Курсовая работа - Геологический разрез и его построение по карте горных пород

Подождите немного. Документ загружается.

7.2. Исходные данные к вопросу о состоянии и условиях залегания воды в горных породах

Число единиц

шифра

Состояние воды Число десятков

шифра

Условия залегания

и движения воды

4 В твердом

состоянии

2 Грунтовая

7.2.1. Агрегатные состояния вещества - состояния одного и того же

вещества в различных интервалах температур и давлений.

Основными агрегатными состояниями вещества считают: газообразное,

жидкое и твердое состояния, переходы между которыми обычно

сопровождаются скачкообразными изменениями плотности, энтропии и

других физических свойств. Четвертым агрегатным состоянием вещества

считают плазму.

Существование у вещества нескольких агрегатных состояний

обусловлено различиями в тепловом движении его молекул/атомов и в их

взаимодействии.

Твердая фаза - агрегатное состояние вещества, характеризуемое

жесткой молекулярной структурой. В этом состоянии молекулы вещества

совершают малые колебания около фиксированных положений равновесия.

Фазовый переход - переход вещества из одной фазы в другую.

Различают:

- фазовые переходы первого рода, при которых скачкообразно изменяются

плотность, внутренняя энергия и другие термодинамические характеристики,

а также выделяется или поглощается определенное количество теплоты

(теплоты фазового перехода);

- фазовые переходы второго рода, при которых термодинамические функции

изменяются непрерывно, а теплота не выделяется и не поглощается.

Горные породы содержат различные виды воды. Ее состояние и

свойства в рыхлых песчаных и глинистых породах впервые были

экспериментально изучены советским ученым А. Ф. Лебедевым,

выделившим несколько видов воды в горных породах, отличающихся

физическими свойствами. Позднее идеи А. Ф. Лебедева получили

дальнейшее развитие в работах В. А. Приклонского, А. А. Роде, А. М.

Васильева, В. Д. Ломтадзе, Е. М. Сергеева.

Вода в твердом состоянии находится в горных породах или в виде

отдельных кристаллов, или в виде линз и прослоев чистого льда. Она

образуется при сезонном промерзании водонасыщенных горных пород, но

особенно широко развита в областях распространения многолетнемерзлых

горных пород (в Сибири, Канаде и других районах).

Лед - вода в твердом состоянии. В природе лед представлен главным

образом одной кристаллической разновидностью с плотностью 931 кг/куб.м.

в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного), снега и

инея. Под действием собственного веса лед приобретает пластические

свойства и текучесть.

Основные запасы льда на Земле составляют около 30 млн.куб.км. и

сосредоточены в полярных странах.

Различают:

- атмосферный лед: снег, иней, град;

- водный лед, образующийся на поверхности воды (ледяной покров) и в

массе воды на различной глубине (внутриводный, донный лед);

- подземный лед;

- ледниковый лед.

7.2.2. Условия залегания и движения грунтовых вод

Рис. 3. Условия залегания и питания подземных вод различного типа.

Под грунтовыми водами понимают свободные (гравитационные) воды

первого от поверхности Земли стабильного водоносного горизонта,

заключенного в рыхлых отложениях или верхней трещиноватой части

коренных пород, залегающего на первом от поверхности, выдержанном по

площади водоупорном слое. Область их питания совпадает с областью

распространения водопроницаемых пород. Верхняя граница зоны насыщения

называется уровнем или зеркалом грунтовых вод. Порода, насыщенная

водой, называется водоносным горизонтом, мощность которого определяется

расстоянием по вертикали от зеркала грунтовых вод до водоупора. Она

изменяется в пространстве и во времени. Питание грунтовых вод происходит

за счет инфильтрации атмосферных осадков, местами за счет инфильтрации

вод рек и других поверхностных водоемов.

По гидравлическим свойствам грунтовые воды безнапорные со

свободной поверхностью. Уровень воды в буровых скважинах и колодцах,

вскрывающих грунтовые воды, устанавливается на высоте, соответствующей

верхней границе их свободной поверхности. Выше уровня грунтовых вод

располагается капиллярная кайма.

Движение грунтовых вод подчиняется силе тяжести и осуществляется

в виде потоков по сообщающимся порам или трещинам. Зеркало грунтовых

вод до известной степени повторяет рельеф поверхности, и грунтовые потоки

движутся от повышенных участков (начиная от водораздела грунтовых вод)

к пониженным участкам (оврагам, рекам, озерам, морям), где происходит их

разгрузка в виде нисходящих источников (родников) или скрытым

субаквальным рассредоточенным способом (например, под водами русел рек,

дном озер и морей). Такие области называются областями разгрузки или

дренирования (франц. "дренаж" - сток). Грунтовый поток, направленный к

местам разгрузки, образует криволинейную поверхность, называемую

депрессионной. Течение грунтовой воды называется фильтрацией. Она

зависит от наклона зеркала грунтовых вод или от гидравлического

(напорного) градиента, а также от водопроницаемости горных пород.

Движение грунтовых вод через относительно мелкие поры и

неширокие трещины происходит в виде отдельных струек и называется

ламинарным (параллельно-струйчатым) и только в галечниках, сильно

трещиноватых и закарстованных породах приобретает местами

турбулентный характер. Скорость движения воды V, по линейному закону А.

Дарси, пропорциональна коэффициенту проницаемости (коэффициенту

фильтрации) К и гидравлическому градиенту J: V=KJ, где J=h (разница

высот) /е (пройденное расстояние).

Скорость движения воды в песках от 0,5 до 1-5 м/сут., в галечниках

значительно увеличивается. Особенно большая скорость потока грунтовых

вод местами наблюдается в крупных подземных карстовых каналах и

пещерах. Расход грунтовых вод (Q) прямо пропорционален гидравлическому

градиенту (J) и площади поперечного сечения (F): Q = KJF, или Q=VF.

Режим грунтовых вод. Зеркало грунтовых вод, количество и качество

их изменяются во времени. Это тесно связано с меняющимся количеством

инфильтрующихся атмосферных осадков. В многоводные годы при большом

количестве атмосферных осадков (включая и снеговой покров) уровень

грунтовых вод повышается, а в маловодные годы понижается. При таких

колебаниях некоторые слои пород то заполняются водой, то осушаются. В

результате периодически появляется зона переменного насыщения,

находящаяся над зоной постоянного насыщения. Вместе с колебанием

уровня грунтовых вод изменяется дебит (франц. "дебит" - расход)

источников, а иногда и химический состав.

В режиме грунтовых вод определенное значение имеет также их

взаимодействие с поверхностными водотоками и другими водоемами.

Направленность процессов взаимодействия во всех случаях определяется

соотношением уровней подземных и поверхностных вод, что связано с рядом

факторов, среди которых важнейшее значение имеют климатические

условия. В районах с влажным и умеренным климатом реки, как правило,

дренируют подземные воды, уровень которых имеет наклон к реке, но во

время половодья и паводков происходит отток воды из реки и повышение

уровня грунтовых вод.

В этом случае реки выступают в качестве временного дополнительного

источника питания подземных вод, в результате происходит сокращение или

полное прекращение разгрузки грунтовых вод в бортах долины реки. После

спада паводка уровень грунтовых вод, стремясь к равновесию, постепенно

снижается и приобретает свой обычный уклон к реке. При изучении режима

грунтовых вод важно знать: 1) высотное положение их уровня и уменьшение

его во времени и по площади; 2) дебит источников; 3) количество

выпадающих атмосферных осадков; 4) изменение уровня воды в

поверхностных водоемах и реках, с которыми связаны грунтовые воды.

8. ОСНОВНОЙ ЗАКОН ФИЛЬТРАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ И

РАСХОДА ПЛОСКОГО ПОТОКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД. ТРЕБОВАНИЯ К

ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ. ПРИЧИНЫ АГРЕССИВНОСТИ ВОДЫ К БЕТОНУ И

МЕТАЛЛУ.

Движение подземных вод подчиняется определенным законам и им

присущи определенные формы передвижения.

Фильтрационные потоки подземных вод различаются по характеру

движения и подчиняются двум законам. Если движение грунтового потока в

водоносных слоях (песке, галечнике, супеси, суглинке) имеет параллельно-

струйчатый или ламинарный характер, то и он подчиняется закону Дарси.

Ламинарный характер движения воды наблюдается также в трещиноватых

породах, но при скорости движения не более 400 м/сутки.

При наличии крупных пустот и трещин движение воды в породах

носит вихревой или турбулентный характер, но это наблюдается

сравнительно редко. Это второй закон.

Гидравлический уклон (гидравлический градиент I ) – отношение

разности напора ∆Н к длине пути фильтрации l.

Современная теория движения подземных вод основывается на

применении закона Дарси:

Q = kфF∆H / l= kфFI, где

Q – расход воды или количество фильтрующейся воды в единицу

времени, куб.м. / сут.

kф – коэффициент фильтрации, м/сут.;

F – площадь поперечного сечения потока воды, кв.м.;

∆H – разность напоров, м; l – длина пути фильтрации, м.

Для получения более обоснованных значений коэффициента

фильтрации применяют расчетные, полевые и лабораторные методы.

Лабораторные методы основаны на изучении скорости движения воды

через образец грунта при различных градиентах напора.

Приборы, моделирующие постоянство напорного градиента – Тима,

трубка СПЕЦГЕО. Применяют в основном для грунтов с высокой

водопроницаемостью, например для песков.

Приборы, моделирующие переменный напор, характеризующий

неустановившееся движение, обычно используют для определения

коэффициента фильтрации связных грунтов с малой водопроницаемостью.

Это компрессионно-фильтрационные приборы типа Ф-1М.

Полевые методы – трудоемкие и дорогие. Позволяют определить коэф.

фильтрации в условиях естественного залегания пород и циркуляции

подземных вод. Обеспечивают наиболее достоверные результаты.

Расчетные методы – являются приближенными и рекомендуются лишь

на начальных стадиях исследования. Этот метод используют в основном для

песков и гравелистых пород.

Типичным примером плоского потока может служить движение

подземных вод к траншеям, штольням и другим горизонтальным

выработкам.

Расход грунтового (безнапорного) потока в однородных условиях

пород. Водоупор горизонтальный. Согласно закону Дарси определяют:

Q = kф/F = kфIсрBhср

kф – коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сут.;

Iср – средний напорный градиент потока; В – ширина потока, м; hср-

ср. мощность потока,м

Водоупор наклонный. Единичный расход грунтового потолка

определяют также из закона Дарси:

q = ﴾ kф(h1 + h2) / 2﴾(H1 – H2) / l﴾, где Н1 и Н2 – напоры воды в

сечениях I и II, отсчитанные от условной плоскости сравнения (0-0) или

уровня моря.

Требования к питьевой воде.

Подземные воды широко используют для хозяйственно-питьевых

целей. Пресные подземные воды – лучший источник питьевого

водоснабжения, поэтому их использование для других целей не допускается.

Источником хозяйственно-питьевого водоснабжения являются

подземные воды интенсивного водообмена. Глубина залегания пресных

подземных вод от поверхности Земли обычно не превышает нескольких

десятков метров. Однако в некоторых районах они могут залегать на глубине

от 300 до 500 м.

В последние годы для хозяйственно-питьевого водоснабжения также

стали использовать солоноватые и соленые подземные воды после их

искусственного опреснения.

Требования к качеству питьевой воды

Показатели

СанПиН2.1.4.1074-01

ВОЗ

USEP

ЕС

Ед.

измерени

Нормативы

ПДК, не

более

Показатель

вредности

Класс

опасности

Водородный показатель ед. рН

в пределах 6-

- - - 6,5-8,5

6,5-

8,5

Общаяминерализация(сухой мг/л 1000 (1500) - - 1000 500 1500

остаток)

Жесткость общая мг-экв/л 7,0 (10) - - - - 1,2

Окисляемость

перманганатная

мг О2/л 5,0 - - - - 5,0

Нефтепродукты, суммарно мг/л 0,1 - - - - -

Поверхностно-

активныевещества

(ПАВ),анионоактивные

мг/л 0,5 - - - - -

Фенольный индекс мг/л 0,25 - - - - -

Щелочность мг НСО3

/л - - - - - 30

Неорганические вещества

Алюминий (Al3+) мг/л 0,5 с.-т. 2 0,2 0,2 0,2

Азот аммонийный мг/л 2,0 с.-т. 3 1,5 - 0,5

Асбест

милл.во-

локон/л

- - - - 7,0 -

Барий (Ва2+) мг/л 0,1 с.-т. 2 0,7 2,0 0,1

Берилий(Ве2+) мг/л 0,0002 с.-т. 1 - 0,004 -

Бор (В, суммарно) мг/л 0,5 с.-т. 2 0,3 - 1,0

Ванадий (V) мг/л 0,1 с.-т. 3 0,1 - -

Висмут (Bi) мг/л 0,1 с.-т. 2 0,1 - -

Железо (Fe,суммарно) мг/л 0,3 (1,0) орг. 3 0,3 0,3 0,2

Кадмий (Cd,суммарно) мг/л 0,001 с.-т. 2

0,00

0,005

0,00

Калий (К+) мг/л - - - - - 12,0

Кальций (Са2+) мг/л - - - - -

100,

Кобальт (Со) мг/л 0,1 с.-т. 2 - - -

Кремний (Si) мг/л 10,0 с.-т. 2 - - -

Магний (Mg2+) мг/л - с.-т. - - - 50,0

Марганец (Mn,суммарно) мг/л 0,1 (0,5) орг. 3

0,5

(0,1)

0,05 0,05

Медь (Сu, суммарно) мг/л 1,0 орг. 3

2,0

(1,0)

1,0-1,3 2,0

Молибден (Мо,суммарно) мг/л 0,25 с.-т. 2 0,07 - -

Мышьяк (As,суммарно) мг/л 0,05 с.-т. 2 0,01 0,05 0,01

Никель (Ni,суммарно) мг/л 0,1 с.-т. 3 - - -

Нитраты (поNO3-) мг/л 45 с.-т. 3 50,0 44,0 50,0

Нитриты (поNO2-) МГ/Л 3,0 - 2 3,0 3,5 0,5

Ртуть (Hg, суммарно) мг/л 0,0005 с.-т. 1

0,00

0,002

0,00

Свинец (Pb,суммарно) мг/л 0,03 с.-т. 2 0,01 0,015 0,01

Селен (Se, суммарно) мг/л 0,01 с.-т. 2 0,01 0,05 0,01

Серебро (Ag+) мг/л 0,05 - 2 - 0,1 0,01

Сероводород (H2S) мг/л 0,03 орг. 4 0,05 - -

Стронций (Sr2+) мг/л 7,0 орг. 2 - - -

Сульфаты (SO42-) мг/л 500 орг. 4

250,

250,0

250,

Фториды (F) для

климатическихрайонов I и II

мг/л 1,51,2 с.-т.с.-т. 22 1,5 2,0-4,0 1,5

Хлориды (Cl-) мг/л 350 орг. 4

250,

250,0

250,

Хром (Cr3+) мг/л 0,5 с.-т. 3 - 0,1

(всего

)

Хром (Cr6+) мг/л 0,05 с.-т. 3 0,05 0,05

Цианиды (CN-) мг/л 0,035 с.-т. 2 0,07 0,2 0,05

Цинк (Zn2+) мг/л 5,0 орг. 3 3,0 5,0 5,0

с.-т. – санитарно-токсикологический

орг. – органолептический

Величина, указанная в скобках, во всех таблицах может быть установлена по указанию

Главного государственного санитарного врача.

Требования по микробиологическим и паразитологическим показателям воды

Показатели Единицы измерения Нормативы

Термотолерантные колиформные

бактерии

Число бактерий в 100 мл Отсутствие

Общие колиформные бактерии Число бактерий в 100 мл Отсутствие

Общее микробное число Число образующих колонии бактерий в 1 мл Не более 50

Колифаги

Число бляшкообразующих единиц (БОЕ) в 100

мл

Отсутствие

Споры сульфоредуцирующих

клостридий

Число спор в 20 мл Отсутствие

Цистылямблий Число цист в 50 мл Отсутствие

Требования к органолептическим свойствам воды

Показатели Единицы измерения Нормативы

Запах баллы 2

Привкус баллы 2

Цветность градусы 20 (35)

Мутность ЕМФ (ед. мутности пофармазину)или мг/л (по каолину) 2,6 (3,5)1,5 (2,0)

Требования по радиационной безопасности питьевой воды

Показатели Ед.измерения Нормативы Показатель вредности

Общая α-радиоактивность Бк/л 0,1 радиац.

Общая β-радиоактивность Бк/л 1,0 радиац.

Причины агрессивности воды к бетону и металлу.