Материал: госы по билетам
Экзаменационный билет № 4
1. Понятие о месторождениях подземных вод и их особенности. Эксплуатационные запасы подземных вод и источники их формирования. Типизация месторождений подземных вод по сложности гидрогеологических условий
Понятие “Месторождение подземных вод” (МПВ) впервые было предложено в 1959г. Н.И. Плотниковым, с тех пор оно совершенствовалось и уточнялось. В Инструкции ГКЗ СССР [3] приведена следующая формулировка: «Под месторождением подземных вод подразумевается пространственно ограниченная часть водоносной системы, в пределах которой под влиянием естественных и искусственных факторов создаются благоприятные по сравнению с окружающими площадями условия для отбора подземных вод в количестве, достаточном для целевого использования их в народном хозяйстве».
Месторождения подземных вод промышленного типа Плотников Н.И. [4] определяет как “объекты, которые на практике являются основными поставщиками значительных эксплуатационных запасов при решении проблем централизованного водоснабжения крупных городов, промышленных центров, горнорудных предприятий, а также проблем орошения крупных земельных массивов земель”. Нижний предел ЭЗ для таких месторождений Николай Иванович предлагает принять равным 5 –8 тыс. м3/сут. МПВ сменьшими ЭЗ могут быть отнесены к мелким объектам, ресурсы которых реально использовать для децентрализованного водоснабжения мелких населенных пунктов и других объектов.
Эксплуатационные запасы - Qэз - подземных вод месторождений обеспечиваются естественными, в том числе упругими, запасами и ресурсами подземных вод продуктивного и гидравлически связанных с ним смежных водоносных подразделений; привлекаемыми ресурсами, а также искусственными запасами и ресурсами, формирующимися в результате гидротехнического строительства, орошения земель, обводнения пастбищ, либо искусственного подпитывания водозаборов [3,4,5].
Под естественными запасами (ЕЗ)- Vез - понимается объем гравитационной воды, заключенной в порах, трещинах, карстовых и других пустотах горных пород.
Под естественными ресурсами (ЕР) - Qер - понимается величина питания водоносного подразделения в ненарушенных эксплуатацией подземных воды гидрогеологических условиях. ЕР обеспечиваются за счет инфильтрации атмосферных осадков, привлечением вод из поверхностных водотоков и водоемов, перетекания из смежных водоносных подразделений.
Под привлекаемыми ресурсами (ПР) – Qпр -понимается то количество подземных вод, которое формируется в продуктивном подразделении на площади водозаборного участка в процессе эксплуатации водозаборного сооружения (преимущественно – за счет поверхностных вод).
Искусственные запасы (ИЗ)– Vиз — это объем гравитационных подземных вод, накапливающихся в порах и трещинах горных пород под влиянием техногенных процессов.
Искусственные ресурсы (ИР) - Qир - рассматриваются как результат деятельности каких-либо инженерных сооружений, приводящий к искусственному, дополнительному питанию подземных вод.
ЭЗ на водозаборных участках связаны со всеми рассмотренными составляющими следующим балансовым уравнением:
, 1, , 1, -коэффициенты извлечения ресурсов и запасов подземных вод.
Единицы измерения запасов и ПВ – м3, ресурсов ПВ – м3/сут.
Т - время эксплуатации, которое устанавливается в зависимости от целевого назначения водозаборного сооружения, сут.
Группы сложности гидрогеологических условий.
В основе оценки сложности гидрогеологических условий МПВ лежит характеристика геологических, гидрогеологических и гидрогеохимических условий исследуемых объектов. По степени сложности гидрогеологических условий для целей разведки месторождений питьевых и технических вод выделяются следующие группы [3]:
Первая группа - месторождения с простыми гидрогеологическими и гидрогеохимическими условиями: со спокойным залеганием водоносных горизонтов, выдержанных по мощности, строению и фильтрационным свойствам водовмещающих пород (например, месторождения артезианских бассейнов, конусов выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин, частично надморенных и межморенных водноледниковых отложений, расположенных в речных долинах при условии обеспеченного восполнения ЭЗ за счет поверхностных вод).
Вторая группа - месторождения со сложными гидрогеологическими условиями, связанными с невыдержанной мощностью, неоднородностью строения и фильтрационных свойств водовмещающих пород при простых гидрогеологических условиях (например, месторождения артезианских бассейнов, связанные с интенсивно трещиноватыми породами, в надморенных и межморенных водноледниковых сложениях невыдержанной мощности и неоднородных по фильтрационным свойствам водовмещающих пород и т.д.). Со сложными гидрогеохимическими условиям, характерными для многих месторождений в песчаных массивах пустынь, полупустынь, в артезианских бассейнах, в подрусловых таликах (области развития многолетнемерзлых пород), в ограниченных по площади структурах или массивах трещинных и трещинно-карстовых пород.
Третья группа- МПВ с очень сложными гидрогеологическими условиями, обусловленными высокой изменчивостью мощности и строения водоносных горизонтов и фильтрационных свойств водовмещающих пород (месторождения в краевых частях артезианских бассейнов платформенного типа с неявно выраженными источниками формирования ЭЗ подземных вод); с ограниченным распространением водоносных горизонтов (месторождения трещинно- карстовых и трещинно-жильных вод, не связанные с поверхностными водами, сквозных таликов и областях развития многолетнемерзлых пород, с очень сложными гидрогеохимическими условиями (например, линзы пресных вод).
2. Маршрутные исследования: система заложения маршрутов, плотность и виды наблюдений. Требования к ведению полевой документации. Методы определения дебитов родников и расходов поверхностных водотоков
Их целевое назначение – выявление, изучение и картографирование гидрогеологических объектов, связанных, главным образом, с верхними водоносными подразделениями, вскрытыми эрозионной сетью. Кроме того, маршруты проводятся и на последующих стадиях изучения гидрогеологических условий, направленных на выявление месторождений подземных вод. При этом уточняются их названия: поисковые маршруты – на поисковой стадии; гидрогеологическое обследование перспективных участков – при проведении предварительной разведки. В этой связи на поисково-разведочных стадиях, наряду с доизучением гидрогеологических условий, перед маршрутами формулируются и дополнительные задачи, связанные с выявлением возможных источников загрязнения подземных вод продуктивных подразделений, а также уточнением мест заложения разведочных скважин.
Система заложения и плотность маршрутов зависят от масштабов и целей выполняемых исследований, сложности гидрогеологических условий, характера рельефа местности, доступности и возможности передвижения в изучаемом районе. В общем случае маршруты должны достаточно равномерно охватывать всю площадь (1-2 маршрутные линии или одна точка наблюдения на каждый квадратный сантиметр карты в масштабе съемки). Система заложения маршрутов - радиально-петлеобразная. При этом наибольшая информативность характерна участкам маршрутов по наиболее врезанным речным долинам, где возможна максимальная обнаженность естественных выходов подземных вод (родников) – основных изучаемых объектов. Маршруты сопровождаются качественным и количественным опробованием водопроявлений.
Документация:
1) личные полевые дневники;
2) карты фактического материала составляются на топографической основе двух М 1:100000 и 1:200000;
3) полевые карты составляются на геологической основе (геологическая и инженерно-геологическая);
4) журнал-документация керно-буровых скважин;
5) материалы площадных геофизических исследований;
6) материалы скважинных геофизических исследований;
7) журналы опытно-фильтрационных работ; 8) журналы определения содержания радона;
9) журнал гидрометрических замеров поверхностных водотоков;
10) составляется карта гидрохимического опробования на геологической основе;
11) журнал результатов изучения нестойких компонентов в природных водах;
12) журнал результатов СХА. Основное содержание сокращенного анализа – макрокомпоненты.
В процессе маршрутных исследований осуществляются следующие виды наблюдений: геоморфологические, геологические, гидрогеологические, гидрологические, геоботанические, геокриологические и инженерно-геологические.
Геоморфологические наблюдения
Цели: выяснение связи рельефа с подземными водами; распространение различных форм рельефа; получение дополнительного материала о развитии геологических структур; влияние рельефа на физико-геологические процессы и явления; освещение геоморфологических условий для практических целей. Основной метод – непосредственное наблюдение и описание форм рельефа. При описании отмечаются:
морфография – внешний вид рельефа; выделяются и описываются крупные элементы рельефа (водоразделы, речные долины и др.), отдельные формы (холмы, овраги, террасы и др.);
морфометрия – длина, ширина, высота или глубина различных форм рельефа, уклон поверхности, абсолютные отметки описываемых точек;
происхождение элементов рельефа и степень их участия в формировании подземных вод.
По результатам геоморфологических наблюдений выделяются основные типы рельефа территории: горно-тектонический, вулканический, эрозионный, аккумулятивный и т.п. и составляется геоморфологическая карта.
Геологические наблюдения.
Задачи:
Изучение литологии и трещиноватости пород с целью установления условий их обводненности;
Уточнение геологической основы;
Установление характера контактов, стратиграфических и структурных границ;
Привязка выделяемых гидрогеологических подразделений к определенным литолого-стратиграфическим толщам;
Геологическая привязка естественных выходов подземных вод.
Объекты изучения: естественные обнажения горных пород; разрезы, вскрываемые скважинами, шурфами, расчистками.
Гидрогеологические наблюдения.
Задачи:
Выявление гидрогеологических объектов и их проявлений;
Изучение степени и характера водоносности горных пород;
Изучение условий питания, распространения, разгрузки подземных вод, их режима и взаимосвязи с поверхностными водами;
Оценка физических свойств, химического состава и качества подземных вод;
Влияние подземных вод на развитие физико-геологических процессов, условия эксплуатации горных выработок и т.д. (в зависимости от конкретной цели).
Объекты изучения: родники, поверхностные воды, каптажи подземных вод (скважины, колодцы, галереи и другие действующие и недействующие выработки и сооружения); водовмещающие, безводные и водоупорные породы, их водно-физические и фильтрационные свойства.
Гидрологические наблюдения.
Задачи:
Изучение взаимосвязи поверхностных и подземных вод;
Гидрометрические работы;
Выяснение физических свойств и химического состава поверхностных вод.
Гидрологические работы целесообразнее выполнять в меженные периоды, когда питание рек осуществляется главным образом за счет подземных вод. Результаты работ используются для оценки естественных ресурсов подземных вод, для характеристики их условий питания и разгрузки.
Геоботанические наблюдения.
Материалы таких наблюдений позволяют выявлять:
Участки с наиболее близким положением уровня подземных вод;
Границы между поверхностными образованиями различного состава;
Распространение многолетнемерзлых пород (ММП). В степных и лесостепных ландшафтах – глубину до воды и минерализацию подземных вод.
Геоботаническими критериями гидрогеологических условий являются гидроиндикаторы – отдельные виды растений или растительные сообщества. Гидроиндикаторы подразделяются на прямые и косвенные. К прямым относятся растительные сообщества, корневая система которых достигает подземных вод или капиллярной каймы. К косвенным – растительные сообщества, существующие за счет использования влаги атмосферных осадков. Эти растения указывают на определенную геоморфологическую обстановку и соответствующий состав горных пород и позволяют косвенно судить о гидрогеологических условиях. Геоботанические наблюдения позволяют установить тип водного питания болот (сфагновые мхи – атмосферное питание, осока, ольха – грунтовое), выходы родников.
Геокриологические (мерзлотные) наблюдения.
Задачи:
Изучение закономерностей распространения и особенностей многолетнемерзлых пород;
Влияние мерзлоты на гидрогеологические условия;
Изучение физико-геологических явлений, связанных с промерзанием и оттаиванием пород.
При этом фиксируются криогенные и посткриогенные явления (наледи, бугры пучения, талики, термокарст, солифлюкция и др.). При описании многолетнемерзлых пород обращается внимание на льдистость и особенности строения мерзлой породы; устанавливается мощность деятельного слоя. Проводятся замеры температуры воды, льда и пород. Отбираются пробы воды и льда на химические анализы с целью выяснения источников образования льда (над-, меж-, подмерзлотных вод, конденсационных или атмосферных). Особое внимание уделяется изучению наледей, как поисковому показателю распространения подземных вод.
Инженерно-геологические наблюдения.Задачи:
сравнительное изучение прочностных, водно-физических и фильтрационных свойств горных пород;
изучение физико-геологических и инженерно-геологических процессов и явлений и применяемые по борьбе сними мероприятия;
Предварительная оценка общих инженерно-геологических условий исследуемой территории.
Объекты изучения: горные породы, физико-геологические и инженерно-геологические процессы и явления, геоморфологические, геолого-структурные, гидрогеологические, климатические условия и факторы, которые рассматриваются в инженерно-геологическом аспекте. ОФОРМЛЕНИЕ МАРШРУТНЫХ ЗАПИСЕЙ.
Все записи ведутся на правой стороне дневника, а зарисовки и расчеты – на левой. Порядок записей:
Дата – (время) начала маршрута, погодные условия. При многодневном маршруте указывается ежедневно.
Номер маршрута.
Привязка – указывается основное направление и географические или административные названия начального, промежуточного и конечного пунктов.
Цель – изучение гидрогеологических и инженерно-геологических условий конкретной территории.
Описание точки наблюдения (см. ниже). На аэрофотоснимке заверяется от дешифрированный элемент – на обратной стороне в нужной точке делается наколка и ставится определенный условный знак (родник, термокарст, наледь и т.д.). Номер снимка указывается в полевом дневнике. Наиболее характерные или интересные объекты наблюдений фотографируются.
Дата завершения маршрута.
После завершения маршрута в заключении делаются краткие выводы о гидрогеологических условиях и особенностях заснятой территории. Приводятся обобщающие сведения о наблюдаемых в маршруте процессах и явлениях; видах растительного покрова; степени распространения и характере проявления многолетнемерзлых пород; аномальных природных явлениях.
Количество точек наблюдения, общее и по отдельным видам.
Виды точек наблюдения и порядок их описания
Гидрогеологические
Гидрогеологические наблюдения производятся на естественных водопроявлениях и по искусственным выработкам. Естественные водопроявления – родники, пластовые выходы подземных вод, мочажины. Родники – это сосредоточенные выходы подземных вод на поверхность в одной или нескольких близ расположенных точек. Пластовый выход – выход подземных вод, прослеживаемый на значительном протяжении в виде многочисленных мелких струй. Мочажина – образуется за счет слабого высачивания подземных вод на дневную поверхность, вызывая местное заболачивание или развитие влаголюбивой травянистой растительности. Искусственные выработки – скважины, колодцы, карьеры, шахты, штольни, тоннели и др.
Родник
Тип родника – нисходящий (за счет грунтовых вод, истечение спокойное) или восходящий (за счет напорных вод, вода обычно выбивается грифоном, иногда взмучивая мелкие частицы грунта).
Характер выхода – сосредоточенный, рассеянный; расстояние между головками родника, их высотное и плановое взаиморасположение. Выходят ли подземные воды непосредственно из водоносных толщ (из коренного выхода) или из перекрывающих их наносов.
Подробное описание условий выхода; форма и размеры углублений у выхода; наличие русла формирующегося водотока.
Дебит родника, замеренный одним из инструментальных методов (см. ниже).
Физические свойства воды.
а) прозрачность – прозрачная, слабоопалесцирующая, опалесцирующая, слегка мутная, мутная, сильно мутная;
б) цвет – бесцветная, зеленоватая, желтоватая, бурая и др;
в) запах – без запаха, сероводородный, болотный, гнилостный, плесневелый и т.п.;
г) вкус – соленый, горький, сладкий, кислый и т.д., привкус – хлорный, металлический, рыбный и пр.;
д) осадок – количество (нет, незначительный, заметный, большой); качество (кристаллический, хлопьевидный, илистый, песчаный и т.д.); цвет (бурый, черный, желтый и пр.);
е) температура воды и воздуха.
5. В конце полного описания точки наблюдения по общей схеме приводятся сведения об отобранных пробах воды по видам анализов и результаты полевого химического анализа в случае его проведения непосредственно у водопроявления с помощью полевой лаборатории.
Описание пластовых выходов подземных вод и мочажин проводится по этой же схеме. Для пластовых выходов дополнительно указывается их протяженность, параметры струй – максимальный, минимальный дебиты; их наиболее характерные изменения по длине выхода; количество.
Методы определения дебита родников и расходов
поверхностных водотоков
1.Объемный.
Замеры дебитов родников или расходов воды мелких ручьев осуществляется с помощью емкости известного объема и секундомера.