предполагается, что образование подземных вод связано также с магматическими процессами, хотя выделение водяных паров из магмы подтверждается лишь косвенно образованием облаков и ливней при извержениях вулканов, однако вода могла захватываться магмой при движении от очагов к поверхности. Вопрос о существовании этих вод, называемых ювенильными (от лат. Juvenal’s — девственный), остается дискуссионным. В природных условиях воды, образованные различными способами, обычно смешиваются.

37. Физические и химические свойства.

При оценке свойств подземных вод исследуют вкус, запах, цвет, прозрачность температуру, и другие физические свойства подземной воды, которые характеризуют так называемые органолептические свойства воды (определяемые при помощи органов чувств).Температура подземных вод колеблется в широких пределах в зависимости от глубины залегания водоносных слоев, особенностей геологического строения, климатических условий и т.д. Различают воды холодные, теплые (субтермальные), термальные, перегретые. На участках водозаборов чаще всего температура воды 7…11°С. Химически чистая вода бесцветная. Прозрачность зависит от цвета и наличии мути. Вкус связан с составом растворённых веществ: соленый – от хлористого натрия, горький – от сульфата магния и т.д.Запах зависит от наличия газов биохимического происхождения.Химический состав определяется содержанием растворённых соединений газов, солей и органических соединений.Растворенные в воде газы придают ей определенный вкус и свойства. Количество и тип газов обуславливает степень пригодности воды для питьевых и технических целей. Подземные воды у поверхности земли нередко бывают загрязнены органическими примесями.

38. факторы, влияющие на режим грунтовых вод. Режим грунтовых вод. Зеркало грунтовых вод, количество и качество их изменяются во времени. Это тесно связано с меняющимся количеством инфильтрующихся атмосферных осадков. В многоводные годы при большом количестве атмосферных осадков (включая и снеговой покров) уровень грунтовых вод повышается, а в маловодные годы понижается. При таких колебаниях некоторые слои пород то заполняются водой, то осушаются. В результате периодически появляется зона переменного насыщения, находящаяся над зоной постоянного насыщения (см. рис. 7.4). Вместе с колебанием уровня грунтовых вод изменяется дебит (франц. "дебит" - расход) источников, а иногда и химический состав. В режиме грунтовых вод определенное значение имеет также их взаимодействие с поверхностными водотоками и другими водоемами. Направленность процессов взаимодействия во всех случаях определяется соотношением уровней подземных и поверхностных вод, что связано с рядом факторов, среди которых важнейшее значение имеют климатические условия. В районах с влажным и умеренным климатом реки, как правило, дренируют подземные воды, уровень которых имеет наклон к реке, но во время половодья и паводков происходит отток воды из реки и повышение уровня грунтовых вод . В этом случае реки выступают в качестве временного дополнительного источника питания подземных вод, в результате происходит сокращение или полное прекращение разгрузки грунтовых вод в бортах долины реки. После спада паводка уровень грунтовых вод, стремясь к равновесию, постепенно снижается и приобретает свой обычный уклон к реке. В районах с аридным климатом, где количество атмосферных осадков очень мало, уровень грунтовых вод нередко понижается от реки. В этих условиях происходит инфильтрация воды из рек, пополняющая подземные воды. Такая инфильтрация имеет место из рек Амударьи и Сырдарьи при пересечении ими степных районов. В аридных областях могут формироваться линзы пресных вод под такырами и вблизи каналов.При изучении режима грунтовых вод важно знать: 1) высотное положение их уровня и уменьшение его во времени и по площади; 2) дебит источников; 3) количество выпадающих атмосферных осадков; 4) изменение уровня воды в поверхностных водоемах и реках, с которыми связаны грунтовые воды. Изучение этих вопросов и систематические замеры уровня грунтовой воды в колодцах и специальных буровых скважинах производятся на многочисленных режимных гидрогеологических станциях. По результатам этих замеров, соответствующих определенному времени, строятся карты гидроизогипс (греч. "изос" - равный, "гипсос" - высота), на которых отражаются линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками уровня грунтовых вод. По карте гидроизогипс можно определить направление грунтового потока, глубину и характер залегания уровня грунтовых вод и зависимость его уклона от водопроницаемости отложений и мощности водоносного горизонта. Как видно из данных рис. 7.6, А, при пересечении хорошо водопроницаемых галечников уровень грунтовых вод выполаживается, что отражено и на карте гидроизогипс (Б). Изучение режима грунтовых вод имеет большое значение при решении ряда важнейших народнохозяйственных задач. К ним относятся питьевое и промышленное водоснабжение, мелиорация земель, строительство гидростанций и других крупных промышленных сооружений. Во всех случаях необходим точный прогноз возможных изменений режима грунтовых вод во времени и по площади. Межпластовые ненапорные воды. Эти безнапорные воды располагаются в водопроницаемых породах, которые сверху и снизу ограничены водонепроницаемыми пластами. Обычно они встречаются на приподнятых междуречных массивах в условиях расчлененного рельефа (местной гидрографической сети) и выходят в виде нисходящих источников в береговых склонах оврагов, рек и других поверхностных водоемов.

39. режим подземных вод.

Многие качественные и количественные показатели параметров подземных вод (уровня, напора, расходов, химического и газового составов, температуры и др.) подвергаются кратковременным, многолетним и вековым изменениям, которые определяют режим подземных вод. Последний отражает процесс формирования подземных вод во времени и на различных территориях под влиянием естественных (климатических, гидрологических, геологических, гидрогеологических) и техногенных факторов. Наибольшие колебания показателей режима происходят при неглубоком залегании подземных вод. Закономерности распространения подземных вод зависят от многих геологических и физико-географических особенностей территории. В пределах платформ и краевых прогибов развиты артезианские бассейны и склоны (на территории CCCP, например, Западносибирский артезианский бассейн, Московский артезианский бассейн, Прибалтийский артезианский бассейн). На платформах в районах поднятий докембрийского кристаллического фундамента (Украинский щит, Анабарский массив и др.) и в горноскладчатых областях развиты подземные воды трещинного типа. Своеобразные гидрогеологические условия, определяющие характер циркуляции и состав подземных вод, создаются в областях развития многолетнемёрзлых горных пород, где формируются надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные воды. Подземные воды являются полезным ископаемым, запасы которого в отличие от других видов полезных ископаемых возобновимы в процессе эксплуатации. Площади водоносных горизонтов и их комплексов, в пределах которых имеются условия для отбора подземных вод определённого состава, отвечающего установленным кондициям, в количестве, достаточном для экономически целесообразного их использования, называется месторождениями подземных вод. По характеру использования подземные воды в CCCP подразделяются на 4 вида: питьевые и технические, применяемые для хозяйственно-питьевого и производственно-технического водоснабжения, орошения земель и обводнения пастбищ; лечебные минеральные воды, используемые в бальнеологических целях и в качестве столовых напитков; теплоэнергетические (включая пароводяные смеси) — для теплоснабжения промышленных, сельскохозяйственных и гражданских объектов, а в отдельных случаях — и для выработки электроэнергии (см. Геотермальные ресурсы); промышленные воды — для извлечения из них ценных компонентов. В ряде случаев подземные воды одновременно являются минеральными и теплоэнергетическими, промышленными и теплоэнергетическими, в связи с чем они рассматриваются как комплексное полезное ископаемое. Месторождения пресных и солоноватых вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения и орошения, подразделяются на основные типы: месторождения речных долин, артезианских бассейнов, конусов выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин, ограниченных по площади структур или массивов трещинных и трещинно-карстовых пород, тектонических нарушений, песчаных массивов пустынь и полупустынь, надморенных и межморенных водоледниковых отложений, областей развития многолетнемёрзлых пород. При оценке возможности использования подземных вод производится подсчёт эксплуатационных запасов подземных вод. Эти данные используются при разработке схем развития народного хозяйства, составлении годовых, пятилетних и долгосрочных государственных планов экономического и социального развития CCCP, планировании геологоразведочных работ, а по месторождениям — для проектирования водозаборных сооружений и предприятий, добывающих и использующих подземные воды. Различают также прогнозные ресурсы подземных вод, наличие которых предполагается на основе общих гидрогеологических представлений, теоретических предпосылок, результатов геологического и гидрогеологического картирования, геофизических, гидрохимических, гидрологических и воднобалансовых исследований. Они оцениваются в границах артезианских бассейнов, гидрогеологических массивов и районов и отражают их потенциальные эксплуатационные возможности.