Геология и гидрогеология

Рекомендовано методической комиссией инженерного факультета 05.08.2008 (протокол №36).

Составил А.А. БОРОВИКОВ.

УДК 55:556.3 (072)

Геология и гидрогеология: методические указания / Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; Сост. А.А. Б о р о в и к о в. Горки, 2009. 24 с.

Приведены содержание и объем учебной работы студентов по дисциплине, методические указания по выполнению контрольной работы.

Для студентов инженерного факультета заочной формы обучения специальности 1-74 05 01 Мелиорация и водное хозяйство.

Рисунков 7. Приложений 3.

Рецензенты: канд. техн. наук, доценты Н.В. ВАСИЛЬЕВА, В.И. ВИХРОВ.

© Составление А.А. Боровиков, 2009 © Учреждение образования «Белорусская государственная

сельскохозяйственная академия», 2009

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания по дисциплине «Геология и гидрогеология» разработаны в соответствии с требованиями к знаниям

иумениям по циклу общеобразовательных дисциплин, изложенными в образовательном стандарте по специальности 1-74 05 01 Мелиорация и водное хозяйство.

Студенты, обучающиеся по этой специальности, должны быть подготовлены к профессиональной деятельности в области проектирования, строительства, реконструкции, эксплуатации объектов мелиорации и водного хозяйства.

Внастоящее время в нашей стране проводится широкая программа по интенсификации сельского хозяйства.

Невозможно улучшать (мелиорировать) земли, не зная природных условий их образования и развития. Мелиорация земель означает научно обоснованное умение предвидеть не только близкие результаты, но и отдаленные последствия вмешательства человека в природную среду и технически грамотное, умелое, культурное улучшение состояния земель в сторону повышения их плодородия и обеспечения устойчивых урожаев.

Поэтому инженер-гидротехник должен достаточно хорошо разбираться в природных условиях мелиорируемых земель, уметь правильно оценить их, используя для этого и свои, и уже имеющиеся материалы исследований. Более того, поскольку мелиорация земель связана с устройством различных инженерных сооружений, каналов, дренажей, водохранилищ, то необходимы знания и по основам инженерной геологии – науки о взаимодействии природной среды (пород-грунтов, подземных вод, различных геологических явлений и др.) с инженерными сооружениями.

Одной из общепрофессиональных дисциплин является геология и гидрогеология. Цель ее изучения – приобретение студентами теоретических и практических знаний по геологии, гидрогеологии, инженерной геологии, необходимых инженеру-гидротехнику.

Изучение геологии и гидрогеологии базируется на знаниях таких дисциплин, как высшая математика, физика, химия, инженерная геодезия, основы сельскохозяйственной экологии и охраны природы.

Геология и гидрогеология предшествуют изучению таких дисциплин, как строительные материалы и изделия, основания и фундаменты, комплексные изыскания мелиоративных и водохозяйственных объектов, сельскохозяйственное водоснабжение, сельскохозяйственные мелиорации, гидротехнические сооружения, комплексное использование

иохрана водных ресурсов.

3

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Ос н о в н а я

1.К а ц, Д.М. Основы геологии и гидрогеология / Д.М. Кац. М.: Колос, 1981.

2.Т о л с т о й, М.П. Геология и гидрогеология / М.П. Толстой, В.А. Малыгин. М.:

Недра, 1988.

До п о л н и т е л ь н а я

3.К и р ю х и н, В.А. Общая гидрогеология / В.А. Кирюхин, А.И. Коротков, А.Н. Павлов. Л.: Недра, 1988.

4.М и х а й л о в, Л.Е. Гидрогеология / Л.Е. Михайлов. Л.: Гидрометиздат, 1985.

5.Т о л с т о й, М.П. Геология с основами минералогии / М.П. Толстой. М.: Агропромиздат, 1990.

6.3 а к р е в с к и й, В.И. Основные минералы и горные породы / В.И. 3акревский, Ю.Г. Черномордик. Горки: БСХА, 1983.

7. 3 а к р е в с к и й, В.И. Учебная практика по геологии и гидрогеологии / В.И. 3акревский, Ю.Г. Черномордик. Горки: БСХА, 1987.

8.3 а к р е в с к и й, В.И. Основные гидрогеологические свойства горных пород / В.И. 3акревский, Ю.Г. Черномордик. Горки: БСХА, 1985.

9.СТБ 943 – 93. Грунты. Классификация. Минск, 1995. 18 с.

Кроме этого студенты могут использовать и другую имеющуюся литературу по геологии, гидрогеологии и инженерной геологии, в том числе энциклопедии и справочники.

1.ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Врезультате изучения дисциплины студент должен знать:

1. Строение Земли и земной коры.

2. Породообразующие минералы, их образование, свойства, клас-

сификацию.

3.Горные породы, их происхождение, образование, условия залегания, распространение.

4.Геологическую историю Земли и геохронологию.

5.Геологические инженерно-геологические процессы и явления.

6.Основы грунтоведения. Состав и физико-механические свойства грунтов. Классификацию грунтов для инженерно-геологических целей (инженерно-геологическая классификация).

7.Физические и водные свойства горных пород.

8.Виды воды в горных породах. Происхождение, классификацию, состав, свойства и распространение подземных вод в земной коре. Химический состав подземных вод и методы его выражения.

9.Основы динамики подземных вид, закономерности их движения. Режим, баланс, запасы и охрану подземных вод. Гидрогеологические параметры.

10.Виды и содержание гидрогеологических и инженерногеологических исследований при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов мелиорации и водного хозяйства.

4

11. Содержание, методику составления и чтения геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических карт и разрезов.

После изучения дисциплины студент должен уметь:

1.Хорошо ориентироваться в содержании, назначении и практическом применении в мелиоративном строительстве знаний по геологии, гидрогеологии и инженерной геологии в их связи и взаимодействии как между собой, так и с другими дисциплинами.

2.Определять породообразующие минералы и горные породы по их свойствам.

3.Составлять и читать геологические, гидрогеологические и инже- нерно-геологические карты и разрезы, оценивать инженерногеологические и гидрогеологические условия для строительства.

4.Определять и оценивать физические и водные свойства горных пород.

5.Определять физические свойства, обрабатывать результаты химических анализов подземных вод и давать оценку их качества (пригодности) для водоснабжения и орошения.

6.Определять основные гидрогеологические параметры. Выполнять расчеты по определению расхода потока и притока подземных вод к водозаборным сооружениям.

7.Производить необходимые гидрогеологические и инженерногеологические расчеты и использовать их результаты на практике.

8.Изучать режим грунтовых вод и использовать полученные данные при оценке мелиоративного состояния земель.

9.Производить гидрогеологические и инженерно-геологические исследования для определения геологического строения, гидрогеологических и инженерно-геологических условий исследуемой территории.

10.Оценивать и использовать материалы гидрогеологических и инженерно-геологических исследований при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов мелиорации и водного хозяйства.

2. СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Всостав учебной работы студентов-заочников по дисциплине «Геология и гидрогеология» входят самостоятельная работа с литературой, выполнение одной контрольной работы, аудиторные занятия во время сессии. Квалификационная аттестация – экзамен.

Курс «Геология и гидрогеология» состоит из трех разделов, включающих различные отрасли геологической науки.

Впервом разделе рассматриваются вопросы общей геологии (минералогии и петрографии, тектоники, стратиграфии, динамической геологии, исторической геологии).

5

Второй раздел курса охватывает основы гидрогеологии: общей гидрогеологии, гидрогеохимии, динамической гидрогеологии, а также историю формирования и условия залегания водоносных горизонтов, их запасы, режим и баланс.

Третий раздел курса рассматривает некоторые вопросы инженерной геологии: водные и прочностные свойства пород и грунтов; инже- нерно-геологические процессы, связанные с определенными видами строительства; виды инженерно-геологических исследований для целей мелиоративного и водохозяйственного строительства.

Основная часть курса изучается заочно, только некоторые разделы в виде лекций и лабораторно-практических занятий выносятся на сессию. Однако это лишь небольшая часть курса (около 10%). В целом лекции носят ориентирующий, направляющий характер, так как имеется в виду, что теоретический курс уже проработан студентом. Лабо- раторно-практические занятия в период сессии выполняются для закрепления изученного самостоятельно материала.

В состав аудиторных занятий во время сессии входят: обзорные лекции – 10 часов; лабораторно-практические занятия – 10 часов. Ла- бораторно-практические занятия выполняются по следующим темам:

определение и изучение породообразующих минералов; определение и изучение магматических, осадочных и метаморфи-

ческих горных пород; гидрогеологические расчеты по результатам опытных работ;

определение коэффициента фильтрации горных пород (грунтов). Самостоятельное изучение дисциплины «Геология и гидрогеология» осуществляется студентами в объеме приведенного ниже перечня

вопросов.

3.ПЕРЕЧЕНЬ ИЗУЧАЕМЫХ САМОСТОЯТЕЛЬНО ВОПРОСОВ

1.Геология, гидрогеология и инженерная геология. Их основные отрасли и разделы.

2.Основные гипотезы о происхождении Земли.

3.Форма, размеры, строение Земли. Геосферы.

4.Физические свойства и тепловой режим Земли.

5.Земная кора. Строение, мощность, химический состав.

6.Минералы. Образование минералов и их свойства. Классификация минералов. Методика их определения.

7.Горные породы, классификация по условиям образования.

8.Магматические горные породы. Условия образования, формы залегания и распространения в земной коре. Классификация магматических пород.

9.Осадочные горные породы. Условия образования. Классификация осадочных пород, формы залегания.

6

10.Метаморфические горные породы. Условия образования, классификация.

11.Геохронология. История развития Земли. Геохронологическая таблица.

12.Методы определения возраста горных пород.

13.Классификация геологических процессов, их взаимосвязь.

14.Эндогенные геологические процессы.

15.Магматизм.

16.Тектонические движения земной коры. Формы тектонических дислокаций горных пород.

17.Сейсмические явления. Землетрясения, их классификация.

18.Метаморфизм.

19.Экзогенные геологические процессы.

20.Выветривание горных пород.

21.Геологическая деятельность ветра.

22.Геологическая деятельность поверхностных текучих вод.

23.Геологическая деятельность временных русловых потоков.

24.Селевые потоки.

25.Геологическая деятельность рек.

26.Геологическая деятельность озер.

27.Геологическая деятельность болот.

28.Геологическая деятельность морей и океанов.

29.Геологическая деятельность льда и ледников.

30.Геологическая деятельность подземных вод.

31.Влияние деятельности человека на экзогенные геологические процессы. Охрана окружающей среды.

32.Геоморфология. Основные типы и формы рельефа. Геоморфологические карты.

33.Четвертичные отложения, генетические типы.

34.Геологические карты и разрезы.

35.Гидросфера и круговорот воды в природе. Водный баланс.

36.Виды воды в горных породах.

37.Зона аэрации и зона насыщения.

38.Классификация подземных вод по происхождению и условиям геологического залегания.

39.Верховодка. Условия образования и залегания.

40.Грунтовые воды. Условия образования и залегания. Связь грунтовых вод с реками. Потоки и бассейны грунтовых вод.

41.Межпластовые напорные и безнапорные воды, образование и залегание. Артезианские воды и артезианские бассейны. Использование артезианских вод.

42.Карты гидроизогипс и гидроизопьез. Их составление и назначе-

ние.

43.Родники. Классификация, режим и использование.

7

44.Химический состав подземных вод и методы его выражения.

45.Общая минерализация воды. Классификация по минерализации.

46.Жесткость воды, классификация вод по жесткости.

47.Агрессивность подземных вод.

48.Физические свойства подземных вод.

49.Движение подземных вод. Фильтрация и инфильтрация. Виды движения.

50.Законы фильтрации подземных вод. Линейный закон фильтрации (закон Дарси). Нелинейный закон фильтрации (закон ШезиКраснопольского).

51.Методы определения направления и скорости движения подземных вод.

52.Движение воды в водоносных пластах. Расход плоского безнапорного потока при горизонтальном и наклонном водоупоре.

53.Расход плоского напорного потока в пласте постоянной и переменной мощности.

54.Расчеты притока воды к скважинам. Дебит и удельный дебит. Дебит совершенной и несовершенной скважины. Зависимость дебита скважины от понижения уровня.

55.Методы определения коэффициента фильтрации горных пород.

56.Режим подземных вод, его основные элементы.

57.Режимообразующие факторы и условия, типы режимов. Естественные и нарушенные режимы подземных вод.

58.Классификация и оценка запасов подземных вод.

59.Загрязнение подземных вод, виды загрязнения.

60.Охрана подземных вод от истощения и загрязнения. Зоны санитарной охраны.

61.ЗаконРеспубликиБеларусь «Опитьевомводоснабжении»(1999г.).

62.Понятие о грунтах. Состав, структурные связи, основные физи- ко-механические свойства грунтов.

63.Инженерно-геологическая классификация горных пород.

64.Инженерно-геологические процессы и явления.

65.Оползни, обвалы, осыпи.

66.Механическая и химическая суффозия.

67.Просадочные явления.

68.Деформация откосов каналов. Опускание поверхности земли.

69.Процессы в водохранилищах и зоне их влияния.

70.Процессы и явления в грунтах под сооружениями.

71.Цели, задачи и объем гидрогеологических и инженерногеологических исследований.

72.Гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка.

73.Гидрогеологические и инженерно-геологические исследования для конкретных объектов.

8

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Контрольная работа по курсу «Геология и гидрогеология» выполняется студентами письменно после самостоятельного изучения теоретических вопросов курса. Работа состоит из четырех заданий.

Впервом задании требуется построить карту гидроизогипс на топографической основе. Пользуясь построенной картой, необходимо решить ряд прикладных задач. Вторым заданием предусматривается построение геолого-литологического разреза. В третьем задании требуется произвести расчет притока воды в котлован. Четвертое задание предусматривает расчет притока воды к совершенным дренажным каналам большой длины.

Работа выполняется в тетради или на листах бумаги формата А4. В тетради полностью записывается вопрос. Ответ пишется разборчиво от руки чернилами. Допускается компьютерный набор текста. В тетрадях должны быть оставлены поля для замечаний преподавателя. Чертежи, схемы, рисунки составляются на чистых листах, миллиметровой бумаге или кальке и вшиваются (вклеиваются) в тетрадь.

Вконце работы нужно обязательно привести список использованной литературы (пособий, учебников).

Все исправления и дополнения после первой проверки работы преподавателем вносятся студентом в ту же тетрадь и вновь отсылаются для повторной проверки. Контрольная работа должна быть зачтена кафедрой до начала сессии.

З а д а н и е 1. Построение карты гидроизогипс

Гидроизогипсы представляют собой линии, соединяющие точки зеркала грунтовых вод с одинаковыми отметками (абсолютными или относительными). Гидроизогипсы показывают рельеф зеркала водоносного горизонта.

Для построения карты гидроизогипс замеряют уровни грунтовых вод в ряде точек на площади распространения водоносного горизонта (в скважинах). Точность построения будет тем больше, чем гуще сеть наблюдательных скважин.

Замеры производят в возможно более короткий отрезок времени, так как уровень грунтовых вод не остается постоянным. Карту гидроизогипс можно составлять по результатам одновременных или близких по времени (1−2 дня) замеров. Наибольшее значение имеют карты для периодов наиболее низкого и наиболее высокого положения зеркала грунтовых вод.

Глубина залегания грунтовых вод в каждой точке замера пересчитывается на абсолютные или относительные отметки. Полученные

9