3.9. ВЗАЄМОДІЯ СВЕРДЛОВИН І ОРГАНІЗАЦІЯ ВОДОЗНИЖЕННЯ

Q′ =

1,37k f ( 2H − S )S

,

(3.27)

Rn

0

lg nr n−1r

0

де S – зниження рівня води у свердловині, м; r – радіус свердловини, м.

3.10. ГІДРОГЕОЛОГІЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ

До основних видів гідрогеологічних досліджень належать гідрогеологічна зйомка,

польові і лабораторні дослідно-фільтраційні роботи, стаціонарні спостереження за режимом

підземних вод, геофізичні дослідження та деякі інші.

У процесі гідрогеологічної зйомки вивчають виходи підземних вод на поверхню,

зв’язок поверхневих вод із підземними, досліджують водоносні горизонти, умови й глибину

залягання, а також закономірності розповсюдження підземних вод, умови їх живлення, цир-

куляції та розвантаження, хімічний склад і фізичні властивості вод окремих горизонтів,

установлюють зв’язок хімічного та газового складу підземних вод із можливими родовища-

ми корисних копалин, вивчають процеси, пов’язані з діяльністю підземних вод – карст, су-

фозію, зсуви тощо; проводять детальне вивчення даних про режим підземних вод. Окремо

виконуються роботи з пошуку родовищ підземних вод з метою забезпечення водопостачання

конкретних об’єктів.

Для визначення коефіцієнта фільтрації породи водоносного шару і дебіту колодязя

(свердловини) проводять дослідні відкачування води. Під дебітом свердловини розуміють

об’єм води, який можна відкачувати зі свердловини за одиницю часу протягом тривалої екс-

плуатації.

Відкачування можуть бути поодинокими та кущовими. Під час кущових відкачувань

проходять центральну й допоміжні свердловини, розміщені у двох взаємно перпендикуляр-

них променях. Свердловини при дослідних відкачуваннях можуть бути як досконалими, так і

недосконалими. Як водопідйомники використовують штангові поршневі, а також занурювані

насоси. Їх продуктивність приймається

а

V

на 5-10% більшою за очікуваний дебіт.

3

Відкачування проводять при 1-3 зни-

женнях. Величина знижень та різниця

між ними не повинна бути менша ніж 1

IV

м. Тривалість відкачування на кожне

1

I

II

III

зниження – 1-5 діб. Об’єм води, що від-

качують, визначають за допомогою мір-

б

I

II

III

них посудин.

Розташування

свердловин

при

2

кущових відкачуваннях і переріз по од-

ному з променів показані

на рис. 3.17.

4

5

Відстань від центральної до спостереж-

6

них свердловин приймається відповідно,

S

м: у супісках 1-3, 4-8, 9-18, у пісках 2-5,

7-15, 17-30. Відкачування води прово-

дять із центральної свердловини. Спо-

стережні свердловини призначені

для

Рис. 3.17. Схема проведення дослідних відка-

заміру рівня води за межами центральної

чувань води:

свердловини. В ході відкачування рівень

а

– розташування свердловин;

б – розріз за

води в центральній свердловині підтри-

свердловинами I, II, III; 1 – центральна сверд-

ловина; 2 – рівень грунтових вод; 3 – напрям

мують на позначці,

яка відповідає при-

йнятому зниженню.

У цей час навколо

руху вод; 4, 5, 6 – лінії депресії при послідов-

них зниженнях рівня води

центральної

свердловини

формується

Q,

депресійна поверхня, котра займає послідовне

м3/год

1

2

положення 4, 5, 6 (див. рис. 3.17). Це формуван-

ня реєструють заміром рівнів води у спостереж-

них свердловинах. Якщо після 8-10 годин безпе-

рервного відкачування не буде відмічено падіння

або підвищення рівня води в спостережних свер-

дловинах, то замірюють об’єм води, яку відка-

чують із центральної свердловини за одиницю

0

часу. Цей об’єм є дебітом свердловини при зада-

1

2 3 4

5 6 S, м

ному зниженні. При проведенні відкачувань

Рис. 3.18. Криві залежності дебіту

складають графік, який показує залежність дебі-

свердловини від зниження рівня води:

ту свердловини від величини зниження (рис.

1 – для напірних вод; 2 – для ненапір-

3.18). Із цього графіка видно, що у ненапірних

них вод

водах дебіт збільшується до певного значення, а

q = Q / S ,

(3.28)

kf =

Q(lg R −lg r ) ,

(3.29)

1,37( H 2 −h2 )

де Q – дебіт свердловини.

1

Для визначення коефіцієнта фі-

льтрації порід, що залягають вище від

рівня підземних вод, проводять дослі-

2

дні наливання води в колодязі (сверд-

ловини). Такі роботи виконують, на-

приклад, при вивченні водопоглинан-

ня порід полів фільтрації тощо.

3

Із цією ж метою можливе вико-

4

7

ристання приладу для визначення во-

допроникності ґрунтів (рис. 3.19).

8

Прилад складається з двох герметич-

них бачків (посудин Маріотта), шта-

тива і двох кілець різного діаметра.

5

Вода в кільця подається автоматично

за допомогою бачків. Кожен бачок об-

ладнаний двома трубками – повітря-

ною та водоспускною й установлюєть-

6

ся таким чином, щоб кінець повітряної

трубки був на рівні води, а водоспус к-

ної – на 2-3 см нижче. Коли рівень во-

ди закриває отвір повітряної трубки,

повітря в бачок не надходить і вода з

нього не виливається. При пониженні

рівня води нижче від отвору повітря-

Рис. 3.19. Прилад для визначення водопроникності

ної трубки в бачок надходить повітря,

ґрунтів:

даючи

змогу витікати відповідному

1 – бачок; 2 – водомірна шкала; 3 – висок; 4 – шта-

об’єму води для відновлення постій-

тив; 5 – внутрішнє кільце; 6 – зовнішнє кільце;

ного рівня. Рівень води повинен сяга-

7 – повітряна трубка; 8 – водоспускна трубка

ти рисок, які нанесені на кільцях. На

бачках закріплені водомірні стекла з нанесе-

0

ною шкалою. Трубки одного бачка мають бути

4

20

напрямлені у внутрішнє кільце, а другого – в

40

проміжок між внутрішнім і зовнішнім. У про-

3

60

цесі досліду проводять заміри витрат води у

80

ґрунт площею меншого кільця. Результати до-

100

сліду заносять у журнал. Через деякий час піс-

ля початку досліду об’єм води, що інфільтру-

3

1

ється у ґрунт за однаковий проміжок часу, ста-

білізується. Коефіцієнт фільтрації, м/добу, мо-

жна визначити за формулою

k f = Q ,

(3.30)

A

H

де Q – витрата води, м3/добу; A – площа мен-

2

2

h

шого кільця, м .

У лабораторних умовах коефіцієнт фі-

льтрації визначається за допомогою різних

приладів. Наприклад, широко використовуєть-

ся універсальна трубка КФ (рис. 3.20). Коефі-

цієнт фільтрації, м/добу, при заданій темпера-

турі визначають за формулою

Рис. 3.20. Схематичний розріз універ-

k f = Q 864 ,

(3.31)

сальної трубки КФ: 1 – пісок; 2 – вода;

3 – сітка; 4 – мірна посудина

t A I

де Q – об’єм профільтрованої води, см3; 864 –

коефіцієнт для переведення одиниці см/с у м/добу; t – час фільтрації, с; A – площа попереч-

ного перерізу трубки, см2, I – напірний градієнт.

Оскільки величини A та I є параметрами приладу, то дослід зводиться до визначення

часу t, протягом якого профільтрується об’єм Q води. Для визначення коефіцієнта фільтрації,

м/добу, при tº=10ºC (із метою одержання порівнюваних результатів) використовують форму-

лу

k10f = kf

/τ ,

(3.32)

де τ – температурний коефіцієнт, що можна визначити за формулою

tº – температура води, ºС.

τ = 0,7 + 0,3 t°,

(3.33)

Для орієнтовного визначення коефіцієнта фільтрації можна скористатися різноманіт-

ними таблицями, номограмами або формулами. Зокрема, використовується формула Хазена

k f

= c d102 τ , м/добу,

(3.34)

де c – емпіричний коефіцієнт, який приймається від 400 до 1200, залежно від величини час-

тинок, їх однорідності та домішок глинястих частинок (для чистих й однорідних пісків

c=1200…800, для забруднених і неоднорідних c=800…400); d10

– діаметр частинок, менше

котрого в даній породі знаходиться (за масою) 10% частинок, мм.

Орієнтовні значення коефіцієнтів фільтрації в різних породах наведені в таблиці 3.3.

Ґрунт

k f , м/добу

Ґрунт

k f , м/добу

Пісок крупний

55-25

Супісок

2-1

Пісок середньої крупності

25-10

Суглинок

1-0,1

Пісок дрібний

10-5

Глина

0,1-0,001

Пісок пилуватий

5-2

і менше

Масштаб 1:10000

Складена 17.09.2000

2

27,3

26,4

16

21,0

1

31,0

11

12

20,8

17

21,5 22

31

28

Коломак

2

26

р.

30

24

13

21,1

3

28,9

4

26,1

22

6

26,0

8

23,4

29

20

28

7

23,9

10

20,6

5

26,5

14

18,6

27

9

20,8

15

20,8

21

26

25

24

23

22

21

20

19

19

20

20

Горизонталі

20

Гідроізогіпси

Свердловини

Рис. 3.21. Карта поверхні ґрунтових вод у гідроізогіпсах

Для того, щоб мати уявлення про поверхню ґрунтових вод, складають карти поверхні

ґрунтових вод у гідроізогіпсах (рис. 3.21.). Роблять це в ході інженерно-геологічних або гід-

рогеологічних досліджень. Гідроізогіпси – це лінії, які з’єднують точки з однаковими позна-

чками поверхні ґрунтових вод. Їх побудова аналогічна побудові горизонталей при складанні

топографічних карт.

Для складання карт гідроізогіпс на ділянці проходять розвідувальні свердловини на

воду, які розміщують згідно з особливостями рельєфу. Використовують також існуючі виро-

бки, колодязі, виходи ґрунтових вод на поверхню та ін. Шляхом нівелювання визначають

абсолютні або відносні позначки поверхні землі в кожній точці утвореної сітки. Після заміру

глибини залягання води, яке проводиться за допомогою мірного шнура з хлопавкою протя-

гом 1-2 днів, визначають позначки поверхні води в кожній виробці. Прив’язавши всі сверд-

ловини й інші пункти заміру глибини залягання води до топографічної карти за відомими

правилами складають карту поверхні ґрунтових вод у гідроізогіпсах на певну дату, котра

вказується на карті. Маючи таку карту можна легко визначити глибину залягання ґрунтової

води в будь-якій точці, напрям руху ґрунтових вод, що визначається напрямом перпендику-

N

1

ляра, проведеного до дотичної до гідроізогіпси в бік гі-

дроізогіпси з меншою позначкою, а також ухил ґрунто-

2

62,9

63,5

вих потоків у напрямках, які нас цікавлять.

62,3

За необхідності складаються карти ізобат. Ізоба-

тами називаються лінії, що з’єднують точки з однако-

3

вими глибинами залягання ґрунтових вод.

S

Для визначення напрямку руху ґрунтового пото-

ку можна скористатися правилом трикутника. Встано-

62,9

вивши позначки поверхні ґрунтових вод у трьох сверд-

2

ловинах, які розміщені у вершинах трикутника зі сторо-

нами 100-150 м, визначають напрям руху води шляхом

Рис.

3.22. Схема для

визначення

напряму руху

ґрунтових вод за

графічної побудови, показаної на рис. 3.22. На стороні,

яка з’єднує свердловини з максимальними та мінімаль-

трьома свердловинами:

ними позначками, треба знайти точку з позначкою, що

1 – головна свердловина; 2 – спо-

стережні свердловини; 3 – напрям

відповідає позначці третьої свердловини. Після цього

руху води

необхідно з’єднати ці дві точки прямою. Пряма, яку