
- •Часть 1. Теоретические основы гидрогеологии
- •Глава 1. Базовые положения курса
- •Объект и предмет гидрогеологии
- •Связь общей гидрогеологии с другими разделами гидрогеологии и смежными науками
- •Краткие сведения из истории развития гидрогеологии
- •Глава 2. Распространение воды на земле
- •2.1. Уникальность свойств и структура воды
- •2.2. Гидросфера и ее составные части
- •2.3. Надземная гидросфера
- •Наземная гидросфера
- •2.5. Подземная гидросфера
- •Глава 3. Единство природных вод и их круговорот на земле
- •Единство и баланс природных вод
- •Круговорот воды на земле
- •Физические поля земли, гидрогеологические закономерности и законы гидрогеологии
- •Глава 4. Залегание и распространение
- •Подземных вод
- •Принципы гидрогеологической стратификации и районирования
- •Подземные воды дна мирового океана
- •Глава 5. Физические формы массопереноса в системе вода - порода
- •Характеристика элементов системы
- •5.2. Фильтрация подземных вод
- •Глава 6. Химические формы переноса вещества в системе вода - порода
- •2. В числителе - в граммах на килограмм, в знаменателе - в процент-эквивалентах.
- •Основные ионы,
- •Газовый состав подземных вод
- •Основные факторы и процессы формирования химического состава подземных вод
- •Глава 7. Запасы, ресурсы и режим подземных вод 7.1. Понятие о запасах и ресурсах подземных вод
- •7.2. Формирование ресурсов
- •Режим подземных вод
- •Глава 8. Этапы развития подземной гидросферы и их влияние на современную гидрогеологическую обстановку
- •Непрерывность, необратимость и цикличность развития земли
- •8.3. Эволюция подземной гидросферы
- •Часть 2. Методические основы и практические приложения гидрогеологии
- •Глава 9. Методы гидрогеологических исследований
- •Виды гидрогеологических исследований
- •Факторы, определяющие объем работ при гидрогеологических съемках
- •Открыть зажим шланга 1 и дать фут- больной камере 4 расшириться для приведения давления к атмосферному;
- •Глава 4. Подземные воды. Обоснование принятой гидрогеологической стратификации (выделение водоносных горизонтов и комплексов, водоупоров).
- •Опытные фильтрационные и миграционные работы
- •9.4 Геофизические работы
- •9.6. Лабораторные исследования
- •9.7. Сбор, хранение и обработка информации
- •Моделирование гидрогеологических процессов и прогнозирование
- •Научно-исследовательская работа
- •Глава 10. Месторождения подземных вод
- •Понятие о месторождении подземных вод
- •Пресные подземные воды
- •Минеральные лечебные воды и воды промышленного и теплоэнергетического
- •Задание для самопроверки
- •Глава 11. Проблемы экологической гидрогеологии
- •11.2. Загрязнение подземных вод
- •Особенности эколого-гидрогеологических исследований
- •Глава 5. Физические формы массопереноса в системе вода-порода 181
- •Глава 6. Химические формы переноса вещества в системе вода-порода 202
- •Глава 7. Запасы, ресурсы и режим подземных вод 255
- •Глава 8. Этапы развития подземной гидросферы и их влияние
- •Часть 2. Методические основы и практические приложения гидрогеологии 310
- •Глава 9. Методы гидрогеологических исследований 310
- •197101 Санкт-Петербург, ул б Монетная, 16
отображение полученных картографических материалов, а также изготовление твердой копий карт и сопровождающих карты материалов.
Компьютерное гидрогеологическое картографирование отображает авторские представления о гидрогеологических условиях территории исследований с использованием современных программно-технических средств и обеспечивает, во-первых, расширение видов гидрогеологических карт с учетом возросшей роли информации о гидрогеологических условиях, о свойствах подземных вод как источнике надежного водоснабжения и их динамике, гидрогеологических процессах в аспекте экологии территорий; во-вторых, обновление содержания гидрогеологических карт; в-третьих, изображение послойно (объемно) гидрогеологической информации и, наконец, практически неограниченную детальность представления информации.
Состав и структура технологий гидрогеологического картографирования должны отражать разнообразие гидрогеологических карт: карт, предназначенных для специалистов-гидрогеологов и карт, которые должны удовлетворять широкий пользовательский спрос. К первой группе относятся гидрогеологические карты, составляемые по листам номенклатуры международной разграфки, которые должны стать компонентом информационной системы геологических карт России, а также карты объектов поисково- разведочных и исследовательских работ, составляемые для отдель
346
ных
гидрогеологических тел, структур и
регионов в масштабах, обусловленных
задачами изучения и освоения недр.
Применительно
к сложности и специализации решаемых
задач картографирования целесообразно
использовать принцип многопакетного
программного обеспечения построения
карт, привлекая функции различных
программных средств, в том числе
эффективных зарубежных программных
средств (ArcView,
Arclnfo и
др.) для создания оптимальных технологий
картопостроения.
Окончательный
вариант карты рассматривается на НТС
организации-исполнителя в установленном
порядке с приглашением представителя
заказчика.
Принятые
НТС и подготовленные к изданию
государственные гидрогеологические
карты, их цифровые модели и распечатки
масштабов 1:200 ООО и 1:1 ООО ООО вместе с
объяснительной запиской в формате
редактора WinWord
направляются
на экспертизу в научный совет (ВСЕГИНГЕО,
Минприроды РФ).
Объяснительная
записка к гидрогеологической карте.
Текст записки должен достаточно полно
отражать физико-географические,
геологические и гидрогеологические
условия территории, но при этом необходимо
уложиться в отведенный объем страниц
(особенно при подготовке карт к
изданию). Объяснительная записка к
издаваемым общим гидрогеологическим
картам строится по следующему плану
[27, 43]:
Введение.
Краткое географическое описание района,
сведения о промышленности, сельском
хозяйстве; данные о рельефе, климате,
гидрографии, растительности, почвах.
История геологического,
гидрогеологического, геофизического
изучения территории. Сроки проведения,
объемы работ, состав исполнителей.
Глава
1. Геологическое строение.
Стратиграфия, тектоника, магматизм,
история геологического развития района.
Литологический состав пород,
пористость, трещиноватость, характер
тектонических нарушений с точки зрения
возможной их обводненности. Материал
главы является основой для выделения
гидрогеологических подразделений
(водоносных горизонтов, водо- упоров и
пр.), областей и участков питания и
разгрузки подземных вод.
347
Глава
2. Мерзлотные условия
(обязательна для районов развития
многолетней мерзлоты). Распространение
мерзлых пород по площади и в разрезе,
степень прерывистости мерзлоты,
льдистость пород. Наледи, талики и их
гидрогеологическая роль.
Глава
3. Геоморфология.
Развитые на территории генетические
типы рельефа. Денудационные и террасовые
поверхности, погребенные долины.
Современные экзогенные процессы:
выветривание, карст, мерзлотные
процессы. Роль человеческой деятельности
в формировании рельефа.
Гидрогеологические
подразделения.Глава 4. Подземные воды. Обоснование принятой гидрогеологической стратификации (выделение водоносных горизонтов и комплексов, водоупоров).
Характеристика распространения
каждого из выделенных гидрогеологических
подразделений по площади и в разрезе,
мощность, состав слагающих его пород
и их фациальные изменения. Гидродинамическая
характеристика - данные о
водно-физических свойствах пород,
водопроницаемости, водопроводимости,
глубине залегания подземных вод,
напорах и их изменении во времени,
дебитах и удельных дебитах водопунктов,
направлении движения подземных вод,
гидравлической взаимосвязи водоносных
горизонтов и комплексов. Гидрогеологическая
роль водоупорных горизонтов.
Гидрогеохимическая характеристика
- минерализация, химический и газовый
состав подземных вод и их изменение
по площади, в разрезе и во времени.
Основные гидрогеологические закономерности. Общие закономерности распространения и формирования подземных вод, условия питания и разгрузки, вертикальная зональность, общие особенности гидрогеологического режима. Гидрогеологическое районирование территории на основании выявленных закономерностей.
Народнохозяйственное значение подземных вод. Использование подземных вод в хозяйственно-питьевых целях, для орошения, в лечебных целях, для извлечения промышленно-ценных компонентов, для получения тепловой энергии. Перспективы добычи подземных вод разного назначения. Возможное негативное влияние подземных вод при строительстве, добыче полезных ископаемых,
348
освоении
земель и пути его ослабления или
устранения. Возможность применения
поисковых гидрогеохимических методов
для районов, перспективных на рудные
полезные ископаемые, соли, нефть.
Эколого-гидрогеологическое состояние
подземной гидросферы (при отсутствии
специальных работ по ЭГИК).
Заключение.
Рекомендации по рациональному
использованию и охране подземных
вод, по дальнейшим гидрогеологическим,
эколого-гидрогеологическим исследованиям
и перспективам гидрогеологических
работ на рассматриваемой территории.
Объяснительная
записка сопровождается рисунками,
мелкомасштабными схемами, каталогами
опорных водопунктов и таблицами
химических анализов воды по опорным
водопунктам и пр.
В
объяснительной записке к гидрогеологической
карте специального назначения
указанные выше сведения излагаются по
возможности кратко, но вводятся
специальные главы, например, «Карст»,
«Гидрогеохимическиё ореолы рассеяния»,
«Мелиоративное районирование»,
«Закономерности распространения
углекислого газа в подземных водах»
и т.д.
Отчеты
по гидрогеологической съемке защищаются
на научно-технических советах
производственных геологических
организаций, заказчика (федерального
или регионального агентства по
недропользованию), ВСЕГИНГЕО.
Используемые
при гидрогеологических прогнозах
аналитические решения и дифференциальные
уравнения, описывающие движение воды
и растворенного вещества в подземном
пространстве в различных гидрогеологических
условиях, включают в себя параметры,
характеризующие фильтрационные и
миграционные свойства горных пород.
В силу неоднородности геологической
среды и, как следствие, необходимости
резкого увеличения репрезентативного
объема выборки возможность определения
таких параметров на лабораторных
установках крайне ограничены, что
требует проведе
349Опытные фильтрационные и миграционные работы
ния
полевых экспериментов. К основным видам
полевых методов опробования можно
отнести опытные откачки, наливы в шурфы,
нагнетания, экспресс-опробование
гидрогеологических скважин, миграционные
эксперименты и режимные наблюдения.
Эти исследования проводятся при
решении самого широкого круга
гидрогеологических задач: разведке
месторождений питьевых, промышленных
и минеральных вод; изучении и прогнозе
распространения загрязняющих
компонентов в подземных водах; анализе
гидрогеологических условий
эксплуатации месторождений твердых
полезных ископаемых и др. Здесь мы не
будем подробно останавливаться на
методах интерпретации опытных работ
- этот материал дается в курсе динамики
подземных вод.
Откачки
могут быть классифицированы по целевому
назначению и по особенностям
постановки эксперимента. В первом
случае по целевому назначению их
можно разделить на пробные, опытные
и опытно-эксплуатационные. В процессе
откачек ведутся наблюдения за
расходом и изменениями уровней воды в
откачивающих и наблюдательных
скважинах. Пробные откачки обычно
кратковременные - одна-две смены.
Основной определяемой характеристикой
при их проведении часто является
удельный дебит, величина которого
позволяет ориентировочно оценить
проводимость пласта по эмпирической
зависимости Т—
(100 ± 20)q.
Подобные
откачки обычно проводятся на поисковой
стадии гидрогеологических исследований.
Опытные
откачки обычно имеют продолжительность
1-2 недели. При их интерпретации, как
правило, используют аналитические
решения, наиболее подходящие к
гидрогеологическому разрезу участка
и учитывающие режим фильтрации (напорный,
безнапорный, напорно-безнапорный),
наличие в плане питающих или непроницаемых
границ, характер связи со смежными
водоносными горизонтами. По результатам
интерпретации могут быть получены
следующие параметры: водоотдача,
упругоемкость, проводимости основного
и смежных горизонтов, уровне- или
пьезопроводность, коэффициенты
фильтрации разделяющих относительно
водоупорных пластов.
Опытно-эксплуатационные
откачки проводят на заключительной
стадии оценочных работ. Их продолжительность
составляет
350
|
|
|
1! со л |
1 i |
|
|
|
• |
а: |
|
•г*0" |
|
|
ГН»
Ё=1 2 Цз 14 5^6
Рис
75 Разрез по опытному гидрогеологическому
кусту в водоносном горизонте грунтовых
вод
I
- пески, 2 - глины (водоупор), 3 - центральная
скважина, из которой производится
откачка воды, 4 - наблюдательные скважины,
5 - уровень грунтовых вод до начала
откачкн, 6 - депресснонная воронка
351
Наливы
в шурфы
используются для изучения условий
питания подземных вод, а также на
участках строительства хвостохрани-
лищ, где требуется оценка фильтрационных
свойств пород зоны аэрации. Разработано
несколько методов постановки подобных
экспериментов, различающихся
применяемым оборудованием и методикой
интерпретации результатов. Эксперименты,
как правило, проводят при постоянном
уровне воды в шурфе до стабилизации
расхода. Основной определяемый
параметр - коэффициент фильтрации при
полном водонасыщении.
Нагнетания
в скважины
часто проводят для обоснования
строительства гидротехнических
сооружений. Основная цель этих работ
- дифференциация геологического разреза
по трещиноватости, что требует
поинтервального опробования, для чего
отдельные интервалы изолируются с
помощью специальных пакеров. Нагнетание
обычно ведут при нескольких ступенях
повышения давления на устье скважины,
причем каждая ступень продолжается до
стабилизации расхода поглощения.
Экспресс-опыты
часто используют для оценки фильтрационных
свойств пород на участках загрязнения
подземных вод и строительства, когда
необходимо опробовать слабо водообильные
горизонты, сложенные тонкозернистыми
песками и супесями. Сначала в скважине
быстро создается гидродинамическое
возмущение (понижение или повышение
уровня за счет откачки или налива
соответственно), а затем ведутся
наблюдения за восстановлением уровня.
Такие эксперименты относительно дешевы
и просты в исполнении, хотя достоверность
получаемой информации не слишком
высока.
Опытно-миграционные
работы
позволяет установить миграционные
параметры горных пород: активную
пористость, коэффициент гидродисперсии,
коэффициент задержки (за счет проявления
сорбционных процессов), параметры
массообмена в гетерогенных средах.
В качестве индикаторов обычно используют
инертные трассеры (хлориды, бромиды),
сорбируемые индикаторы, радиоактивные
метки. Основные требования - возможность
экспрессного анализа проб на месте
проведения экспериментов и экологическая
безопасность. Миграционные опыты
проводятся либо в естествен
352
ном
потоке, либо в процессе
■ проведения
опытно-фильтраци-
онных работ. Опыт
в естествен-
ном потоке позволяет
изучить
миграционный процесс в
усло-
виях, наиболее приближенных
к
природным, и наряду с перечис-
ленными
параметрами опреде-
лить направление
и скорость
миграции загрязнителя в
естест-
венном потоке. Основным
не-
достатком таких экспериментов
является
их длительность (до
нескольких
месяцев).
Эксперименты
в возму-
щенном
потоке обычно ведут по одной из следующих
схем:
односкважинный
эксперимент в режиме закачка-откачка;
запуск индикатора в центральную скважину, работающую в режиме закачки;
запуск индикатора в наблюдательную скважину и наблюдение за его приходом в центральную (откачивающую) скважину;