Определение направления и скорости движения подземных вод

Для решения многих теоретических и практических задач, свя­занных с выявлением условий формирования и разрушения место­рождений полезных ископаемых, миграцией в воде различных хи­мических и биологических компонентов, прогнозом распростра­нения загрязнений, устойчивостью откосов карьеров, оснований плотин и других инженерных сооружений, необходимо определять направление и скорость движения подземных вод. Эти важные па­раметры потоков подземных вод определяют гидрогеологическими и геофизическими методами, причем обычно совместно.

Гидрогеологические методы определения направления движения подземных вод.

Направление движения подземных вод легче всего установить по картам гидроизогипс (либо гидроизопьез) для изу­чаемых водоносных горизонтов. По таким картам направление движения подземных вод определяют по линиям тока, прове­денным перпендикулярно к гидроизогипсам (либо гидроизопьезам) по уклону потока, т.е. от гидроизогипсы с большей отметкой к гид­роизогипсе с меньшей отметкой.

При отсутствии карт, отражающих положение свободной или пьезометрической поверхности подземных вод, для определения направления их движения необходимо иметь не менее трех выра­боток с отметками уровня подземных вод в одно и то же время. Вы­работки желательно располагать по углам равностороннего тре­угольника с длиной стороны от 50 до 300 м (чем меньше уклон по­тока, тем больше должно быть расстояние между выработками).

По известным или установленным в трех (или более) точках от­меткам уровня проводят с учетом интерполяции нескол!?^{ко ГИ}ДР°" изогипс (либо гидроизопьез) и определяют направление движения по перпендикуляру к ним в сторону убывания отметок.

Геофизические методы определения направления и скорости движения подземных вод.

При отсутствии карт гидроизогипс (либо гидроизопьез) и достоверных данных об уровне подземных вод направ­ление их движения устанавливают при помощи геофизических методов. Направление движения подземных вод устанавливают методом запуска красителя с периодическим фотографированием в скважине его конуса выноса. Краситель опускают в скважину в специальной капсуле. По скорости размывания конуса выноса красителя можно ориентировочно определять скорость движения подземных вод. Для водоносных горизонтов, сложенных породами с редкой и неравномерной трещиноватостью, этот метод применять не рекомендуется.

Индикаторные методы определения направления и скорости движения подземных вод.

Действительную скорость движения подземных вод U можно определить, зная скорость фильтрации V и активную пористость пород n_а, так как U=V/n_a. Скорость фильтрации V = kl вычисляют с использованием коэффициента фильтрации водоносных пород к и напорного градиента I (определяется по карте гидроизогипс или гидроизопьез). Однако более надежные результаты дает индикаторный метод определения дейсвительноq скорости движения подземных вод.

Перед проведением опыта участок должен быть хорошо изучен в гидрогеологическом отношении. В пусковых и наблюдательных скважинах при помощи геофизических исследований, лаборатор­ных работ и поинтервального опробования должны быть выделены, соответствующим образом изучены, а при послойном опробовании изолированы пласты, горизонты или интервалы, подлежащие ис­следованию.

Если передвижение индикатора прослеживают при помощи на­блюдательных скважин, то они должны быть заложены ниже по по­току на расстоянии от пусковой скважины 0,5—2 м в суглинистых и супесчаных породах, 2—8 — в песчаных зернистых, 5—15 — в гра­вийно-галечных и хорошо проницаемых трещиноватых и 15—50 м и более — в закарстованных. Наблюдательных скважин может быть от одной до трех, расстояние между ними — от 0,5 до 2 м.

Определять направление и скорость движения подземных вод можно и без наблюдательных скважин (односкважинные методы), используя данные наблюдений за изменением концентрации инди­катора во времени или за его распространением непосредственно в пусковой скважине (фотографирование конусов распространения красителей, термометрические и радиоиндикаторные замеры и т.д.). Появление индикатора в наблюдательных скважинах уста­навливают химическим, электрическим и колориметрическим спо­собами; первые два дают более надежные результаты. При хими­ческом способе появление индикатора фиксируют по изменению его концентрации в пробах воды, периодически отбираемых из на­блюдательных скважин. Чтобы более точно установить время появ­ления индикатора в наблюдательной скважине, изменение его кон­центрации в пробах воды изображают в виде графика. Время про­хождения индикатора от пусковой до наблюдательной скважины t_макс исчисляют от момента его запуска в пусковой скважине до мо­мента, когда его концентрация в наблюдательной скважине ока­жется максимальной.

График изменения концентрации индикатора в наблюдательной скважине в зависимос t_макс ти от времени

Скорость движения подземных вод определяют как частное от деления пройденного индикатором расстояния ∆l на время его прохождения от пусковой до наблюдательной скважины t_макс

Аналогично определяют действительную скорость движения под­земных вод при применении электролитического и колориметри­ческого способов обнаружения индикатора. В первом случае время появления индикатора в наблюдательной скважине фиксируют по максимальной величине силы электрического тока в цепи, замкнутой через скважину (максимальной сила тока будет в момент про­хождения индикатора-электролита через наблюдательную сква­жину), во втором случае — по максимальной интенсивности окраски отбираемых проб воды (ее оценивают при помощи флюороскопа).

При использовании любого метода для более точного опреде­ления времени появления индикатора в наблюдательной скважине необходимо строить графики изменения наблюдаемого показателя (силы тока или концентрации красителя).

При применении радиоиндикаторного метода определения на­правления и скорости движения подземных вод перемещение по­меченных радиоактивными изотопами порций воды контролируют, замеряя при помощи специальных приборов интенсивность радио­активного излучения и концентрацию индикаторов. В методи­ческом отношении радиоиндикаторный метод аналогичен индика­торному.

Благодаря возможности использования радиоактивных индика­торов низких концентраций, их сравнительно большой сорбци­онной способности и высокой точности определения радиоиндика- торные методы являются перспективными не только для опреде­ления направления и скорости движения подземных вод, но и для решения многих других гидрогеологических задач.

Особенно эффективен односкважинный радиоиндикаторный метод, заключающийся в наблюдении за изменением во времени концентрации введенного в скважину радиоактивного индикатора. Эти замеры и эпюры распределения его активности, получаемые при помощи опускаемого в скважину зонда, позволяют определять расход, скорость и направление движения потока подземных вод.

Индикаторный и радиоиндикаторный методы используют для определения скорости движения подземных вод как в естественных условиях, так и в условиях воздействия различных инженерных со­оружений и мероприятий (при откачках воды из скважин, исследо­вании движения подземных вод в районах гидротехнического строи­тельства, при захоронении сточных вод, а также в других случаях).тельную скорость движения под­земных вод при применении электролитического и колориметри­ческого способов обнаружения индикатора. В первом случае время появления индикатора в наблюдательной скважине фиксируют по максимальной величине силы электрического тока в цепи, замк­нутой через скважину (максимальной сила тока будет в момент про­хождения индикатора-электролита через наблюдательную сква­жину), во втором случае — по максимальной интенсивности окраски отбираемых проб воды (ее оценивают при помощи флюороскопа).

При использовании любого метода для более точного опреде­ления времени появления индикатора в наблюдательной скважине необходимо строить графики изменения наблюдаемого показателя (силы тока или концентрации красителя).

При применении радиоиндикаторного метода определения на­правления и скорости движения подземных вод перемещение по­меченных радиоактивными изотопами порций воды контролируют, замеряя при помощи специальных приборов интенсивность радио­активного излучения и концентрацию индикаторов. В методи­ческом отношении радиоиндикаторный метод аналогичен индика­торному.

Благодаря возможности использования радиоактивных индика­торов низких концентраций, их сравнительно большой сорбци­онной способности и высокой точности определения радиоиндика- торные методы являются перспективными не только для опреде­ления направления и скорости движения подземных вод, но и для решения многих других гидрогеологических задач.

Особенно эффективен односкважинный радиоиндикаторный метод, заключающийся в наблюдении за изменением во времени концентрации введенного в скважину радиоактивного индикатора. Эти замеры и эпюры распределения его активности, получаемые при помощи опускаемого в скважину зонда, позволяют определять расход, скорость и направление движения потока подземных вод.

Индикаторный и радиоиндикаторный методы используют для определения скорости движения подземных вод как в естественных условиях, так и в условиях воздействия различных инженерных со­оружений и мероприятий (при откачках воды из скважин, исследо­вании движения подземных вод в районах гидротехнического строи­тельства, при захоронении сточных вод, а также в других случаях).

Аналогично определяют действительную скорость движения под­земных вод при применении электролитического и колориметри­ческого способов обнаружения индикатора. В первом случае время появления индикатора в наблюдательной скважине фиксируют по максимальной величине силы электрического тока в цепи, замк­нутой через скважину (максимальной сила тока будет в момент про­хождения индикатора-электролита через наблюдательную сква­жину), во втором случае — по максимальной интенсивности окраски отбираемых проб воды (ее оценивают при помощи флюороскопа).

При использовании любого метода для более точного опреде­ления времени появления индикатора в наблюдательной скважине необходимо строить графики изменения наблюдаемого показателя (силы тока или концентрации красителя).

При применении радиоиндикаторного метода определения на­правления и скорости движения подземных вод перемещение по­меченных радиоактивными изотопами порций воды контролируют, замеряя при помощи специальных приборов интенсивность радио­активного излучения и концентрацию индикаторов. В методи­ческом отношении радиоиндикаторный метод аналогичен индика­торному.

Благодаря возможности использования радиоактивных индика­торов низких концентраций, их сравнительно большой сорбци­онной способности и высокой точности определения радиоиндика- торные методы являются перспективными не только для опреде­ления направления и скорости движения подземных вод, но и для решения многих других гидрогеологических задач.

Особенно эффективен односкважинный радиоиндикаторный метод, заключающийся в наблюдении за изменением во времени концентрации введенного в скважину радиоактивного индикатора. Эти замеры и эпюры распределения его активности, получаемые при помощи опускаемого в скважину зонда, позволяют определять расход, скорость и направление движения потока подземных вод.

Индикаторный и радиоиндикаторный методы используют для определения скорости движения подземных вод как в естественных условиях, так и в условиях воздействия различных инженерных со­оружений и мероприятий (при откачках воды из скважин, исследо­вании движения подземных вод в районах гидротехнического строи­тельства, при захоронении сточных вод, а также в других случаях).