Определение скорости движения подземных вод

Направление потока, а также скорость движения подземных вод в пласте можно определить несколькими способами. Большей частью их определяют с помощью индикаторов.

Один из способов основан на введении в воду поваренной соли. На некотором расстоянии от опытного шурфа или скважины закла­дывают наблюдательные скважины. Если направление потока не­известно, то их закладывают по окружности, с промежутками в 1—1,5 м (в крупнозернистых песках) или 0,5—1 м (в мелко- и сред-незернистых). Если направление подземного потока известно, на­блюдательные скважины бурят по направлению потока ниже колод­ца или скважины, располагая их на таких же расстояниях. Перед началом опыта определяют содержание хлоридов в воде из опытной и наблюдательных скважин. После этого в опытную скважину вво­дят раствор поваренной соли, в котором концентрация хлора в 2000 раз больше, чем в подземной воде. Отмечают время введения раст­вора в опытную выработку и через каждые 10 мин берут пробы воды из наблюдательных скважин. При помощи азотнокислого серебра определяют содержание в них поваренной соли. В результате реак­ции между хлоридами и азотнокислым серебром выпадает хорошо заметный темно-серый осадок хлористого серебра. Скважина, в ко­торой раствор поваренной соли появится раньше, чем в других, и будет находиться по направлению движения потока подземной воды.

Установив направление потока, определяют действительную ско­рость движения подземной воды по формуле

и = —, (VIII-13)

где / — расстояние от опытной скважины до наблюдательной (рас-250

положенной по напраЁлению потока) в м; Т—время от момента пуска раствора соли в опытную скважину до ее появления в наблю­дательной.

Для определения и строят график зависимости содержания хло­ридов в подземной воде от времени, прошедшего с начала опыта. Для этого на оси ординат откладывают содержание хлора в воде наблюдательной скважины в миллиграммах на литр, а по оси абсцисс — время наблюдений в минутах или часах (рис. 123). Т принимают равным величине абсциссы, находящейся против точки перегиба кривой А. В некоторых руководствах рекомендуется за Т принимать абсциссу, равную расстоянию до точки максимума В.

Рис. 123. Распространение хлора при

определении действительной скорости

движения подземных вод

Определение скорости подземного потока с помощью поваренной соли неприменимо в сильно за­соленных грунтах при содержа­нии хлора свыше 500—600 мг/л и резких неровностях водоупо-ра. В последнем случае рас­твор поваренной соли, имею­щей большую плотность, чем грунтовая вода, будет скапли­ваться в понижениях водоупо-ра или замедлять свое движе­ние. При таких обстоятельст­вах вместо поваренной соли используют органические кра­сители, присутствие которых в воде можно обнаружить при концентрациях от 0,1%до Ы0~⁶%.

В подземных водах с щелочной -реакцией или с большим содер­жанием органических соединений наиболее устойчив флюоресцеин, имеющий в слабых концентрациях своеобразный зеленовато-желтый цвет. Чтобы краситель лучше растворился, к нему прибавляют не­большое количество едкого натрия или аммиака. Для разных пород рекомендуется вводить определенное количество флюоресцеина:

Порода Флюоресцеин,

г/ж³

Песчаная 0,5

Супеси 1,0

Глинистая 1,5

Трещиноватая 1,2

Закарстованная 0,6

В подземные воды с кислой реакцией вместо флюоресцеина ре­комендуется в тех же дозах вводить метиленовый синий, анилино­вый синий или понсо-красный 2 красители.

Для определения количества красящего вещества в воде наблю­дательной скважины пользуются флюороскопом — набором стеклян­ных трубок из белого стекла, закрытых снизу пробками. Трубки заполняют растворами флюоресцеина разной концентрации (от 0,001 доО,00000001 г/л) с таким расчетом,чтобы раствор наименьшей

251

концентрации мало отличался по окраске от чистой воды. Через определенное время из наблюдательной скважины берут пробы во­ды и, сравнивая их с эталонами флюороскопа, определяют концен­трацию красящего вещества. Затем так же, как и при опытах с по­варенной солью, строят кривую изменения концентрации красящего вещества в воде наблюдательной скважины и определяют скорость движения подземных вод. За величину Т берут абсциссу точки пе­региба кривой.

Скорость движения подземных вод определяется также электро­литическим способом. В опытную скважину или колодец вводят ка­кой-либо электролит (лучше всего раствор хлористого аммония), а затем следят за его появлением в наблюдательных скважинах по изменению в них электропроводности воды. Для этой цели пользу­ются прибором, состоящим из источника тока, проводов и милли­амперметра (М). По данным измерений строят кривую изменения электропроводности воды в наблюдательной скважине, откладывая по оси ординат сопротивление в миллиомах, а по оси абсцисс время наблюдений. Затем вычисляют скорость движения подземной воды так же, как при опытах с растворами поваренной соли или флюорес-цеина.

Новейшие достижения физики и химии позволяют уже сейчас широко использовать при гидрогеологических исследованиях мече­ные атомы — изотопные индикаторы. В качестве изотопных индика­торов могут быть использованы как природные, так и искусствен­но получаемые стабильные и радиоактивные изотопы почти всех встречающихся элементов. Высокая чувствительность и простота ра­диоактивных измерений позволяют фиксировать минимальное ко­личество изотопов в подземной воде.

Меченые атомы могут быть использованы и при решении других вопросов гидрогеологии: для обнаружения водоносных горизонтов в скважинах, обсаженных трубами или пройденных с глинистой промывкой; для определения скорости передвижения солей в верх­них зонах водоносных пластов при их засолении и величины испа­рения с поверхности воды.

Скорости подземных вод в слабо трещиноватых породах извест-ковистых формаций США достигают 1,5 м/сут, песчаниках Каризо в Техасе — 0,04 м/сут, в сильно трещиноватых породах-верхнего мела Марокко — 50—60 м/сут и более. Естественные скорости дви­жения подземных вод, определенные электролитическим способом в песчаных, среднезернистых песчаных породах в одном из западных районов СССР, не превышали 2,5 м/сут. Скорость подземных вод, определенная тем же методом и в тех же отложениях при откачке, составляла около 9,6 «м/сут. Скорости движения подземяых вод, оп­ределенные с помощью изотопов в гравелистых грунтах в одном из районов Венгрии, были около 60 м/сут.