Расчет коэффициента фильтрации по результатам опытной откачки. Определение удельного дебита.

В таблице 4 приведены результаты опытных кустовых откачек. Каждый студент выполняет один из вариантов, приведенных в таблице.

Составляется схема откачки (рис.9).

Для выбора расчетных формул следует ответить на два вопроса: 1. Из какого водоносного горизонта проводилась откачка: ненапорного и напорного?

2. Центральная скважина была совершенной или несовершенной.

На первый вопрос дают ответ цифры, помещенные в графах 5 и 6, если они одинаковы, то воды ненапорные; если глубина установившегося уровня меньше, чем глубина появления воды, то воды напорные. На второй вопрос дает ответ графа 4. Если известна мощность водоносного горизонта, то центральная скважина совершенная. В последнем случае для расчета используются формулы Дюпюи, применительно к двум участкам:

1. Центральная скважина и первая наблюдаемая скважина.

1.1 Ненапорные воды.

 

1.2 Напорные воды

 

2. Первая наблюдаемая скважина, вторая наблюдаемая скважина.

2.1 Ненапорные воды

2.2 Напорные воды

где К₁, К₂ - коэффициент фильтрации, м/сут; Q - расход воды, м3/сут; r - радиус фильтрации в центральной и соответственно первой и второй скважинами, м; Х₁, Х₂ – расстояние между центральной и и соответственно первой и второй скважинами, м; Н, m – мощность ненапорного (Н) и напорного (m) водоносных горизонтов, м; S, S₁, S₂ – понижения воды в центральной (S), в первой наблюдаемой (S1) и во второй наблюдаемой (S2) скважинах.

Рисунок 9 - Схематические разрезы по линии I-П при кустовой откачке

а) воды ненапорные; 6) воды напорные

 

По каждому варианту следует определить К₁, К₂ и сделать вывод; к какой группе в классификации пород по водопроницаемости пород относится данная порода (табл.5), определить удельный дебит центральной скважины (q).

Таблица 5 - Классификация горных пород по водопроницаемости

Группа	Характеристика пород	м/сутки
I	Очень хорошо водопроницаемые породы	100-1000 и более
II	Хорошо водопроницаемые породы	100-10
III	Водопроницаемые породы	10-1
IV	Слабо водопроницаемые породы	1-0,1
V	Весьма слабо водопроницаемые породы	0,1-0,001
VI	Практически водопроницаемые породы	<0,001

 

Состав подземных вод

В таблице 6 приведены результаты сокращенного анализа грунтовых вод. Используя один из них (номер варианта), выполнить следующее:

а) пересчитать содержание ионов из мг/л в мг/экв/л и мг/экв %;

б) записать анализ в виде формулы М. Г. Курлова;

в) анализ в виде формулы солевого состава;

г) изобразить анализ на диаграммах треугольниках и диаграмме-
квадрате;

д) оценить состав воды по общей минерализации, величине рН,
химическому составу, жесткости и агрессивности в отношении бетона.

а) Пересчет ионной формы в эквивалентную производится по схеме:

На практике содержание каждого иона в мг/л умножается на пересчетный для каждого иона коэффициент (табл. 7). Коэффициент представляет собой величину, обратную эквивалентной массе данного иона. Результаты пересчетов, содержание каждого иона в мг-экв/л суммируется отдельно для катионов и анионов. Эти суммы должны быть близки друг к другу. Для получения мг-экв%, принимают раздельно сумму катионов и сумму анионов за 100%. Затем рассчитывается количество процентов, приходящихся на каждый анион и каждый катион в соответствии с их содержанием в мг-экв/л.

Правильность проведенного анализа контролируется величиной погрешности анализа в %.

 

где сумма А и сумма K — суммы мг-экв/л анионов и катионов.

Погрешность, в зависимости от категории анализа допускается от 2 до 5 процентов.

 

Таблица 7 - Коэффициенты для пересчета и ионной формы (мг/л) и эквивалентную (мг-экв/л)

Ионы	Коэффициенты	Ионы	Коэффициенты
Сa2+	0,0499	HCO3-	0,0164
Mg2+	0,0822	SO42-	0,0208
N+	0,0435	Cl-	0,0282
K+	0,0256	NO3-	0,0161
NH4+	0,05543	NO2-	0,02174

 

б) формула М. Г. Курлова представляет собой псевдодробь, в числителе которой в убывающем порядке записывается эквивалентное или эквивалентпроцентное содержание анионов, в знаменателе - катионов. Записываются только ионы, содержание которых равно или больше 10 мг-экв%. Перед дробной линией (слева) ставится буква «М», а справа, внизу, от нее записывается величина общей минерализации (сухой остаток) в г/л.Левее буквы «М» записываются в мг/л газы и специфические компоненты (Sp). Справа от дробной черты записываются показатели Е h, р Н, Т(^oС):

 

Справа же, иногда записывают плотность (для минерализованных вод) и дебит скважины или источника в м³/сутки.

в) в формуле солевого состава независимо от содержания записываются в убывающем порядке все анионы и все катионы (мг-экв и мг-экв%), минерализации (г/л), газы и специфические компоненты (мг/л).

г) при большом количестве анализов, для наглядности и выделения распространения по площади и глубине различных типов воды, используются диаграммы - квадрат и треугольники.

На диаграмме-квадрате (любого размера) учитываются основные анионы и катионы (рис. 10). По верхней боковой стороне квадрата слева направо расположена шкала для суммы (Са²⁺ +Мg²⁺), по нижней стороне квадрата справа налево - шкала для суммы (Na⁺+K⁺). По боковым сторонам квадрата находятся шкалы для анионов; справа, снизу вверх для (НСО^-₃+СО²₃^-). Слева, сверху вниз - шкала для (S0^2-₄+Сl^-). Весь квадрат вертикальными и горизонтальными линиями через 10 процентов шкал, разделен на 100 маленьких квадратов, по номеру которых определяется тип воды.

Один анализ изображается на диаграмме - квадрате в виде точки. Эта точка находится на пересечении двух прямых линий - вертикальной, положение которой в квадрате определяется содержанием катионов, и горизонтальной, определяемой по содержанию в мг-экв% анионов.

Диаграмма - треугольник используется часто одновременно с диаграммой-квадратом. Строятся два равносторонних треугольника одинакового размера в том же масштабе, что и квадрат. Один для катионов, другой для анионов (рис. 10).

Рисунок 10 - Различные способы графического изображения химического состава вод

Таблица 8 - Пример расчета и записи химического состава грунтовых вод

а) Состав грунтовых вод

Сухой остаток, мг/л	Катионы	Анионы	рН	Свободная СО2, мг/л	Жесткость, мг-экв/л
	мг/л	мг-экв/л	мг-экв%/л		мг/л	мг-экв/л	мг-экв%/л	общая	устранимая
	Na+K	20,5	0,89	29,9	Сl-	9,9	0,28	9,40	6,32	13,2	2,01	0,70
Mg	8,3	0,68	22,8	SO42-	93,0	1,94	65,1
Ca	28,3	1,41	47,3	HCO3-	42,7	0,70	23,49
NH4	-	-	-	NO3-	3,8	0,06	2,01
				NO2-	-	-	-
ИТОГО	51,7	2,98				2,98

 

б) Запись в виде формулы М. Г. Курлова

в) Запись в виде формулы солевого состава

Примечание. Содержание ионов в формулах М.Г. Курлова и солевого состава иногда указывается с точностью до одного процента.

 

На каждой из сторон треугольников сделайте шкалы в мг-экв% от 0 до 100 процентов по часовой стрелке. В углах треугольников будет окончание шкалы одного иона (100%) и начало шкалы следующего по часовой стрелке иона (0^о). Распределите анионы и катионы в соответствующих треугольниках; в треугольнике для ионов: по нижней стороне справа налево откладывается ион хлора; по левой боковой стороне снизу вверх следует отложить ион НСО₃^-, а по правой боковой стороне сверху вниз-ион (SO₄^2-). Также располагаются ионы на треугольнике для катионов - на нижней стороне (Na⁺+K)⁺, на левой боковой стороне (Са²⁺), на правой боковой стороне (Mg²⁺). В каждом из треугольников один анализ изображается в виде точки. Эти точки внутри каждого треугольника находятся на пересечении трех прямых линий параллельных сторонам треугольника (рис. 10). Эти линии должны начинаться на сторонах треугольника в точках, которые соответствуют процентному содержанию иона, изображенного на данной (этой) стороне треугольника (рис. 10). Соедините середины сторон в каждом треугольнике прямыми линиями. Получим четыре равносторонних треугольника внутри данного. По расположению точек (анализов) внутри треугольников можно судить о распространении видов воды по катионному и анионному составу раздельно. В средний треугольник попадут точки для смешанных по составу катионов или анионов вод. В треугольниках, прилегающих к углам основного (большого) треугольника, будут места (точки) для гидрокарбонатных, сульфатных или хлоридных вод по анионам, и кальциевых, магниевых и натриевых вод по катионам.

Заканчивается работа оценкой состава воды по данному варианту по различным показателям (по общей минерализации, общей жесткости, по величине рН, химическому составу и агрессивности в отношении бетона). По общей минерализации выделяют воды пресные (сухой остаток меньше 1 г/л), солоноватые (1-3 г/л), соленые (3-10 г/л), очень соленые (10-35 г/л), переходные к рассолам (35- 50 г/л) и рассолы (50-400 г/л). При оценке воды для питьевого водоснабжения используется ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая» (приложение 3). Используя учебники, учебные пособия и методические указания дается оценка воды по остальным показателям, приведенным выше.

Оценка воды

(пример: табл. 8.)

1. Общая минерализация (сухой остаток) 190 мг/л. Вода пресная.

2. Общая жесткость 2,01 мг-экв/л, Вода мягкая.

3. По концентрации ионов водорода рН==6,32. Реакция воды кислая.

4. Химический состав воды (по классификации О. А. Алекина)

а) класс сульфатный (S0₄^2- =65,0 );

б) группа натриево-кальциевая (Na⁺+ К⁺) =29,87 мг-экв%;

Са²⁺ = 47,32 ).

в) вид (тип) - II [rHCO₃<rCa²⁺<rMg²⁺<гНСОз^- +rS0₄^2-]

[23,49<47,32+22,81<23,49+65,10];

г) краткая запись – S_II ^{Na Ca}

 

 

Таблица 9 -Признаки агрессивности подземных вод

Виды и показатели агрессивности	Грунты водопроницаемые (крупнообломочные, среднеобломочные)	Результат проявления агрессивности
Бетон, железобетон и бутобетон, портландцемент
Условие агрессивности
Общекислотная (рН)	рН меньше 7,0	Частичное
Выщелачивающая - (временная жесткость в мг-экв/л)	Временная жесткость меньше 1,03 мг-экв/л	Растворение Бетона
Сульфатная - (SО4 в мг/л)	Содержание SO42- больше 250 мг/л	Образование новых солей в трещинах и порах бетона. Механическое разрушение бетона.
Магнезиальная (Mg2+ в мг/л)	Содержание иона магния больше 2000 мг/л	Образование Mg (OH)2 понижение прочности бетона
Углекислая - (содержание свободной СО2 в мг/л)	Содержание свободной СО2 (мг/л) Больше [а*Са2++в] (мг/л)	Растворение части бетона

 

Таблица 10 - Значение коэффициентов «а» и «в»

Временная жесткость, мг-экв/л	Суммарное содержание ионов Сl- + SO42- мг/л
0-200	201-400	401-600	601-800	801-1000	Больше 1000
а	в	а	в	а	в	а	в	а	в	а	в
1,4	0,01		0,01		0,00		0,00		0,00		0,00
1,8	0,04		0,04		0,03		0,02		0,02		0,02
2,1	0,07		0,08		0,05		0,04		0,04		0,04
2,5	0,10		0,08		0,07		0,06		0,06		0,06
2,9	0,13		0,11		0,09		0,08		0,07		0,07
3,2	0,16		0,14		0,11		0,10		0,09		0,08
3,6	0,20		0,17		0,14		0,12		0,11		0,10
4,2	0,24		0,20		0,16		0,15		0,13		0,12
4,3	0,28		0,24		0,19		0,17		0,16		0,14
4,3	0,32		0,28		0,22		0,20		0,19		0,17
5,0	0,36		0,32		0,25		0,23		0,22		0,19
5,4	0,40		2,36		0,29		0,26		0,24		0,22
5,7	0,44		0,40		0,32		0,29		0,27		0,25
6,1	0,48		0,44		0,36		0,33		0,30		0,28
6,4	0,54		0,47		0,40		0,36		0,33		0,31
6,8	0,61		0,51		0,44		0,40		0,37		0,34
7,1	0,67		0,55		0,48		0,44		0,41		0,38

5. Агрессивность подземных вод [табл. 9,10]. Зависит от химического и газового состава воды, скорости движения воды, температуры воды, материала подземных частей сооружения. Оценить можно качественно (да, нет) и приближенно агрессивность воды по отношению к бетону, например для случая хорошо водопроницаемых пород (большая скорость фильтрации), и портландцемента.

1. Общая агрессивность рН=6,32 — да.

2. Выщелачивающая агрессивность — карбонатная жесткость 1,96 нем.град.<3 нем.град.— да.

3. Углекислая агрессивность (СО₂^{свободная} = 13,2 мг/л) вода агрессивная.

4. Сульфатная агрессивность (SO₄^2- = 93,0 мг/л) — нет.

5. Магнезиальная агрессивность (Mg = 8,3 мг/л) — нет.

Пояснительная записка

Используя работы 2.1-2.6, написать краткую пояснительную записку по следующим главам:

1. Рельеф. Пользуясь топографической картой, приведенной в методических указаниях, отметить основные формы рельефа — речную долину, склоны и водоразделы. В речной долине выделить террасы, указать тип террасы по гидрогеологическому разрезу (аккумулятивные, цокольные, эрозионные), абсолютные отметки их поверхности и ширину (по карте), вид террасы по отношению к руслу реки (пойменная, надпойменная). Указать верхнюю и нижнюю абсолютную отметку склонов, уклоны и направления склонов (максимальный и минимальный).

2. Гидрография. Отметить ширину русла рек, уклоны уровня воды, наличие притоков.

3. Геологическое строение. По гидрогеологическому разрезу, геолого-патологической карте и данным таблиц 2 или 3, описать вскрытые скважинами породы, начиная с более древних. При описании каждой породы надо указать: состав, относительный возраст (ярус, отдел, система), происхождение (морские, континентальные, аллювиальные, делювиальные и т.д.), условия залегания (горизонтально или наклонно залегающие пласты, линзы, прослойки), распространение по площади района (по всей площади, только в речной долине, только в пределах терассы, только на склонах и водоразделах выше абсолютной высоты, м), мощность. Для пород полностью не пробуренных, следует указать максимальную величину в метрах, на которую вскрыты породы.

4. Гидрогеологические условия района. Сначала указать количество вскрытых скважиной водоносных горизонтов (например: в пределах исследованного района вскрыто водоносных горизонтов). Затем каждый горизонт водоносный (сверху вниз) описать — это значит прежде всего назвать (верховодка, грунтовые воды, межпластовые, ненапорные воды); Затем отметить водоносные породы, их название, мощность и относительный возраст; водонепроницаемые породы снизу и сверху (при межпластовых водах). Далее надо указать источники питания горизонта водой и пути расходования воды из водоносных горизонтов, отметить связь их с рекой (река питает водоносный горизонт, водоносный горизонт питает реку) и с другими водоносными горизонтами (например: первый водоносный горизонт питает второй водоносный горизонт, а второй водоносный горизонт питается водой третьего и т.п.).

Пользуясь картой гидроизогипс, определите и напишите направление движения грунтовых вод и уклоны их поверхности, минимальный и максимальный. По карте глубин залегания уровня грунтовых вод укажите площади глубиной уровня меньше 1 метра, площади глубиной 1-3 м и больше трех метров. Приведите в тексте записки данные о коэффициентах фильтрации, полученных на основании опытных откачек, общую минерализацию, класс, группу и вид по классификации О. А. Алекина, характеристику воды по общей жесткости, агрессивности воды в отношении бетона.

Приложение 1

Стратиграфическая шкала

Группа (эра)	Система (период)	Отдел (эпоха)	Индексы	Цвета на карте	Начало и конец, млн. лет
новые	старые
Кайнозойская Kz	Четвертичная (четвертичный) Q	Современный	Q4		Бледные тона: желтоватый, сероватый, голубоватый	1,5 - 0
Верхнечетвертичный	Q3
Среднечетвертичный	Q2
Нижнечетвертичный	Q1
Неогеновая (неогеновый) N	Верхненеогеновый	N2		Лимонно- желтый	26 - 1,5
Нижненеогеновый	N1
Палеогеновая (палеогеновый) P	Верхнепалеогеновый	P3	Pg3	Оранжево- желтый	47 - 26
Среднепалеогеновый	P2	Pg2
Нижнепалиогеновый	P1	Pg1
Мезозойская Mz	Меловая (меловой)	Верхнемеловой	K2	Cr2	Зеленый	137 - 167
K	Нижнемеловой	K1	Cr1
Юрская (юрский) J	Верхнеюрский	J3		Синий	195 - 167
Среднеюрский	J2
Нижнеюрский	J1
Триасовая (триасовый)	Верхнетриасовый	T3		Фиолетовый	240 - 195
Среднетриасовый	T2
T	Нижнетриасовый	T1
Палеозойская Pz	Пермская (пермский) P	Верхнепермский	P2		Оранжево- коричневый	285 - 240
Нижнепермский	P1
Каменноугольная (каменноугольный) С	Верхнекаменноугольный	C3		Серый	340 - 285
Среднекаменноугольный	C2
Нижнекаменноугольный	C1
Девонская (девонский) D	Верхнедевонский	D3		Коричневый	410 - 340
Среднедевонский	D2
Нижнедевоский	D1
Силурийская (силурийский) S	Верхнесилурийский	S2		Серо- зеленый	440 - 410
Нижнесилурийский	S1
Ордовикская (ордовикский) О	Верхнеордовикский	O3		Оливковый	500 - 440
Среднеордовикский	O2
Нижнеордовикский	O1
Кембрийская (кембрийский)	Верхнекембрийский		Cm3	Голубовато- зеленый	570 - 500
Среднекембрийский		Cm2
Нижнекембрийский		Cm1
Протерозойская	Общепринятых подразделений нет	PR		Розовый	2600 - 570

Примечание: Для палеогеновой, меловой и кембрийской систем в скобках приведены старые индексы

 

Приложение 3

 

Требования к качеству воды для хозяйственного-питьевого водоснабжения

(по ГОСТу 2874-82 «Вода питьевая»)

Показатель	Предельное содержание
1. Сухой остаток, мг/л	до 1000
2. Активная реакция, рН	6,5-8,5
3. Общая жесткость, мг-экв/л	до 7
4. Хлориды, мг/л	до 350
5. Сульфаты, мг/л	до 500
6. Железо, Fe2+,Fe3+, мг/л	до 0,3
7. Марганец, Mn2+, мг/л	до 0,1
8. Цинк, Zn2+, мг/л	до 5,0
9. Остаточный алюминий, Al3+, мг/л	до 0,5
10. Свинец, Pb2+, мг/л	до 0,1
11. Мышьяк, As3+,5+, мг/л	до 0,05
12. Фтор, F (в зависимости от климатических районов, мг/л)	от 0,7 до 1,5
13. Нитраты, по N, мг/л	до 10
14. Аммиак, по N, мг/л	до 2,0 до 0,001
15. Стронций, Sr2+, мг/л	до 1,7
16. Уран природный U и уран - 238, мг/л	до 1,2*10-10
17. Радий - 226 (Ra), Ки/л	до 4,0*10-10
18. Стронций - 90 (Sr), Ки/л	не менее 300
19. Коли-титр	до 3
20. Коли-индекс

 

 

Для заметок

 

Для заметок

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Добровольский В.В. Геология. М.: Владос, 2004.

2. В.П. Ананьев, А.Д. Потапов «Основы геологии, минералогии и петрографии» М «Высшая школа», 2005 г.

3. В.И. Старостин П.А.Игнатов «Геология полезных ископаемых»,М «Академический Проект», 2004 г.

 

В авторской редакции

Компьютерная верстка Ратанова М.В, Федотовой С.В.

 

 

Подписано в печать _______

Усл. печ. л.

Тираж 100. Заказ _________

ИПК ФГБОУ ВПО ВолГАУ «Нива»

400002, г. Волгоград, пр. Университетский, 26