H – напор над кровлей пласта
Истинное значение напорности выражает пьезометрический напорН, который отсчитывается от плоскости сравнения 0-0 (уровень моря) до пьезометрического уровня. Этот метод измерения является предпочтительным. Иногда высота пьезометрического напора отсчитывается от подошвы напорного водоносного пласта Нп.
На всём протяжении области напора воды находятся под постоянным действием пьезометрического напора. Из-за перепада отметок, по мере приближения к осевой части синклинального прогиба он возрастает. Под отрицательными формами рельефа наблюдается пьезометрические минимумы. В платформенных условиях пьезометрическая поверхность повторяет в общих чертах форму современного рельефа.
Искусственное понижение напорного уровня может быть вызвано длительной откачкой воды эксплуатационными скважинами.
область разгрузки — область выхода напорных вод на поверхность земли. Она располагается в местах с минимальными абсолютными отметками рельефа (долины рек, озёрные впадины, побережья морей).
Выделяют открытые и закрытые области разгрузки. К открытым областям можно отнести:
o естественные выходы (источники, гейзеры, наледи, термокарстовые озера и т.п.);
o искусственные выходы – эксплуатационные и другие скважины, колодцы.
Закрытые области разгрузки встречаются на дне морей, в русле рек или под аллювиальными отложениями.
· в виде восходящих источников (грифонов, концентрированных струй и др.);
· в отложениях речных долин;
· путем подземного перелива по зонам тектонических разломов в другой водоносный горизонт;
· перетеканием через относительно проницаемые породы кровли или подошвы.
Иногда напорные воды в области разгрузки смешиваются с грунтовыми и становятся ненапорными.
Прямая линия, соединяющая уровень области питания напорных вод с уровнем их разгрузки, называется линией пьезометрического уровня. Она полностью совпадает с областью распространения напора.
Общее направление движения артезианских вод наблюдается от области питания к области разгрузки
Артезианские подземные воды имеют чрезвычайно большое народно-хозяйственное значение, т.к. они обильны и не загрязнены. Поэтому, если химический состав вод соответствует требованиям гостов, то они используются для водоснабжения городов, населенных пунктов, промышленных предприятий, железнодорожных станций и т.п.
Их недостатком является большая глубина залегания водоносных горизонтов.
Кроме межпластовых вод под избыточным напором или давлением могут находиться трещинные, карстовые, межмерзлотные и особенно подмерзлотные воды. Они обладают напором, независимо от структурной приуроченности, т. к. не имеют свободного выхода на поверхность.
4.1.2Режим напорных вод
В целом режим артезианских вод изучен слабо. Известно, что он более стабилен, чем у грунтовых вод, т.к. физико-географические факторы оказывают на него меньшее влияние.
Артезианские водоносные горизонты обладают упругим режимом, что связано с упругостью горных пород и насыщающих их вод. Благодаря этому при эксплуатации водоносного горизонта водоотбор из скважин сказывается на небольших расстояниях, т.е. мгновенного понижения уровня воды в скважинах и в областях питания не происходит.
Проявление упругого режима в артезианском водоносном горизонте может происходить под влиянием естественных и искусственных причин. К естественным относятся изменения атмосферного давления и уровня грунтовых вод: области питания, морские приливы и отливы, землетрясения.
К искусственным: водозабор с помощью скважин из напорных горизонтов и непостоянство режима их работы и т.д. Несколько лучше изучен режим артезианских вод, режим которых тесно связан с режимом грунтовых вод, режимом метеорологических факторов и т.д.
Пьезометрический уровень подвержен лишь небольшим сезонным и месячным колебаниям, поэтому при его замерах сроки выполнения работ не играют решающей роли.
Температура воды с увеличением глубины закономерно повышается, изменяется и химический состав вод.
4.1.3Общие сведения о картах гидроизопьезКарты гидроизопьез и их назначение
Характер пьезометрической поверхности напорного водоносного горизонта отображают Гидроизопьéезы(от греч. hydor – вода; isos – равны; piezo – давлю) – это линии, соединяющие точки с одинаковыми отметками напорного уровня воды. Иногда их называют изопьезами или пьезоизогипсами.
Карта гидроизопьез представляет собой совокупность таких линий на плане или на топографической основе. Она строится по абсолютным (реже относительным) отметкам установившихся пьезометрических уровней. Масштабы карт могут быть от 1:200000 до 1:10000 и крупнее. В учебных целях для небольшого по площади строительного участка карту строят в масштабе 1:1000.
При изучении нескольких артезианских горизонтов в одном гидрогеологическом разрезе карты гидроизопьез строятся для каждого горизонта отдельно.
Карта гидроизопьез необходима для определения на практике целого ряда важных гидрогеологических параметров. Она помогает выявить особенности формирования, строения и залегания напорного водоносного горизонта. По такой карте можно определить уклон пьезометрической поверхности, направление движения потоков артезианских вод и условия их формирования. Если карта построена на топооснове того же масштаба, она позволяет выделить участки возможного самоизлива напорных вод. Кроме того, с помощью карты гидроизопьез решают задачу практического использования артезианских вод для водоснабжения, и организации защиты от напорных вод при вскрытии кровли водоносного горизонта строительными котлованами и т.д.
Источник
Пластовые напорные и «безнапорные» воды
Межпластовыми (пластовыми) водами называют водоносные горизонты, залегающие между двумя слабопроницаемыми пластами (в кровле и в подошве). Глубина залегания от 10м до 7км и более. Они могут быть безнапорными и напорными.
Межпластовые безнапорные (со свободной поверхностью) встречаются редко и приурочены к слоистым осадкам, таликам междуречных массивов. Они залегают в верхней части геологического разреза, выше уреза поверхностных вод основный дрен территории, водоносный горизонт насыщен водой не на всю мощность.
Межпластовые напорные воды называются артезианскими. (Название произошло от провинции Артуа (юг Франции), где в 1126г. впервые в Европе были вскрыты и охарактеризованы самоизливающиеся воды). Артезианские воды встречаются в коренных дочетвертичных отрицательных структурах земной коры: синеклизы, мульды, прогибы. Напорным водам свойственен упругий напор фильтрации, который связан с проявлением упругих свойств воды и водовмещающих ГП при изменении внутренних давлений.
Расстояние от кровли водоносного горизонта до установившегося уровня воды является пьезометрической высотой или напором над кровлей водоносного горизонта. Эта величина равна высоте столба воды и зависит не только от пластового давления, но и от плотности воды, которая зависит от температуры, давления, минерализации и содержания газов в свободном состоянии.
Расчет пьезометрического напора (меры энергии потока) межпластовых вод осуществляется согласно формулам:
, [м]
-энергия давления жидкости в данной единой точке потока;
Z – энергия положения относительно единой плоскости сравнения;
hk – напор над кровлей водоносного пласта.
Линия, соединяющая (на разрезе) точки установившегося уровня напорных межпластовых вод, называется пьезометрической кривой, поверхность, до которой поднимаются уровни напорных вод, —пьезометрической поверхностью. Гидроизопьезы – линии равных напоров, характеризуют воображаемую пьезометрическую поверхность.
Межпластовые воды могут быть самоизлившимися, если пьезометрическая поверхность выше поверхности земли (фонтанирующая скважина).
Особенности артезианских вод:
1) водоносный горизонт изолирован водоупорами и снизу и сверху;
2) при вскрытии их уровень располагается выше кровли водоносного пласта;
3) в меньшей степени, чем грунтовые, подвержены загрязнению с поверхности земли;
4) стабильный режим;
5) преобладание перетоков, как нисходящих, так и восходящих, в зависимости от структурно-тектонического положения,
6) характерен упругий режим фильтрации.
Выделяются 3 схемы формирования потока межпластовых подземных вод (рис.1):
1). Артезианская – такие воды развиты в верхней части геол. разреза, обычно на участках с наклонным залеганием г.п., область разгрузки формируется в понижении рельефа.
2). Схема формирования потоков межпластовых вод с перетеканием (схема А.Н.Митяева) – в междуречье происходит нисходящая фильтрация, что является областью питания водоносных горизонтов, величины напоров подземных вод уменьшаются с увеличением глубины залегания водоносного горизонта на центральных участках междуречных пространств. В области разгрузки наоборот – увеличивается.
3). Схема элизионного движения образуется за счет поступления поровых растворов, отжимаемых из уплотняющихся г.п., максимальные объемы элизионных вод формируются на участках пригибания земной коры.
Хим. состав межпластовых вод зависит от состава вмещающих пород, от глубины их залегания и от динамики движения. Режим межпластовых вод более стабилен, чем у грунтовых вод. В ненарушенных условиях глубина стабильного режима около 100м, а в техногенно нарушенных условиях изменение режима фиксируется на глубинах 1,5км.
В настоящее время выделены 2 типа артезианских вод: инфильтрационные; элизионные.
Дата добавления: 2016-03-05 ; просмотров: 2537 ;
Источник
Определение притока безнапорной грунтовой воды в совершенную скважину
Необходимо построить схему движения вод и определить приток воды к совершенной скважине с круговым контуром питания и горизонтальным водоупором.
Совершенной называют скважину доведенную до водоупора и питаемую водой только через боковые стенки.
| 1.Абсолютные Отметки( м ) | вариант №1 | вариант №2 | вариант №3 | вариант №4 | вариант №5 | вариант №6 |
| Устья скважины | 31.4 | 96.7 | 54.8 | 71.3 | ||
| Статический уровень вод м | 29.9 | — | — | 67.7 | ||
| Динамический ур. при откачке м | 25.5 | — | 47.3 | — | ||
| Кровли нижнего водоупора м | 11.6 | 78.5 | — | 58.2 | — | |
| 2.Глубина залегания воды м | — | — | 2.3 | — | — | |
| 3.мощность пласта воды H (м) | — | 14.9 | 12.5 | — | ||
| 4.Понижение воды Sм | — | — | 2.8 | — | — | |
| 5.Коэффициент фильтрации Kм\сут. | 7.1 | 3.8 | 18.6 | 13.4 | ||
| 6.Расстояние L до водоема м | ||||||
| 7.Диаметр скважины Д=2r мм |
Рис 7.3 Схема грунтовых вод (вариант 1 таблица 7.4.)
Приток воды к совершенной скважине(дебит) ,в общем виде, определяется по формуле
Q=kπ (H 2 –h 2 )/ (lnR — ln r ) (7.7)
В случае расположении скважины вблизи дренирующего водоема
, в зависимости от расстояния L от водоема, используются формулы:
Для выбора формулы расчета необходимо вначале определить радиус влияния скважины R .
R=2S√Hk, где S-величина понижения воды в скважине при откачке,
H-мощность водоносного пласта определяемого как разность абсолютных отметок статического уровня грунтовой воды и кровли водоупора ,
к- коэффициент фильтрации. h=(H-S) — Высота столба воды в скважине.
Пример решения вариант 1 таб.7.4.
Т.к. L=82 м >0.5 R=50.2м ,то используем формулу 7.8.
Q=1.366 x 7.1 (18.3 2 -13.9 2 )/ lg 100.3 -lg 0.152 = 487 м 3 .\сут
7.5. Определение притока напорной грунтовой воды в совершенную скважину. Рис 7.4.
| 1.Абсолютные Отметки( м ) | вариант №1 | Вари ант №2 | Вари ант №3 | Вари ант №4 | Вари ант №5 | Вари ант №6 |
| Устья скважины | 42.5 | 73.4 | 65.1 | 87.3 | ||
| Пьезометрический уровень | 39.6 | 67.8 | ||||
| Кровля нижнего водоупора | 13.4 | 17.8 | ||||
| Подошва верхнего водоупора м | 46.3 | 23.4 | ||||
| Динамический уровень при откачке | 36.1 | 83.8 | 86.6 | |||
| 2.Глубина залегания воды м | ||||||
| 3.мощность пласта воды H (м) | 15.9 | |||||
| 4.напор над подошвой верхнего водоупора | 14.2 | 22.8 | 34.9 | |||
| 5.напор над кровлей нижнего водоупора | ||||||
| 6 понижение уровня | ||||||
| 7.Коэффициент фильтрации Kм\сут. | 9.6 | 4.5 | 11.5 | 6.2 | ||
| 8.Диаметр скважины Д=2r мм |
Недостающие в таблице данные определяются исходя из имеющихся с использованием схемы.
Рис 7.4 схема расположения вод по варианту 1
Приток воды к совершенной одиночной напорной скважине определяется по формуле 7.10.
Q= 2.73 k m S \ (lg R –lg r) (7.10)
Где R=10S√k радиус влияния скважины
Пример выполнения задания по варианту №1.
Абсолютную отметку подошвы верхнего водоупора определяем как разность абсолютной отметки пьезометрического уровня и высоты напора 39.6-14.2=25.4 м.Мощность водоносного пласта вычисляем как разность абсолютных отметок подошвы верхнего водоупора и кровли нижнего водоупора m=25.4-13.4=12м.
Понижение уровня равно разности абсолютных отметок пьезометрического и динамического уровней S=39.6-36.1=3.5 м
Далее вычисляем значение R. R=10×3.5√ 9.6=108.4 м
Вычисляем значение Q. Q=2.73×9.6x12x3.5/(lg108.4-lg0.152=386 м 3 \сут
7.6 Определение притока грунтовой воды к совершенной канаве
Исходя из данных приведенных в таблице 5 постройте схему залегания вод и определите приток грунтовой безнапорной воды к совершенной канаве. Совершенной канавой называют канаву доведенную до водоупора и имеющей только боковой приток воды.
| 1.Абсолютные Отметки( м ) | вариант №1 | Вари ант №2 | Вари ант №3 | Вари ант №4 | Вари ант №5 | Вари ант №6 |
| .Поверхность земли | 82.5 | 18.6 | 61.7 | 34.1 | ||
| Статический уровень | 16.2 | |||||
| Динамический уровень | 50.3 | |||||
| Кровли водоупора | 12.4 | 29.5 | ||||
| 2. мощность пласта воды H (м) | 2.6 | 2.8 | ||||
| 3.Глубина залегания воды м d | 1.3 | 0.9 | ||||
| 4понижение уровня S | 2.1 | 2.4 | 3.4 | |||
| 5.длина дрены L | ||||||
| 6.коэффициент фильтрации к м3\сут | 6.4 | 2.3 | 7.2 | 5.8 | 4.8 |
Пример решения задания по варианту №1.
Схема залегания грунтовых вод у канавы приводится на рис 7.5
Двусторонний приток воды к совершенной канаве определяется по
Формуле Q=kL(H 2 –h 2 )/R
Где R радиус влияния канавы R=2S√ Hk , h-высота воды в канаве при откачке h=(H-S). Абсолютную отметку статистического уровня вычисляем как разность абсолютных отметок поверхности земли и глубины залегания уровня грунтовой воды 82.5-1.3=81.2 м.
Понижение уровня грунтовой воды S равно разности абсолютных отметок статического и динамического уровней воды
Далее определяем радиус R влияния канавы на уровень грунтовой воды
R=2×1.2 √2.6 x6.4 =9.8м
Затем рассчитывает приток воды (дебит) в канаву
Q=6.4x120x (2.6 2 -1.4 2 )/9.8 = 376м 3 \сут
Тема 8.ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД
8.1. Методика анализ карт гидроизогипс
Анализ карт гидроизогипс позволяет составить краткую гидрологическую характеристику участка. По карте гидроизогипс можно определять: 1) направление движения грунтовых вод на заданном участке; 2) глубину залегания грунтовых вод в любой точке или на любом участке; 3) уклон грунтового потока; 4) характер взаимосвязи грунтовых вод с поверхностными; 5) условия питания и разгрузки грунтовых вод.
Направление движения грунтовых вод берут по нормали к двум смежным гидроизогипсам. Движение воды направлено от более высоких отметок уровня к более низким (рис. 8.1 ).
Рис. 8.1. Схема связи грунтовых вод с поверхностными:
А — река дренирует грунтовые воды,
Б — река питает грунтовые воды,
В — река питает и дренирует грунтовые воды
Глубину залегания грунтовых вод в любом заданном пункте определяют по разности отметок горизонтали поверхности и гидроизогипсы. Уклон потока подземных вод для любого участка вычисляют делением сечения карты гидроизогипс на кратчайшее расстояние между двумя гидроизогипсами, взятое в масштабе карты.
Связь грунтовых вод с поверхностными устанавливают по характеру сопряжения гидроизогипс с рекой. В природе наблюдаются два основных случая: первый — грунтовые воды питают поверхностные (рис. 8.1 А), второй — поверхностные воды питают грунтовые (рис. 8.1 Б). Кроме того, реки могут одновременно питать и дренировать грунтовые воды (рис. 8.1 В).
По соотношению и характеру изменения гидроизогипс можно получить представление о потоке. Участки замкнутых гидроизогипс с высокими отметками указывают на положение водоразделов грунтовых вод, где условия питания наиболее благоприятны. Зоны с нулевой глубиной до воды указывают на участки выхода подземных вод на поверхность земли.
Если на пути движения потока сильно водопроницаемые породы сменяются слабо водопроницаемыми, гидроизогипсы сгущаются, так как поверхность грунтовых вод приобретает больший уклон. При поступлении грунтовых вод из слабо водопроницаемого в сильно водопроницаемый пласт гидроизогипсы располагаются реже. Сгущение гидроизогипс может указывать также на уменьшение мощности водоносного пласта и на дренирующее влияние рек и озер.
Источник