Тема 8. Взаимосвязь поверхностных и подземных вод

8.1. Методика анализа 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.

Задача 8.1

Построить карту гидроизогипс на топографической основе заданного масштаба (рис. 8.2), используя данные табл. 8.1.

Необходимо:

1. Определить направление движения грунтовых вод, показать его стрелкой на карте.

2. На участках определить гидравлический уклон потока.

3. Охарактеризовать условия питания и разгрузки грунтовых вод.

4. Охарактеризовать характер связи между грунтовыми и поверхностными водами реки.

5. Определить на участке проектируемого поселка (в центре – точка Д) глубину залегания и мощность грунтовых вод.

6. Рекомендовать места расположения скважин или колодцев для водоснабжения поселка.

Пример решения варианта № 1

1. Для построения карты вычислим абсолютную отметку уровня воды по каждому водопункту и результаты занесем в графу 5 табл. 8.1.

2. Вычислим мощность водоносного горизонта в каждом водопункте, результаты занесем в графу 6 табл. 8.1.

Таблица 8.1

Дано				Определить
№ водо- пункта	абсолютная отметка устья, м	уровень воды в скважине, м	абсолютная отметка кровли водоупора, м	абсолютная отметка уровняв воды, м	мощность водоносного горизонта, м
1	2	3	4	5	6
1	84,5	27,5	41,7	57,0	15,3
2	95,0	34,2	44,3
3	100,0	26,8	46,5
4	75,0	21,3	38
5	83,0	20,0	40
6	61,5	15,4	29,9
7	70,0	18,4	32
8	77,0	17,7	34,8
9	50,0	5,1	25,9
10	67,5	14,8	28,1
11	74,0	20,4	33,0
12	48,0	2,1	25,7

3. На топографической основе около каждого водопункта проставим справа абсолютные отметки уровня воды.

4. Интерполируем абсолютные отметки уровня (сечение гидроизогипс 2 м) и проводим гидроизогипсы.

5. Проанализировав построение гидроизогипс, устанавливаем, что движение потока грунтовых вод происходит с северо-востока на юго-запад.

6. Гидравлический уклон потока определяем на участках А–Б и В–Г. Он равен разности отметок уровня воды в этих точках, деленной на расстояние между этими точками.

Уклон на участке А–Б:

j = 66-62/1000 = 0.004,

а на участке В–Г j = 56-52/500 = 0,008.

По карте гидроизогипс устанавливаем:

1. Водоносный горизонт получает питание по всей площади распространения, областью разгрузки является река.

2. Грунтовые воды питают поверхностные воды реки.

3. Глубина залегания уровня воды в центре поселка 18,4 м, мощность грунтовых вод 19,6 м.

4. Колодцы или скважины для водоснабжения поселка рациональнее расположить в северо-западной части поселка, так как в этом случае водозабор будет находиться выше по потоку грунтовых вод относительно поселка, что исключает загрязнение грунтовых вод с поверхности.

Рис. 8.2. Карта гидроизогипс

1 – скважина (справа номер, слева – абсолютная отметка);

2 – гидроизогипсы; 3 – горизонтали поверхности; 4 – изогипсы водоупора;

5 – направление движения грунтовых вод; 6 – произвольно взятые точки

для определения уклона и глубины до воды

Задача 8.2

По фрагментам карт гидроизогипс, приведенным на рис. 8.3, установите взаимосвязь подземных и поверхностных вод, укажите направление течения грунтового потока, область его питания и разгрузки. На каком участке скорость потока будет максимальной?

Рис. 8.3. Фрагменты карт гидроизогипс

Таблица 8.2

Вариант	№ рисунка	Вариант	№ рисунка
1	7,3 А	5	7,3 Д
2	7,3 Б	6	7,3 Е
3	7,3 В	7	7,3 Ж
4	7,3 Г	8	7,3 З