Движение подземных вод

Однако более надежным представляется определение действительной скорости

движения подземных вод с помощью специальных полезных опытов, среди которых

наиболее практическое применение получили индикаторные методы, основанные

на введении в испытуемый горизонт через пусковые скважины каких-либо

индикаторов и определении скорости их передвижения в условиях подземного

потока по времени появления индикаторов в наблюдательных скважинах.

В качестве наиболее часто практикующих индикаторов используются вещества

(флюоресцеин, уранин, эритрозин и др.), электролиты, радиоактивные

индикаторы.

Перед проведением опыта участок работ необходимо хорошо изучить в геолого-

гидрогеологическом отношении. В пусковых и наблюдательных скважинах с

помощью геофизических исследований раскодометрии, лабораторных работ и

поинтервального опробования должны быть выделены соответствующим образом

изучены и при необходимости изолированы пласты, горизонты или интервалы,

подлежащие исследованию.

Наблюдательные скважины для прослеживания передвижения индикаторов

закладываются ниже по потоку на расстоянии от 0,5 до 2 м в суглинистых и

супесчаных породах, от 2 до 8ь в песчаных зернистых породах, от 3 до 15 в

гравийно–галечных породах, от 15 до 30 в закарстованных породах. Количество

наблюдательных скважин (односкважинные методы) если для таких определений

используются данные наблюдений за изменением концентрации индикатора во

времени или за его распространением непосредственно в пусковой

скважине(фотографирование конусов распространения красителей).

Появление индикатора в наблюдательных скважинах устанавливается химически,

электролитическим и колориметрическим способами, при этом первые два дают

наиболее надежные результаты.

При химическом способе появления индикатор устанавливается по изменению его

концентрации в периодически отбираемых из наблюдательных скважин конусах

воды. Для более точного и обоснованного установления момента появления

индикатора в наблюдательной скважине результаты определения изображаются

в виде графика изменения концентрации индикаторов во времени С=F(t)/ время

прохождения индикатора от пусковой скважины tмакс исчисляется с момента его

запуска в пусковую скважину до момента максимальной концентрации индикатора

в наблюдательной скважине.

[pic]рис.4

Изменение концентрации индикатора С в наблюдаемой скважине во времени t :

1-точка появления индикатора в наблюдательной скважине,

2-точка максимальной концентрации индикатора.

Действительная скорость движения подземных вод V? определяется как частное

от деления пройденного индикатором расстояния L на время :

V?=L/ tмакс (7)

Радиоиндикаторные методы.

В последние годы все более широкое применение для определения направления в

скорости движения подземных вод, а также для решения многих других

практических задач приобретают радиоиндикаторные методы. В качестве

индикаторов для мечения воды используются различные радиоизотопы.

Контрольным перемещением изотопов ведется по замерам интенсивности

излучения их концентрации. Возможность использования радиоактивных

индикаторов низких концентрацией, их сравнительно незначительная

сорбционная способность и высокая точность определений предопределяют

большие перспективы применения радиоиндикаторных методов для решения

гидрогеологических задач и , в частности, для определения направления и

скорости движения подземных вод. Наибольшее применение в качестве

индикаторов находят различные соединения.

Радиоиндикаторные методы применяются в различных вариантах и модификациях.

Суть односкважинного радиоиндикаторного метода заключается в проведении

наблюдений за изменением во времени концентрации введенного в скважину

радиоактивного индикатора. Изменения концентрации индикатора во времени и

эпюры распределения его активности , получаемые с помощью зонда,

опускаемого в скважину, являются основанием для определения расхода,

скорости и направления движения потока подземных вод. Особенно эффективным

является этот метод при импульсном поведении радиоиндикаторов.

Измеряя в разменые моменты времени силу тока в цепи, можно определить

электропроводимость воды в наблюдательной скважине и тем самым установить

момент появления в ней соли.

Колометрический метод заключается в определении времени прохождения

раствора краски между пусковой и наблюдательной скважинами.

Чаще всего принимают следующие красящие вещества, причём количество их

зависит от длины пути движения подземных вод между пусковой и

наблюдательной скважинами.

|Красящее вещество |Количество в гаммах сухой навески на каждые 5м |

| |пути для горных пород |

| |рыхлых |Трещиновых и |

| | |закарстованных |

|Флюресцин |1-5 |1-10 |

|Флюорантрон |1-5 |1-10 |

|Эозин |5-1 |1-10 |

|Эринтрозин |5-15 |5-20 |

|Красное бонго |10-30 |10-40 |

|Метиленовая синька |10-30 |10-40 |

|Анилиновая голубая |10-30 |10-40 |

|Понсо красная 2К |5-15 |5-20 |

таб.1

Указанные красящие вещества в виде раствора в щелочи или в слабой

кислоте (2-4см3 на 1г. вещества) запускаются в пусковую скважину так же,

как и при химическом методе. Взятие пробы воды из наблюдательной скважины

производится так же как и при химическом методе. Перед взятием пробы вода

должна быть перемешана. Первая проба берётся до запуска красящего вещества.

Наличие красящего вещества в пробе воды и степень концетрации его

устанавливается при помощи специального прибора – флюроскопа, в котором

находится 10 стеклянных трубок, наполненных стандартными растворами,

концентрация которых колеблется от 0 до 5 %. Принимается за 100% окраска,

полученная в результате растворения 0,1кг красящего вещества в 1 л воды.

При этом производится сравнение окраски пробы воды со стандартами

флюроскопа. Если вода пробы содержат взвешанные частицы, пробу необходимо

профильтровать.

Документация и обработка материалов.

Все наблюдаеме во время опыта величины следует фиксировать в

специальном журнале определение скорости, в котором должны быть приведены

следующие сведения:

1) абсолютные отметки кровли и подошвы водоносного горизонта и

поверхности земли;

2) абсолютные отметки верха трубы забоя, уровня воды, глубины скважины;

3) разрез по главному створу с показанием состава пород, зеркала воды и

конструкции скважины;

4) план расположения скважины с показанием расстояния между ними;

5) данные непосредственных ответов концентрации раствора (если

применяется химический метод) или силы тока (если применяется

электролитический метод) и время, соответствующее этим отсчётам.

Обработка материалов заключается в построении кривой концентрации,

показанной на рис.7

[pic]рис.5

На вертикальной оси откладывается в зависимости от применяемого метода либо

концентрации раствора в миллилитрах на литр (или израсходованного AgNO3),

либо значения силы тока в амперах (или сопротивления в Омах), либо данные,

характеризующие степень окраски воды, ,выраженные в процентах.

На горизонтальной оси откладывается время в часах. Скорость

рассчитывается по формуле: [pic], в которой величина t определяется из

графика рис.5.

Поскольку появление раствора в наблюдательной скважине происходит

постепенно и нарастание концентрации занимает некоторый период времени,

иногда представляется затруднительным выбор той точки на кривой в пределах

от N1 до N2, до которой надлежит отсчитывать значение времени t. При этом

N1 соответствует появлению индикатора в скважине, а N2- моменту наибольшей

концентрации.

При этом руководствуются следующими собраниями. Если скорость движения

подземных вод определяется для целей составления проекта водоснабжения,

следует брать время t, соответствующее точке N2; это определяет наименьшее

значение скорости. Если скорость движения подземных вод определяется для

установления водопротока в горные выработки или под гидросооружениями,

следует брать время t, соответствующее точке N1, это определит наибольшее

значение скорости . В ряде случаев применяют в место индикаторов

радиоактивные изотопы некоторых элементов (геофизические методы).

Для изучения движения подземных вод наряду с индикаторными методами

широко применяются полевые и скважинные геофизические методы. К подовым

следует отнести методы электропрофилирования, вертикального электрического,

кругового и частотных зондирований, естественного электрического поля, с

помощью этих методов иногда удаётся установить направление движения потока,

обнаружить скрытые под наносами родники и места утечек поверхностных вод из

русел рек, озёр и водохранилищ.

Другую группу составляют скважинные способы исследования:

резистивиметрия и термометрия, метод заряженного тела и др. Они применяются

для определения мест притоков подземных вод в скважину и выделения зоны

активного водообмена, определения направления и действительной скорости

движения подземных вод по группам и одиночным скважинам.

Наиболее высокая эффективность достигается при комплексном

использовании полевых и скважинных методов.

Определение скоростей фильтрации по одиночным скважинам. Для

определения скоростей фильтрации применяют электрический метод , метод

радиоактивных изотопов и термометрический.

Электролитический метод основан на изучении убывания электролита в

искусственно засоленной скважине. Он применяется для изучения движения

пресных или слабоминерализованных подземных вод, в зоне активного

водосмена. Для наблюдения используют любую одиночную скважину, не

обсаженную трубами или оборудованную фильтрами в интервале водоносного

горизонта. В качестве электролита применяют поваренную соль. Измерения

производятся с помощью резистивиметра по обычной схеме каротажа.

Предварительно в скважине выполняют комплекс каротажных работ, в том

числе и измерения удельного электрического сопротивления воды

резистивометром. По кривой сопротивления оценивают естественную

минерализацию поземных вод и её изменение с глубиной. Затем в скважине

растворяют электролит. С этой целью на кабель в нише прибора крепко

привязывают узкие мешки с поваренной солью. Количество соли берут с таким

расчётом, чтобы концентрация электролита после его растворения не превышало

2г/л. Мешки прогоняют по стволу скважины несколько раз, а затем снимают с

кабеля.

Сразу же после засоления воды делают первое контрольное измерение

резистивиметром. По полученной кривой сопротивления судят о равномерности

концентрации электролита и качества подготовки скважины. Последующие

измерения выполняют периодически, через каждые 15-20 минут или через 1 час,

в зависимости от скорости вымывания соли. Длительность интервалов

определяется в процессе опыта. Наблюдения продолжаются в течении нескольких

часов , а иногда и нескольких суток, до полного опреснения электролита в

интервале исследования. Для надёжной интерпретации необходимо иметь не

менее пяти кривых сопротивления, последовательно нарастающими максимумами

показаний.

По совокупности кривых сопротивления снятых в разное время, выделяют

места притоков воды и зону активной циркуляции, а также прослеживается

изменение концентрации с течением времени.

Скорость концентрации вычисляется по формуле :

[pic],

где d-диаметр скважин;

С0-естественная минерализация подземных вод в эквиваленте NaCI;

C1 ,C2-концентрация электролита в моменты времени t1,t2;

m-число, показывающее во сколько раз скорость движения воды в

скважине больше скорости фильтрации воды в породе.

В интервале активной циркуляции намечают точки или характерные

участки, против которых определяют диаметр скважины d? Температуру воды T?

удельные электролитические сопротивление воды до засоления ?0 и после

засоления ?n и время регистрации tn. Обычно берутся их средние значения.

Зная удельные электрические сопротивления и температуру электролита, по

соответствующим графикам для NaCI определяют естественную минерализацию

Сn в любые моменты времени tn .

Результаты обработки записываются в таблицу. По табличным данным составляют

графики изменения концентрации от времени наблюдения. По оси ординат

откладывают Lg(Cn-Co), а по оси абсцисс в числовом масштабе время

наблюдения. График имеет вид прямой, наклоненной к оси абсцисс под углом ?

с осредненной части графика снимают значение. [pic];

И вычисляют скорость фильтрации по формуле [pic]

По данным электролитического метода строят кривую или экюру изменения

скоростей фильтрации с глубиной. По ней можно найти среднее значение

скорости для любого выделенного интервала. [pic];

где Vi-скорость фильтрации для малого интервала ?Hi.

Наилучшие результаты получаются при исследованиях в скважинах большого

диаметра, пробуренных в песчаных или гравийно-галечных отложениях. В

трещиноватых, закарстованных породах скорости фильтрации, вычисленные по

вышеуказанным формулам, как правило оказываются завышенными в несколько раз

и могут быть использованы только для относительной характеристики свойств

разреза.

Метод радиоактивных изотопов

Основан на том же принципе, что и электролитический метод. По результатам

наблюдений в скважине изучается скорость убывания концентрации изотопов в

предварительно активированной скважине.

Предварительно в скважине выполняется гамма-каротаж. Затем её заполняют

активированной жидкостью с концентрацией от 0.5 до 1,00 мкюри/м3, в которой

растворена соль какого-либо из слабо адсорбируемых радиоактивных изотопов,

например 131Y, период полураспада которого равен 9 дним. После

перемеривания делают ряд замеров гамма-излучение через каждые 15-30 минут.

В местах притоков подземных вод концентрация изотопов будет падать, что

отражается на показанных кривых гамма- каротажа. Скважинный прибор перед

наблюдением эталонируют и оп результатам замеров определяют концентрацию

изотопов.

Методика интерпретаций и обработки совершенно аналогична описанной выше в

электролитическом методе. Только вместо концентрации электролита , при

вычислении скорости фильтраций берется концентрация изотопов.

Основное преимущество метода изотопов заключается в повышении четкости

результатов. Это объясняется возможностью приготовления активированной

жидкости с резко отменными свойствами по сравнению с подземными водами.

Удельная активность раствора с концентрацией порядка 0,5-1,0 мкюри/м3 в

15-20 раз превышает естественную радиоактивность подземных вод метод

изотопов можно применить в сильно минерализованных водах. Метод изотопов

можно применять в сильно минерализованных водах.

Термометрический метод основан на измерении температур в искусственно

нагретой скважине небольшой глубины. С течением времени вода в скважине

остывает в следствии переноса тепла движущейся жидкостью, конвекции,

теплообмена с окружающими породами и ряда других факторов. В зоне активного

водообмена наибольшие изменения температур произойдут, очевидно, за счёт

горизонтальной циркуляции подземных вод. Замеряя периодически температуру

воды после нагревания скважины, можно вычислить скорость фильтрации по

формуле: [pic]

Где Т0 – температура воды до нагревания; Т2 и Т2 – температура воды в

момент времени t2 и t1.

Термометрический метод может быть использован для изучения движения

минерализованных вод в зоне активного водообмена.

Определение направления и действительной скорости движения поземных вод

методом заряженного тела применяется для изучения движения пресных вод или

слабо минерализированных подземных вод, вскрытых одной скважиной, на

глубине не более 100м (в зоне активного водообмена).

В скважину до глубины подземного потока опускают пористые мешки с солью,

которая растворяется в движущейся жидкости и растворе сносится в водоносный

пласт, образуя около скважины подвижную зону электролита, вытянутую по

направлению потока. Причём передний её фронт всё время движется со

скоростью, примерно равной скорости движения подземной воды, тогда как

наиболее концентрированная часть раствора остаётся неподвижной около

скважины.

Вместе с солью в скважину погружают один из электродов питающий

электрической цепи, состоящей из источника тока и двух заземлений. Второе

заземление относят на расстояние в 10-12 раз превышающее глубину потока.

После замыкания цепи в земле образуется сложное электрическое поле,

обязанное токам, стекающим с заряженной зоны электролита и обсадной трубы.

Структуру поля и поведение его во времени изучают на поверхности земли с

помощью электроразведочной аппаратуры. Практически измерения сводятся к

съёмки замкнутых вокруг устья эквипотенциальных линий. В период обработки

материалов эквипотенциальные лини вычерчиваются на миллиметровке в удобном

масштабе. По всем изолиниям выделяют максимальной смещение ?k и с точностью

до 100 определяют преобладающее их направление.

[pic]рис.6

Для уточнения направления и скорости потока строят дополнительные графики

развёртки (рис.6) и графики зависимости смещения значений от времени

наблюдения (рис.7). Нанесенные на графики точки определяют во избежание

ошибок.

Если изолинии снимались на оптимальном удалении от скважины, скорость

потока вычисляют по формуле [pic], где ?S2-?S1 – максимальное смещение за

промежуток времени t2-t1, снимаемое с осредненной прямолинейной части

графика.

[pic] рис.7

При вычислении скорости по изолиниям, снятым на расстояниях меньше

оптимальных, необходимо учитывать влияния обсадных труб и столба солёной

воды в скважине. Тогда расчёт ведется по формуле:

[pic], где l2-l1 увеличение длины зоны электролита за промежуток времени

t2-t1.

Результаты обработки и интерпритации полевых наблюдений представляют на

одном месте для каждой скважины с изображением её разреза и конструкции.

Страницы: 1, 2