Важно также отметить, что сезонные колебания дебита, напора, температуры и химического состава воды источников в области распространения многолетнемерзлых пород часто бывают существенно более контрастными, чем у источников вне этой области. Поэтому здесь желательны систематические круглогодичные гидрогеологические наблюдения за их режимом. В крайнем случае, наблюдения должны проводиться зимой (в период наибольшего промерзания) и осенью (в период наибольшего протаивания). Для определения возможности использования вод источника для водоснабжения обязательны круглогодичные наблюдения.
Важной особенностью изучения подземных вод области многолетней мерзлоты является необходимость более детального исследования их температурного режима, так как изменение температуры здесь может привести не только к изменению качества подземных вод, но и к изменению их фазового состояния, объема и условий их эксплуатации. Поэтому в данной области следует проводить наблюдения за действующими источниками и водозаборами, режимом и условиями их эксплуатации (особенно в периоды наибольшего промерзания и оттаивания пород) и т. д.
Наблюдения за режимом подземных вод и температурным режимом горных пород. Такие наблюдения являются важнейшей составной частью выполняемых мерзлотно-гидрогеологических исследований. Они необходимы при решении самых разнообразных инженерно-гидрогеологических задач (при водно-тепловых мелиорациях земель, водоснабжении, различных видах строительства и т. д.).
В результате выполняемых исследований изучается температурное поле горных пород и его динамика по сезонам года на участках с разнообразными природными условиями:
1) исследуют величину и закономерности распределения температуры в плане и по глубине;
2) мощность зоной колебаний температуры;
3) величину и: характер изменения геотермического градиента, и другие показатели.
Наиболее надежные данные о режиме температуры мерзлых, пород получают на основе замеров температуры в специально оборудованных термометрических скважинах при условиях, исключающих нарушение естественного теплового поля многолетнемерзлых и сезоннооттаивающих пород.
Специфика наблюдений за режимом подземных вод в области распространения многолетнемерзлых пород определяется возможностью замерзания воды в скважинах. Замерзание воды в скважинах предотвращают заполнением стволов наблюдательных скважин соляркой или рассолом, периодическим прогревом паром, горячей водой, электронагревательными приборами, прокачкой скважин и т. д.
При изучении режима источников необходимо учитывать следующие особенности:
а) образование наледи, на которую расходуется часть или даже полностью вода источника;
б) непостоянство условий выхода и расхода воды в течение года;
в) миграцию струи воды источника по склону местного понижения или по площади наледи;
г) некоторое увеличение дебита источника в весеннее время за счет таяния наледи;
д) изменение минерализации и состава подземных вод в связи с частичной, их кристаллизацией при движении в теле наледи;
е) неоднородность и изменчивость во времени минерализации и химического состава льда, как по площади, так и в вертикальном разрезе, связанных с концентрированием и дифференциацией компонентов общей минерализации в процессе замерзания воды, растекающейся по поверхности наледи;
ж) динамичность системы талик — мерзлая порода, обусловленная значением конвективного теплопотока источника и температурой мерзлых и талых пород и ее изменением под воздействием климатических условий (4).
Образование многолетнемерзлых пород, являющихся водоупорами, сильно изменило условия водообмена атмосферных и подземных вод в криолитозоне. Большая часть пресных подземных вод в криолитозоне приурочена к таликам.
Таликами,или талыми зонами, называются толщи талых горных пород, которые развиты на поверхности земли или под водоемами и реками и которые непрерывно существуют более десятка лет. Если талики подстилаются снизу мерзлыми породами, то они называются надмерзлотными,или несквозными, а если талики только обрамляются по бокам мерзлыми породами, как стенками, то они носят название сквозных. Талики также могут быть межмерзлотными ивнутримерзлотными в виде линз «тоннелей», «трубы», ограничены со всех сторон мерзлыми породами.
Подземные воды криолитозоны по отношению к мерзлым породам — криогенным водоупорам — подразделяются на:
1) надмерзлотные; 2) межмерзлотные; 3) внутримерзлотные и 4) подмерзлотные воды.
1. Надмерзлотные подземные воды подразделяются на временные воды деятельного слоя и постоянные воды несквозных таликов.
Временные воды существуют только летом, и глубина их залегания не превышает кровли мерзлых пород. Воды имеют важное значение для процессов солифлюкции, образования курумов, оплывин, пучения пород.
Постоянные воды связаны с несквозными таликами над кровлей мерзлых пород, и они отвечают за образование гидролакколитов, бугров пучения, наледей.
2. Межмерзлотные воды обычно располагаются между двумя слоями мерзлых пород, например между голоценовым верхним и реликтовым, позднемиоценовым, нижним. Эти воды чаще всего динамически не активны.
3. Внутримерзлотные воды, о чем говорит их название, существуют внутри толщи мерзлых пород и находятся в замкнутых объемах, будучи приуроченными к таликам в карстующихся известняках.
4. Подмерзлотные воды циркулируют вблизи подошвы мерзлой толщи, обладают положительными температурами, иногда слабо или сильно минерализованы и могут быть напорными и ненапорными, а также контактирующими с мерзлой породой или неконтактирующими, т. е. отделенными слоем талых пород от мерзлых.
Откачки подземных вод из скважин – один из основных, наиболее достоверных видов гидрогеологических исследований. В зависимости от назначения и длительности проведения опыта откачки подразделяются на:
Пробные (6-24 час.), опытные (5-15 сут.) и опытно-эксплуатационные (1-3 мес.).
Опытные откачки в свою очередь в зависимости от количества выработок, участвующих в опыте, делятся на одиночные и кустовые.
Кустовые откачки – основной вид опытных работ, предназначенных для определения гидрогеологических параметров водовмещающих пород, изучения граничных условий месторождений подземных вод, опытное определение величин срезок уровня в пределах участка расположения водозабора при совместной работе нескольких взаимодействующих эксплуатационных скважин. Кустовые откачки рекомендуется проводить на стадиях оценки и разведки МПВ.
Разновидностью кустовых откачек являются опытные групповые откачки, которые проводятся для изучения условий взаимосвязи водоносных подразделений и определения основных гидрогеологических параметров на тех участках, где отбор воды из одиночной скважины не может обеспечить необходимой точности расчетов в связи с незначительными абсолютными величинами понижений уровня (менее 1-3 м).
Принципы расположения наблюдательных скважин.
При выборе куста скважин используется лучевая система. Выделяются следующие типы схем опытного куста в соответствии с количеством лучей:
-однолучевая– в условиях изотропного (однородного) пласта;
- двухлучеваясхема при анизотропном (неоднородном) строении пласта (лучи располагаются по осям анизотропии);
в опытных кустах, сооружаемых для оценки степени взаимосвязи подземных и поверхностных вод, наблюдательные скважины следует располагать по двум лучам: параллельно и перпендикулярно к реке (рис.1). В параллельном луче бурятся 2-3 скважины (в зависимости от степени однородности пород). Рекомендуется, чтобы расстояние от дальней наблюдательной скважины до центральной не превышало 0,6-0,7 расстояния от центральной скважины до реки;
- трехлучевые схемы рекомендуется применять в весьма сложных гидрогеологических условиях (III группа сложности).
Расстояние от возмущающей скважины, которая располагается в вершине лучей, до наблюдательных rn определяется по формуле:
rn = r1 * αn-1 ,
где: r1– расстояние до ближайшей наблюдательной скважины, которое равно (0,741) мощности обводненной зоны;
α- безразмерный коэффициент, зависящий от гидродинамического режима подземных вод: для безнапорных вод он принимается равным 1.5; для напорных - 2,0;
n- порядковый номер наблюдательной скважины (нумерация скважин осуществляется в возрастающем порядке, по принципу «улитки»: в одном луче – четные номера, в другом – нечетные).
Расстояние до наиболее удаленных скважин рекомендуется принимать: в безнапорных потоках не более 150 м, в напорных не более 1500 м.
Способы проведения опытных выпусков.
Если правильно понимаю выпуски из скважины применяются в том случае, когда величина напора подземных вод не позволяет добиться минимального понижения при опытной откачке равного 3 м. Для этого на оголовок скважины наращивается труба с наваренными на нее выпусками, расположенными таким образом что расстояние от поверхности земли у каждого свое. После чего замеряется дебит самоизлива на разной высоте от поверхности земли с помощью приваренных ранее к трубе выпусков. Затем строиться график зависимости дебита от высоты выпуска и по графику определяются опытн0-фильтрационные характеристик. В среду уточню.
Эрозия - разрушение г.п и почв поверхностными водными потоками и ветром, включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением.Эрозия почвы - разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов почвы в результате действия воды и ветра.
Овражная и склоновая эрозия. Изучение, меры борьбы.
В результате размыва склона и водораздела дождевыми и талыми водами образуются овраги. Это результат начальной ускоренной линейной эрозии.Овраг – форма рельефа, образовавшаяся на склоне или водоразделе, представляет собой глубокий, вытянутый в длину, извилистый размыв, образующий долину временных ручейков (длина от 10 м до 10 км). Стадии развития: 1.Стадия промоины, рытвины. V- образной формы. 2.Ускоренного врезания оврага вершиной. U-образная форма. 3.Овраг врезается до основания склона. Рост замедляется.4. Стадия затухания, склоны выполаживаются, задерновывают
Факторы:
1)Геологическое строение района. Если породы легко размываемы, размокаемы, имеют маленькую плотность, глинистый состав пород. От мощности отложений зависит глубина оврага. Характерно для лессовых пород.
2)Рельеф. Определяет количество стекающей воды и ее скорость.
3)Климат. Зависит от количества выпадающих осадков, их вида, интенсивности, распределении в течении года. Экспозиция склонов влияет.
4)Растительность. Она сдерживает эрозию, препятствует развитию оврагов.
5)Деятельность человека. Нарушение режима поверхностного стока, разрушение защитного растительного покрова, распашка земель.
Меры борьбы:
1. Лесомелиоративные работы. Устройство полезащитных лесных полос, участков, посев трав по склонам «залуживание».
2. Строительство водоулавливающих , водорегулирующих сооружений. Системы нагорных , водоотводных канав, лотков. Водоудерживающие валы, плотины, фильтрующие дамбы.
3.Укрепление участков. Засыпкой промоин, мощение камнем, укрепление габионами, бетонными плитами, одерновкой.
4.Строгое соблюдение правил землепользования. Установление охранных земель, в которых недопустимы горные строительные работы, вырубка леса, выпос скота.
Речная эрозия - речные долины формируются под влиянием явлений смыва, размыва (эрозии), переноса рыхлого материала, его аккумуляции.При формировании речной долины огромное значение имеет донная и боковая эрозия.
Наибольшая эрозия происходит в период паводков и половодий.
Факторы:Особенность г/г режима. (уровенный режим, изменение расхода, скорость течения речного потока). Режим рек определяется условиями питания. В основном это атмосферный осадки.Строение речной долины. (геоморфологические особенности). Размер, форма водосборного бассейна. В горных районах больше выпадает осадков, благоприятные условия для фор-ия поверхностного стока, высокие расходы, скорости потоков, эрозионные процессы. Состав, свойства г.п.На участках сложенных размокаемыми, размываемыми породами. Если породы трещиноваты, закарстованы – эрозии нет, так как все уходит на инфильтрацию.Геол.процессы, условия залегания пород, тектонические движения. Суффозия, выветривание, оползни. Деятельность человека. Регулирование стока рек путем строительства плотин, создание водохранилищ, уничтожение лесов, осушение болот.
Меры борьбы: 1-Профилактические. С целью предупреждения опасных явлений. Работы, выполняемые для охраны устойчивости береговых склонов, пляжей, режимные, стационарные наблюдения, берегоукрепительные сооружения. 2- Капитальные. Строительство берегоукрепительных сооружений (каменная наброска, мощение, укладка габионов, бетонных плит, одерновка берегов). Для изменения направления потока – струенаправляющие сооружения (дамбы-буны). Плотины, водохранилища.
ОДМ 218.2.006-2010рекомендации по расчету устойчивости оползнеопасных склонов (откосов) и определению оползневых давлений на инженерные сооружения автомобильных дорог
Наиболее распространенные в инженерной практике методы расчета устойчивости и оползневых давлений делятся на три основных группы:
- методы предельного (пластического) равновесия;
- методы конечных элементов);
- комбинированные методы.
Для оценки и прогноза устойчивости склонов используется большое количество методов, которые можно подразделить на такие основные группы: сравнительно-геологические, геологического подобия, механико-математические (строгие решения, расчетные, расчетно-экспериментальные), лабораторного моделирования, стохастические (вероятностные).
Сравнительно-геологические методы основаны на сравнении инженерно-геологических условий рассматриваемого участка с условиями склонов-аналогов, где раньше изучались проявления оползней-базируется на сопоставлении геометрических параметров устойчивых и неустойчивых склонов. Сравнительно-геологическими методами, возможно, оценивать вероятность смещения и приблизительно определять размеры ожидаемых оползней. При использовании этого метода обычно вызывает сложность подбор натурных аналогов, которые достаточно полно отвечают склону-объекту. Некоторую сложность представляет также количественная оценка устойчивости склона, на котором оползневые смещения не происходили. Она может быть выполнена только приблизительно на основе сопоставления общего угла наклона склона, который изучается и склона-аналога.
Методы геологического подобия. Как и сравнительно геологические методы, эти методы нуждаются в выборе аналога сначала по качественным, а затем и по количественным признакам. По количественным признакам, согласно представлениям о закономерностях изучаемого процесса (в нашем случае - оползневой склон) определяются безразмерные критерии подобия. При сопоставлении устойчивости для склона-объекта и склона-аналога необходимо придерживаться качественного подобия формы склона, геологического строения, гидрогеологических условий, механизма смещения, внешнего влияния на склон, основных показателей свойств пород и методики установления этих свойств. Количественные критерии подобия, которые устанавливаются по теории размерностей, должны выражать в безразмерном виде соотношение количественных параметров (высота склонов, их крутизна, мощность обводненной зоны, величины прочности на сдвиг и другие), которые используются для характеристики склонов-аналогов и для оценки устойчивости склона-объекта. Вообще, методами геологического подобия можно решать практически любые прогнозные задачи. Однако, кроме трудностей (аналогично со сравнительно-геологическими методами) относительно подбора аналогов, использование методов геологического подобия дополнительно осложняется процессом выбора количественных критериев и проверкой их достоверности.
Механико-математические методы основаны на разных схемах, представлениях о механизме оползневых деформаций пород склонов и в большинстве своем предназначены для определения оценки устойчивости склона в различных условиях. Подавляющее большинство методов разработано для условий плоской задачи, когда рассматривается равновесие элементарного массива грунта шириной в единицу длины, условно “вырезанного” по направлению движения произошедшего или ожидаемого оползня. В природных условиях плоская задача отвечает оползням, у которых ширина значительно больше длины, то есть - фронтальным.
Механико-математические методы оценки и прогноза устойчивости склонов и оползней можно подразделить на такие основные группы:
Строгие решения теории предельного равновесия. В этих методах допускается, что предельное состояние наступает одновременно в пределах всего массива, который должен отделяться и в пределах его объема изучается напряженное состояние. Методы позволяют расчетами или с помощью специальных графиков находить форму поверхности “равностойкого” откоса или определять величину максимальной нагрузки на горизонтальную поверхность массива. Расчетные (приблизительные, инженерные) методы основаны на расчетах предельного равновесия масс горных пород по поверхностям смещения разной формы (кругло-цилиндрической, плоской, ломаной и другой) и позволяют определить коэффициент устойчивости склона