Практикум. Гидрогеология

Министерство образования Российской Федерации Уральская государственная горно-геологическая академия

Л. П. Парфенова, И. А. Долинина

ОБЩАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЯ

Учебно-методическое пособие по лабораторным занятиям по дисциплине «Общая гидрогеология» для студентов специальности 080300 «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания (ГИГ)»

Екатеринбург

2004

Содержание

Введение_____________________________________________________________________ 3

1.Основы гидрогеологической стратификации _____________________________ 4

2.Изучение режима подземных вод ________________________________________ 11

3.Водные свойства горных пород __________________________________________ 14

3.1. Определение влагоемкости, капиллярных свойств и водоотдачи

песчаных пород __________________________________________________________ 14

3.1.1.Определение максимальной молекулярной и капиллярной влагоемкости песков методом высоких колонн __________________________ 16

3.1.2.Определение полной влагоемкости песков _________________________ 18

3.1.3.Определение капиллярных свойств пород__________________________ 18

3.2.Определение коэффициента фильтрации глинистых и песчаных

горных пород ____________________________________________________________ 19

3.2.1.Водопроницаемость горных пород_________________________________ 19

3.2.2.Определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов ________ 21

3.2.3.Определение коэффициента фильтрации глинистых пород _________ 24

4.Химический состав подземных вод ______________________________________ 28

4.1.Обработка результатов химического анализа подземных вод_______ 29

4.2.Графическое изображение результатов химических анализов ______ 32

4.3.Оценка качества питьевых вод ______________________________________ 37

4.4.Определение агрессивности природных вод_________________________ 41

4.5.Обобщенные показатели качества подземных вод __________________ 46

4.5.1.Цветность _________________________________________________________ 46

4.5.2.Прозрачность _____________________________________________________ 47

4.5.3.Плотность_________________________________________________________ 48

4.5.4.Водородный показатель ___________________________________________ 50

4.5.5.Окислительно-восстановительный потенциал______________________ 54

5.Построение и анализ карт гидроизогипс ________________________________ 59

6.Построение и анализ карт гидроизопьез_________________________________ 65

7.Построение и анализ гидрогеологических разрезов ______________________ 68

Список литературы________________________________________________________ 77

2

Введение

Вкурсе «Общая гидрогеология» (СД.04), в соответствии с Госстандартом (650100 «Прикладная геология» для специальности 080300 «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания) предусмотрено 150 часов учебной нагрузки, из них 34 часа практических и лабораторных работ. Для методического обеспечения этой части курса составлено данное Методическое руководство. В его состав включено 7 тем.

Втеме №1 изложены основы гидрогеологической стратификации с учетом требований к построению гидрогеологических карт и разрезов.

Тема №2 посвящена характеристике режима подземных вод и режимообразующих факторов, а также варианты использования данных режимных наблюдений для решения практических задач.

Тема №3 включает в себя описание лабораторных методов определения основных водных свойств горных пород: полная, максимальная молекулярная и капиллярная влагоемкости, максимальная высота капиллярного поднятия, гравитационная водоотдача, коэффициент фильтрации.

Тема №4 посвящена обработке результатов химического состава

подземных вод различными способами и дальнейшей оценке пригодности вод для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения и строительства.

Темы № 5, 6, 7 ставят своей задачей объяснить студентам основные приемы построения специальных гидрогеологических карт – гидроизогипс и гидроизопъез, а также гидрогеологических разрезов к ним. Для анализа построенных карт предложен перечень вопросов, отвечая на которые студенты могут закрепить полученные практические навыки и сопоставить их с теоретическими знаниями, полученными на лекциях.

3

1. Основы гидрогеологической стратификации

Гидрогеологическая стратификация – это расчленение геологического разреза на элементы, существенно отличающиеся в гидрогеологическом отношении.

По Г. Н. Каменскому «гидрогеологический элемент – это некоторый объем геологической среды, выделенный на основе гидрогеологических признаков и не подвергающийся дельнейшему членению».

Главный принцип гидрогеологической стратификации основан на учете стратиграфических и гидрогеологических признаков системы «вода-порода».

При этом основное расчленение геологического разреза выполняется с учетом геолого-структурных особенностей территории, а литолого-фациальный анализ рассматривается как база для определения исходных гидрогеологических свойств. По этим признакам в разрезе выделяют водонасыщенные и неводонасыщенные, водопроницаемые и водонепроницаемые слои и пласты и пр.

Гидрогеологический слой (тело) – это одновозрастные породы,

характеризующиеся выдержанностью по мощности и распространению, и

обладающие относительно одинаковыми фильтрационными и емкостными свойствами. Выделяют следующие типы слоев: водоносный, водоупорный,

относительно водоупорный, неводонасыщенный проницаемый,

слабопроницаемый, непроницаемый.

Водоносный горизонт (зона) – проницаемое гидрогеологическое тело,

постоянно содержащее подземные воды и отличающееся преимущественно однородным составом пород, характером питания, транзита и разгрузки подземных вод. Водоносная зона отличается от водоносного горизонта пространственной локализацией повышенной трещиноватости (тектонической или экзогенной) и проницаемости пород.

4

Относительно водоносный горизонт (зона) – слабопроницаемое

гидрогеологическое тело, содержащее подземные воды.

Относительно водоупорный горизонт (зона) – весьма

слабопроницаемое гидрогеологическое тело, содержащее подземные воды преимущественно в связанном виде и характеризующееся замедленной,

вертикальной фильтрацией при возникновении градиента напора между смежными водоносными подразделениями.

Водоупорный горизонт (зона) – практически водонепроницаемое

гидрогеологическое тело, состоящее из нескольких гидравлически взаимосвязанных водоносных (относительно водоносных) горизонтов или зон и разделяющих их локально или относительно водоупорных горизонтов (зон).

Водоносный этаж - система водоносных горизонтов (зон) и комплексов,

характеризующаяся общими условиями водообмена и формирования подземных вод. Водоносный этаж подстилается входящим в его состав региональным водоупорным горизонтом, повсеместно развитым в границах гидрогеологической структуры.

Гидрогеологический бассейн – совокупность нескольких водоносных,

водоупорных и относительно водоупорных горизонтов и (или) комплексов,

характеризующихся в целом, общностью геологического развития и формирования гидродинамических, гидрохимических и гидрогеотермических процессов.

Гидрогеологическая система – совокупность нескольких гидрогеологических бассейнов, характеризующихся в целом общностью формирования ресурсов подземных вод.

5

Типы исходных элементов гидрогеологической стратификации (ИЭГГС) с геологической средой, представленной осадочными породами: а) водоносный горизонт неоднородного строения с грунтовыми водами; б) водоносные горизонты ,  с межпластовыми грунтовыми водами; в) водоносный комплекс с грунтовыми  и напорными  водами в четвертичных отложениях; г) междуречный бассейн с межпластовыми напорными водами в неогеновых, четвертичных отложениях и грунтовыми водами в аллювиальных и флювиогляциальных отложениях; д) артезианский бассейн с напорными водами.

Рис. 1.1. Элементы гидрогеологической стратификации

Выделение гидрогеологических элементов по условиям залегания.

Факторы, определяющие условия залегания подземных вод:

-Геологические (структурно-тектонические, литолого-фациальные и генетические типы отложений);

-Геоморфологические (тип, форма рельефа, характер и степень его эрозионной расчлененности, влияющие на условия питания и разгрузки подземных вод);

-Физико-географические или ландшафтные (определяют характер связи подземных вод с атмосферой, реками и т. п., величину питания

и режим подземных вод, их запасы и ресурсы, качество).

6

По условиям залегания выделяют два вида подземных вод: грунтовые

(безнапорные ) и артезианские (напорные), рис. 1.2.

По степени и характеру водонасыщенности выделены в разрезе 3 зоны: А

– неполного (аэрации); Б – полного насыщения капельножидкой водой пор и трещин водовмещающих пород; и В – диссипации (где вода может находиться в диссоциированном состоянии). Для каждой зоны характерны преобладающие виды подземных вод по условиям нахождения и движения в горных породах. В

зоне А – инфильтрационная и физически связанная вода, основная форма ее движения – инфильтрация (или влагоперенос). В зоне Б – свободная гравитационная вода, основная форма движения – фильтрация (или миграция подземных вод); в зоне В – физически- и химически связанная вода.

В таблице 1.1 приведена систематизация основных факторов, при анализе которых выделяются гидрогеологические системы по условиям залегания, а в таблице 1.2 приведены основные виды гидрогеологических систем с грунтовыми и напорными водами.

Рис. 1.2. Виды подземных вод по условиям залегания

7

Таблица 1.2

9

10