Гидрогеологическая карта

Слой «World Terrain Base» предоставляет контекст высот местности, необходимый для понимания причины образования водотоков на местности.

Слой «World Hydro Reference Overlay» использует идентичный оригинальной гидрологической базовой карте США дизайн и предоставляет информацию по рекам, ручьям, водосборам и справочную информацию по культуре, необходимую для обеспечения дополнительных преимуществ мировой гидрологической базовой карты при использовании учеными, специалистами и исследователями в таких областях, как гидрология, география, климатология, почвоведение и других, связанных с водными процессами, отраслями естественных наук.

ой «World Hydro Reference Overlay» записывается в кэш-память картографического веб-сервиса PNG32 с использованием прозрачности, поэтому слои можно отображать под наложением, следуя дизайну «Map Sandwich «. Мировая гидрологическая базовая карта содержит внешние слои «хлебной» структуры, в которые можно с легкостью вложить основообразующие связанные с водой картографические сервисы , получив в результате красивую и четкую смешенную карту водных ресурсов.

Используйте мировую гидрологическую базовую карту в своих веб-картах и приложениях или в ArcGIS for Desktop в качестве гидрологической справочной базовой карты.

ГИДРОГЕОЛОГИЯ — ОСОБЕННОСТИ ПОДМОСКОВНОГО РЕГИОНА

Гидрогеология — область геологии, где изучается происхождение подземных вод, их физико-химическое взаимодействие с горными породами, в том числе процессы, обуславливающие перемещение в них вод и обмена с ними минеральным веществом. Вода в горных породах может находиться в связанном или подвижном состоянии.

Первая из них до поры, до времени удерживается на поверхности или внутри кристаллов минералов силами межмолекулярного притяжения. При этом за счет окислительно-восстановительных, диффузионных, радиационных процессов постепенно меняется химический состав поровой воды. Подвижная вода, перемещается в межкристаллическом пространстве, поэтому имеет постоянный контакт с поровой водой, обмениваясь с ней растворенными компонентами.

Таким образом формируется солевой состав подземных подвижных вод. Как правило, в большей степени растворяются карбонатные породы (состоящие из углекислого кальция и/или магния) и хлориды натрия и калия. Поэтому в основном солевой состав подземных вод преимущественно определяется соотношением концентраций именно этих элементов.

• Ядерные реакции в воде?

Существует гипотеза, согласно которой изменение солевого состава воды может происходить и за счет ядерных реакций атомов водорода и кислорода, составляющих молекулы воды, при взаимодействии их с глубоко проникающими космическими частицами. Эта гипотеза подтверждается тем фактом, что перед землетрясениями изменяется не только газовый состав подземных вод (появляются растворенный, водород, гелий, некоторые другие инертные газы), но и меняется изотопный состав, в частности растворенного урана.

Насыщенность горных пород водой определяется в большей мере не их минералогическим и, соответственно, химическим составом, а наличием в них свободного пространства и его «геометрией», т.е. структурными особенностями.

Лучше всего пропускают через себя воду горные породы с интенсивной трещиноватостью, или сложенные разрозненными кристаллами минералов и обломками горных пород.

• Гидрогеологические особенности Подмосковья

В подмосковном регионе водоносными породами являются относительно глубоко залегающие пески и известняки.

Пески — это относительно мелко кристаллические (с размерами зерен от десятых долей до первых миллиметров) осадочные горные породы, преимущественно сложенные кварцем и халцедоном (окисью кремния), кремнем (сложным по составу минеральным комплексом в основе которого опять же — окись кремния и алюмосиликаты). Часто на внешней поверхности этих минералов и поверхности их внутрикристаллических микротрещин встречаются окиси и гидроокиси железа, которые придают им желтовато-бурый оттенок.

Водоносность песков с точки зрения потребительской — не стопроцентная. В этом можно убедиться, взглянув на гидрогеологическую карту Подмосковья — как видно, большая часть песчаных скважин оказывается на юго-востоке Подмосковья «сухарями».

Состав подземных вод песчаных горизонтов, как правило проблем не создает, хотя в последнее время кроме иногда «мелькающих» в них бактерий, азотсодержащих соединений(аммония, нитратов, нитритов), выявляются и тяжелые металлы.

• Известняки в подмосковном регионе

Известняками называют осадочные горные породы, преимущественно состоящие из кальцита-карбоната кальция. Чаще всего внешне известняк напоминает застывший цементный раствор, при этом цвет известняка не обязательно серовато-белых оттенков.

Благодаря высокому литостатическому давлению, оказываемому на них вышележащими толщами горных пород, известняки имеют мелкозернистую структуру и высокую плотность.
и этом большая часть известняковых отложений нарушена системами трещин различной величины и пространственной ориентировки, по которым и перемещаются подземные воды. Водоносность известняков, помимо общей водонасыщенности определяется характером и интенсивностью трещиноватости. Дебит (водоотдача в единицу времени) скважин одного и того же диаметра, пробуренных в известняках одного горизонта может различаться на 2 порядка, т.е. в 100 раз.

Древние известняки каменноугольного периода залегают в Подмосковье на глубинах от 20 метров (юг, юго-восток, до более двухсот метров (северо-восток). Отметки даны по подошве (нижней границе пласта).Слои известняков могут существенно менять свою мощность (толщину) и форму (представляя складки). Кроме того, внутри самих отложений известняков могут встречаться маломощные пропластки глин и окварцованные участки.

Если повышается доля карбоната магния, то такие известняки называют доломитизированными.

Между слоями песков и известняками на большей части Подмосковья залегают мощные до 60 м отложения глины юрского периода мезозойской эры — времени разгула динозавров.

По возрастным, гидрогеологическим и гидрогеохимическим признакам по Подмосковью с севера на юг выделяют 5 гидрогеологических районов. В каждом из районов встречаются определенные горизонты водоносных известняков, названных по месту первоначального нахождения или наибольшего распространения.

Условная гидрогеологическая схема МО
(основные водоносные горизонты)

• I район

2 горизонта: Клязьминско-Ассельский , местами — Касимовский
L макс, м — 150
Н макс, м — 50

• Клязьминско-Ассельский (вероятный дебит — 0,3…27 л/с)
  Состав:
  Fe (мг/л) — 0,2…0,7 (исключая Клин и Талдом)
  F (мг/л) — 0,2…1
  Ж — 4-7 м-э/л
  HCO 3 — , SO 4 -2 , Ca 2+ , Mg 2+

• Касимовский (вероятный дебит — 2…8 л/с)
  Состав:
  Fe (мг/л) — 0,3…0,4 (Дмитров, Ногинск, Орехово-Зуево — 1,5…3,9)
  F (мг/л) — до 3,6
  Ж — 5,2…6 м-э/л
  H 2 S (Дмитров) — до 0,003 мг/л

• II район

2 горизонта: Касимовский и Подольско-Мячковский

• Касимовский (вероятный дебит — 0,5…7 л/с)
  L макс, м — 20…125
  Н макс, м — 10…60

  Состав:
  Fe (мг/л) — 0,2…0,9 — до 5 (Егорьевск, Клин, Солнечногорск, Химки)
  Ж — 3…7 м-э/л
  HCO 3 — , Ca 2+ , Mg 2+ , Na +

• Подольско-Мячковский — Балашиха, Егорьевск, Химки (вероятный дебит — 0,5…7 л/с)
  L , м — 25…180
  Н , м — 20…90

  Состав:
  Fe (мг/л) — 0,1…1,0 — до 6 (Егорьевск, Клин, Солнечногорск, Химки)
  Ж — 3,5…7,2 м-э/л
  HCO 3 — , Ca 2 + , Mg 2 + , Na +

• III район

2 горизонта: Подольско-Мячковский , местами — Каширский , частично оба (вероятный дебит — 1,5…7 л/с)

• Западная часть:
  L макс, м — более 100
  Н , м — более 100

  Восточная часть:
  L , м — 20…80
  Н , м — 18…40

  Состав:
  Fe, мг/л — 0,5…2,3 — до 7,5 (Нарофоминск)
  Ж, м-э/л — 5…7
  H 2 S, мг/л — до 0,003 (местами)

• IV район

2 горизонта: Каширский и Окско-Протвинский (вероятный дебит — 0,7…7 л/с)

• L , м — 80…160
  Н , м — 80…100 (до 150)

  Состав:
  Fe, мг/л — 0,5…2,5
  F, мг/л — 0,2…1,0 — до 4,8 (Можайск)
  Ж, м-э/л — 5…7,5

• V район

Окско-Протвинский горизонт (вероятный дебит — 0,1…4 л/с)

• L , м — 20…80
  Н , м — 15…30

  Состав:
  F, мг/л — 0,1…1,5
  F, мг/л — 0,1…1,5
  Ж, м-э/л — 4…7,7
  СО 3 2- , Ca 2+ , Mg 2+ — 0,4 г/л

В пояснениях указаны L — глубина залегания известняка в метрах (по подошве), Н — напор воды в скважине (расстояние от поверхности земли до устоявшегося после откачки уровня воды), жесткость (Ж) и гидрогеохимические характеристики вод — ее солевой состав.

Химический состав подземных вод известняковых горизонтов — преимущественно гидрокарбонатный, кальциево-магниевый, часто с высоким содержанием железа и фтора. Предельно допустимые концентрации (ПДК) железа и фтора составляют соответственно 0.3 мг/л и 0.7-1.5 мг/л. Жесткость воды, определяется суммарным содержанием кальция и магния, выраженным в миллиграмм-эквивалентах на литр, формально не превышает уровень ПДК(7 мг-э/л). Вместе с тем, для нормальной работы домашней водной техники и для питьевых целей жесткость должна быть снижена до уровня 2.5-3 мг-э/л.

Серьезную проблему может создавать растворенный в подземной воде сероводород, чей характерный запах (тухлые яйца) улавливается при концентрациях даже в тысячные доли мг/л.

Красные цифры на схеме — интервал залегания водоносных песков, голубая цифра под ними — вероятность (1=100%) присутствия воды (по фактическим данным бурения скважин компаниями КВО и Мосгеоплан).

А. Секисов,
гидрогеолог, д.т.н.

При цитировании статьи, пожалуйста, не забудьте дать ссылку на источник. Спасибо.

Источник: kupildoma.ru

УДК 624.131.1

ББК 26.329

П63

Рецензенты: канд. техн. наук, доц. В. А. Крутиков, канд. техн. наук, доц. Ю. А. Ельцов, ООО ПКФ «ЕС»

Методические указания утверждены на заседаниикафедры «Геотехника и строительные материалы» 03.09.2009 г., протокол № 28.

П63

Построение карты гидроизогипс и гидрогеологические расчеты по динамике подземных вод: метод. указания к лаб. работам по инженер. геологии для студентов направления 270100 «строительство». Ч. 3 / сост. И. И. Репина. – Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2009. – 28 с.   В методических указаниях для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Инженерная геология», в частности, ее разделу «Гидрогеология», сформулированы цели и задачи важнейших построений и расчетов по данному разделу, приведены основные понятия и алгоритм решения гидрогеологических задач для целей водоснабжения и водоотведения. В руководстве даны подробные рекомендации по составлению и оформлению карт, рисунков, таблиц, формул, ссылок на литературу, библиографического описания.   УДК 624.131.1 ББК 26.329

© Репина И. И., составление, 2009

© Ижевский государственный технический университет, 2009

ВВЕДЕНИЕ

В практике инженерно-геологических изысканий подземные воды рассматриваются как ценнейший источник водоснабжения и как фактор, осложняющий строительство. Поэтому в процессе проектирования и строительства любого вида объекта подземным водам уделяют особое внимание.

В предлагаемых методических указаниях к лабораторным занятиям по инженерной геологии «Построение карты гидроизогипс и гидрогеологические расчеты по динамике подземных вод» (часть 3) дается представление о типах гидрогеологических карт, в частности, о карте гидроизогипс, анализ которой дает возможность решать целый ряд вопросов о притоке подземных вод в выработки и строительные котлованы, о защите сооружений от подтопления; даются основные понятия по динамике подземных вод; приводятся гидрогеологические расчеты по движению подземных вод.

Методические указания помогут студентам направления 270100 «строительство» самостоятельно построить карту гидроизогипс, определить направление и скорость грунтового потока в пределах выбранной площадки, правильно расположить колодцы для целей водоснабжения, подсчитать их дебит, запроектировать дренажную систему, а также выявить заболоченные участки, а если таковых нет – оконтурить участки возможного заболачивания при подъеме воды на 1–3 м, например, в случае подтопления в результате интенсивной застройки территории или устройства водохранилища.

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КАРТЫ

Кроме общих геологических и инженерно-геологических карт, в практике инженерно-геологических изысканий приходится составлять карты и разрезы, позволяющие оценивать гидрогеологические особенности местности.

По своему содержанию гидрогеологические карты весьма разнообразны, так как отражают сложность гидрогеологических условий и удовлетворяют различным целям, преследуемым при исследовании подземных вод. Так, гидрогеологические карты используют при выяснении возможностей водоснабжения, орошения или осушения территории, а также в целях борьбы с карстовыми провалами и оползнями. Выделяют два вида гидрогеологических карт: карты пьезометрической поверхности напорных вод (гидроизопьезы) и карты поверхности грунтовых безнапорных вод (гидроизогипсы).

Карта гидроизопьез – совокупность линий, соединяющих точки с одинаковыми отметками пьезометрического (напорного) уровня напорного водоносного горизонта. С помощью карты гидроизопьез решают ряд практических задач, связанных с использованием артезианских вод для водоснабжения, с организацией защиты от них при вскрытии строительными котлованами кровли напорного пласта и т. д. По карте гидроизопьез изучают условия формирования потоков артезианских вод, определяют направление их движения (по нормали к гидроизопьезам в сторону меньших отметок), выделяют участки возможного самоизлива, устанавливают гидравлическую связь напорных вод с реками и пр.

Карты гидроизогипс из двух видов специальных гидрогеологических карт для инженерных целей имеют наибольший интерес и практическое значение. Такие карты характеризуют поверхностьгрунтовых вод, т. е. поверхность первого от поверхности земли водоносного горизонта, выдержанного по площади. Именно с этими водами чаще всего приходится сталкиваться в практической работе.

Гидроизогипсы представляют собой линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками уровней ненапорных грунтовых вод. Гидроизогипсы дают рельеф зеркала безнапорного водоносного горизонта.

Для построения карты гидроизогипс замеряют уровни грунтовых вод в ряде точек на площади распространения горизонта (в шурфах, скважинах, колодцах, источниках, поверхностных водоемах). Точность построения будет тем больше, чем гуще наблюдательная сеть. 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, а также по результатам сезонов года. 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:

Н_в = Н_з – h,

где Н_в – абсолютная отметка уровня грунтовых вод;

Н_з – абсолютная отметка поверхности земли;

h – глубина залегания подземных вод.

Рис. 1. Схема интерполяции при помощи

масштабной сетки

Полученные отметки наносятся на топографическую основу и по ним методом интерполяции строят гидроизогипсы.

При интерполяции обычно пользуются вычерченной на кальке масштабной сеткой, которая называется высотной арфой. Состоит масштабная сетка из пронумерованных параллельных линий, заложенных друг от друга на определенном расстоянии в зависимости от масштаба карты и величины превышений отметок между соседними точками. В задании при масштабе 1 : 2 000 и сечении горизонталей и гидроизогипс через 1 м предполагается расстояние 0,5–1,0 м.

С помощью сетки осуществляют пропорциональное деление отрезков, соединяющих точки, между которыми производится интерполяция. Порядок интерполяции при помощи масштабной сетки дан на рис. 1.

После интерполяции соединяют плавной линией точки с одинаковыми отметками. Полученные кривые и будут гидроизогипсами поверхности грунтовых вод. Таким образом, построение гидроизогипс производят по тем же правилам, что и построение горизонталей на картах.

Сечение гидроизогипс (частота заложения) выбирается таким образом, чтобы на карте были отражены особенности зеркала грунтовых вод. Выбор сечения гидроизогипс зависит от величины уклона и от густоты расположения точек замеров уровней. Обычно сечение гидроизогипс при пологих уклонах потока (0,25–0,10), изучаемого в пределах участка, выбирают равным 0,5–1,0 м.

Масштаб карты выбирается в зависимости от общего характера проводимых гидрогеологических исследований. В нашем случае масштаб карты 1: 2 000.

После построения карты гидроизогипс приступают к ее анализу. Карта гидроизогипс является очень ценным документом, позволяющим решать целый ряд важных в теоретическом и практическом отношениях вопросов.

1. По карте гидроизогипс можно определить направление грунтового потока в любой точке (линии тока). Грунтовые воды могут передвигаться только от более высоких отметок к более низким, а по линии гидроизогипс движения не происходит, поскольку они соединяют одинаковые отметки. Вода передвигается по кратчайшему пути, следовательно, линии движения грунтовых вод всегда будут перпендикулярны к гидроизогипсам. Направление потока устанавливается не в одной-двух точках, а по всему изучаемому участку. Особо обращается внимание на зоны, где направление потока изменяется. На отдельных участках линии токов вод могут быть параллельными – это плоский поток. Когда линии токов расходятся или сходятся, поток называют радиальным (соответственно – расходящимся или сходящимся).

2. По характеру изменений гидроизогипс и их соотношению можно выделить на карте водоразделы подземных вод и участки подземных вод на поверхности земли (зоны с нулевой глубиной воды). Водоразделы грунтовых вод – это участки замкнутых гидроизогипс с наивысшими отметками. Они нередко не совпадают с топографическим водоразделом. Грунтовый поток обычно направлен от водоразделов подземных вод к областям дренирования. Водоразделы характеризуют зоны изменения направления грунтовых потоков. Поток в этих зонах расходится в противоположные стороны. Дренирующие участки характеризуются гидроизогипсами с минимальными отметками.

3. Зная направление потока, можно правильно расположить эксплуатационные колодцы (скважины) для водоснабжения, т. е. разместить их так, чтобы они не перехватывали друг у друга поступающую к ним воду. Для этого они должны находиться вдоль гидроизогипс (колодцы 1 и 2 на рис. 2). Если колодцы расположить по падению гидроизогипс, то производительность колодца, находящегося ниже, будет меньше, чем колодца, расположенного выше; верхний перехватит подземный поток.

Дренажные канавы будут работать наиболее эффективно, если заложить их перпендикулярно к направлению потока (параллельно гидроизогипсам). Такие канавы наиболее полно перехватят подземные воды, что вызовет осушение расположенных ниже площадей.

	Рис. 2. Схема проектирования эксплуатационных колодцев и канав по карте гидроизогипс Примеры правильного проектирования: колодцев – 1, 2; канав – А. Примеры неправильного проектирования: колодцев – 2, 3; канав – Б.

4. Гидроизогипсы дают возможность для любого заданного участка карты определить гидравлический уклон (градиент) грунтового потока, выяснить, как он изменяется на различных участках, вскрыть причины этих изменений. Для определенного гидравлического уклона I разность отметок двух смежных гидроизогипс делится на расстояние между ними по нормальному к ним направлению (рис. 3).

,

где Н₁ и Н₂ – разности отметок гидроизогипс (или мощности водоносного пласта), м; l – расстояние между гидроизогипсами по нормали, м.

	Рис. 3. Схема к вычислению напорного градиента

Как видно, чем меньше l – расстояние между гидроизогипсами, тем больше уклон грунтового потока, и наоборот. Обычно для участка, имеющего в среднем одинаковые условия питания по площади, сгущение гидроизогипс (т. е. увеличение уклона) может быть вызвано либо уменьшением мощности водонасыщенной части пласта или его ширины, либо уменьшением его фильтрационных свойств, что видно из формулы

где Q – средний расход потока, м³/сут;

k – коэффициент фильтрации. м/сутки;

h – мощность потока, м;

I – уклон потока (гидравлический градиент);

В – ширина потока в плане по гидроизогипсе, м.

5. Зная коэффициент фильтрации слагающих водоносный горизонт пород, можно найти скорость течения потока по формуле Дарси:

,

где V – скорость течения потока, м/сут;

k – коэффицент фильтрации, м/сут;

I – уклон.

6. По карте гидроизогипс при наличии на ней горизонталей поверхности земли можно определять глубину залегания грунтовых вод для любой точки по разности между отметкой горизонтали поверхности земли и отметкой гидроизогипсы в данной точке. Следовательно, карта гидроизогипс дает возможность найти в пределах строительной площадки участки с наиболее глубоким положением уровня грунтовых вод, т. е. наиболее благоприятные для строительства сооружений с фундаментами.

7. По карте гидроизогипс можно судить о так называемой гидравлической связи между поверхностными и грунтовыми водами, т. е. выяснить, река ли питает грунтовые воды или, наоборот, сама она питается за счет грунтовых вод. Эта связь определяется по характеру гидроизогипс на участке сопряжения с водоемами (рис. 4).

	Рис. 4 Различные случаи соотношения между грунтовыми и поверхностными водами: 25 – гидроизогипсы; → – направление грунтового потока

Если гидравлической связи между поверхностными и грунтовыми водами не существует, то гидроизогипсы без искривлений (а). Если грунтовые воды питаются за счет поверхностных, то гидроизогипсы изгибаются вниз по течению реки, поскольку зеркало грунтовых вод в этом случае наклонено от реки (б). Если же грунтовая вода питает поверхностный водоток, то гидроизогипсы будут изогнуты вверх по течению реки и в этом случае зеркало грунтовых вод наклонено к реке (в).

Таким образом, очертание гидроизогипс в плане и степень их сближенности дает представление о форме поверхности грунтовых вод, которая определяется водопроницаемостью пород, условиями питания водоносного горизонта, конфигурацией берегов рек, в которые стекают грунтовые воды, положением водоупора, мощностью водоносного пласта и т. п.

Источник: studopedia.ru

Геологическая среда Московской области

Регион расположен в центре Московской синеклизы, которая представляет собой овальный прогиб фундамента Русской платформы, докембрийского периода, заполненный осадочными породами. Ось изгиба направлена с востока на север. Глубина основания колеблется в пределах 1,5–3 км. Поверхность состоит из водонасыщенных пород, разделённых природными водоупорами. Таким образом, возникают замкнутые зоны, с различной системой водоснабжения, химическим и гидродинамическим состоянием подземных вод.

По оси изгиба на северо-востоке, в верхней и краевой части, преобладают известняки, доломит с прослойками глины, вода с небольшой минерализацией и высоким напором. Наклон водоупорных геологических пластов этого направления увеличивает гидравлическое давление в горизонте, способствует развитию овражной эрозии.

В южной районах могут встречаться небольшие карстовые воронки, поверхностные наросты. В низинах часто происходит заболачивание. Мониторинг экзогенных процессов, разработка проектов мероприятий, препятствующих их развитию, закреплены за государственными службами (ГМСН). На специалистов станций мониторинга также возложена задача по наблюдению за опытными скважинами. Службы следят за отсутствием техногенных загрязнений, изменениями в уровне воды. Под наблюдением находится 1081 скважина.

Гидрогеологическая карта

Гидрогеологическая карта поможет выполнить оценку запасов подземных вод , создать проект водозабора. Если, провести анализ воды по источникам питания, областям распространения, то будут выявлены следующие основные водные горизонты:

Касимовский;

Каширский;

Подольско-маячковский;

Алексинско-протвинский;

Гжельско-ассельский.

Но так как система подземных вод динамическая, то есть различия в пределах даже одного водоносного горизонта надо иметь .

Система водоснабжения в районах области существенно отличается. Центральная часть обладает водой средней и высокой жесткости, карбонатного, магниево-кальциевого состава. По мере удаления территорий увеличивается минерализация, изменяется содержание химических элементов. Окско-протвинский горизонт обладает хлоридно-гидрокарбонатным составом. В Луховицком районе гидрокарбонатно-сульфатные взвеси. Водный горизонт Люберец, Железнодорожного, Балашихи имеет незначительные техногенные загрязнения. Практически повсеместно необходима установка систем водоподготовки для доведения качества до стандартов.

Источник: homele.ru