Данный файл содержит Главы III - VIII учебника «Геология и грунтоведение» автор , изд-во «Недра», М., 1977 (стр. 13 )

Собственно подземными, или межпластовыми, называются воды более глубоких водоносных пластов. Меж­пластовые воды, как более глубокие, а следовательно, и более чистые, чаще всего используются для водоснабжения. Они мо­гут быть безнапорными и напорными.

Безнапорные воды характеризуются наличием свобод­ной поверхности, устанавливаемой под влиянием силы тяжести (например, грунтовые воды); напорные же воды имеют повышенное гидростатическое давление и стремятся повысить свой уровень в выработках, что связано с отсутствием свобод­ного выхода воды в условиях изогнутости водоносного пласта и наличия водонепроницаемых кровли и подошвы. К напорным относятся также артезианские воды.

§ 25. Грунтовые воды

Для характеристики грунтовых вод данной местности уста­навливают уровень грунтовых вод, а также направление и ско­рость движения воды в породе.

При пересечении уровня грунтовых вод какой-либо выработ­кой (шурф, котлован, буровая скважина и пр.) с ее стен сочится вода, которая с течением времени заполняет часть выработки. Тот уровень, на котором вода начала сочиться со стен выработки, называется появившимся уровнем. Уровень же воды, установившийся в выработке, носит название установившегося уровня. В грунтовых водах эти уровни чаще всего совпадают. При наличии же напора, что зачастую бывает в пластовых водах, установившийся уровень выше появившегося.

Так как верхний уровень грунтовых вод имеет большое значение в дорожном строительстве, то в буровых скважинах и шурфах, закладываемых при изысканиях дорог, обычно изме­ряют глубину залегания этих вод с помощью мерной ленты, рейки и пр.

Уровень грунтовых вод не является постоянным. В зависи­мости от погодных условий (дождливая погода, сухой период года и пр.) глубина залегания грунтовых вод повышается или понижается. Особенно сильно подвержены колебаниям грунто­вые воды, лежащие близко к дневной поверхности.

Линии, соединяющие одинаковые уровни стояния грунтовых вод, получили название гидроизогипсы. На специальных гидрогеологических картах гидроизогипсы проводятся, как гори­зонтали на топографических картах, через 1, 2, 3 и 5 м в зави­симости от количества наблюдений и необходимой точности.

Вода в горных породах лишь в редких случаях находится в застойном состоянии. Чаще всего она перемещается вследст­вие разных давлений в двух точках и движется от высокого уровня к низкому.

Движение грунтовых вод также может обусловливаться наклоном Водоупорного пласта. Движущиеся грунтовые воды получили название грунтового потока, а застойные воды называют грунтовым озером.

Во многих случаях возникает необходимость определить направление и скорость грунтового потока с тем, чтобы глубо­кой канавой перехватить его и отвести воду в сторону от соору­жения. Для этого применяются следующие способы; а) крася­щих веществ; б) определения направления по трем точкам; в) гидроизогипс.

Способ красящих ве­ществ. На изучаемой ме­стности  закладывают пять  шурфов или скважин  (рис.  19). В сред­нюю из них вводят раст­воряющееся в воде кра­сящее  вещество  в количестве 2 — 20 г на каждые 10 м рас­стояния  между скважи­нами. В остальных сква­жинах ведут тщательное наблюдение за появлени­ем окраски. Скважина, в которой раньше всех появится окра­шенная  вода,  ближе всего  лежит к направлению  движения грунтовых вод.

Так как красящее вещество появляется в наблюдаемых! скважинах весьма ослабленным, что не дает возможности точно установить время его появления, то часто взамен его в центральную скважину вводят концентрированный раствор хлори­стого натрия или другой соли. Появление этой соли в других скважинах устанавливают при помощи реакции с азотнокислым серебром, в результате которой образуется белый хлопьевид­ный осадок хлористого серебра.

Располагая данными о расстоянии  между скважиной, в которой появилась окрашенная вода, а также о времени I про­хождения водой этого пути, устанавливают скорость грунтового потока:

Скорость движения грунтового потока обычно колеблется в пределах 3—12 м в сутки.

- Определение направления потока по трем точкам. На мест­ности, где необходимо определить направление движения грун­товых вод, выбирают три колодца или скважины, расположенные в виде треугольника. Для каждого из колодцев определяют отметки уровней грунтовых вод. Для этого нивелированием определяют вначале отметки земной поверхности у скважины или колодца, затем точно измеряют глубину залегания грунто­вых вод и вычислением устанавливают отметки уровней воды в колодцах.

Искомое направление грунтового потока устанавливают графически (см. рис. 19). Соединив точки А, Б и В сплошными линиями, делят сторону АВ, где имеется наибольшая разница в уровнях, на разность отметок, т. е. на пять равных частей. Полагая равномерное падение уровня от колодца А к колод­цу В (интерполирование), находят точку Д, уровень которой соответствует уровню воды в колодце Б. Прямая, перпендику­лярная к линии, соединяющей точки Д и Б, будет искомым на­правлением потока, как наиболее короткая, и называется линией гидроизогипс.

§ 26. Напорные воды и источники

Подземные воды, находящиеся в водоносных слоях различ­ных горных пород, залегающих между водоупорными слоями (преимущественно в коренных породах), называют напор­ными, или артезианскими, водами. Наиболее типичным является залегание этих вод в синклинальных складках (рис.20). ' Из рис. 20 видно, что вода в водоносном слое 1 не пере­крыта водоупорной породой, и уровень ее свободный (грунто­вая вода), вода же в слоях 2 и 3 находится под напором (давлением), обусловленным наличием в уровне этих слоев водонепроницаемых пород и высоким положением области питания (П). Линия а1— б1 показывает уровень, до которого будет подниматься вода из водоносных слоев 2 и 3 при вскры­тии буровыми скважинами. Этот уровень называется пьезо­метрическим. Если в точке А заложить скважину до водо­носных слоев 2 и 3, то вода поднимется по трубе и будет бить фонтаном. Такие скважины называются артезианскими. Суще­ствуют еще трещинные напорные воды, приуроченные к тре­щиноватым породам любого происхождения.

Артезианские воды имеют большое значение в водоснабже­нии городов и поселков. Лежащие близко к дневной поверхно­сти грунтовые воды вследствие загрязнения не всегда могут быть использованы для питья. Артезианские же воды обычно доброкачественны, причем наличие у них напора позволяет получать хорошую питьевую воду без применения водоподъем­ных средств.

В СССР напорные воды встречаются в Московском камен­ноугольном бассейне, в районе Ленинграда, на Украине и во многих других местах, где они широко используются для водо­снабжения городов.

Естественные выходы подземных вод на дневную поверх­ность получили название источников (ключи, родники). Разли­чают два основных типа источников: нисходящие и восходящие.

Нисходящие источники приурочены к пересечению водонос­ного пласта с земной поверхностью, что обычно бывает на склонах эрозионных долин рек, в оврагах и балках (см. рис. 18). Для этого вида источников характерно отсутствие напора.

Рис. 20. Артезианская  вода и восходящие источники:

А — артезианский колодец с изливающейся водой; Б — обык­новенный колодец. П — область питания, в — водопрони-цаемь е и « — водонепроницаемые пласты; аб — уровень грун­товых вод; о»б1 — пьезометрический уровень напорных вод

Восходящие источники приурочены к выходу на поверхность межпластовых или трещинных вод, находящихся под значитель­ным напором. Вода этих источников поднимается снизу вверх и выходит в виде струи, часто пробиваясь через наносы (см. рис. 20). Как нисходящие, так и восходящие источники широко используются для водоснабжения.

Количество воды, притекающей к колодцу (скважине) в еди­ницу времени, называют дебитом источника. Дебит исчис­ляется в литрах в секунду или в кубических метрах в сутки.

§ 27. Законы движения подземных вод и методы искусственного понижения уровня грунтовых вод

В горных породах свободная вода способна перемещаться под действием силы тяжести, которая при наличии разности уровней воды в двух точках создает разность напора А/1. Под действием А/1 из сечения АА\ вода перетекает в направлении ВВ{. Скорость подземного потока (V) будет зависеть от разно­сти напора А/1 (чем эта разность больше, тем больше скорость) и длины пути фильтрации / (чем меньше путь фильтрации, тем больше ее скорость).

81

Отношение-т называют гидравлическим уклоном, или гра­диентом, и обозначают через I (рис, 21).

В том случае, когда поток фильтрует через пористые горные породы, подобные гравию, песку или гальке, то его движение называют параллельно-струйчатым (ламинарным) и оно под­чиняется линейному закону фильтрации (закон Дарси):

д = ^ . 77 .1',  (2)

где (3 — расход,  т.  е.  количество фильтрующейся  воды  за единицу времени; Н — площадь поперечного сече­ния потока; I — у клан;

& — постоянная, зависящая от свойств породы, назы­ваемая коэффициентам фильтрации.

При 1=1 для площади поперечно­го сечения, также равной  1, Р = &

В породах, имеющих широкие тре­щины или пустоты, движение воды подобно протеканию ее в трубах или открытых каналах и имеет характер вихревого (турбулентного) движения. В этом случае скарость подчиняется следующей зависимости:

Рис 21  Схема движения под­земного потока воды.

АВ — поверхность потока, А^В! — водоупорное ложе, Д/г = Я1—Н2— разность напо ров, / — длина пути потока между сечениями АА-1 и ВВг

подземного потока (V)

(3)

где с — коэффициент, зависящий от шероховатости стенок и других условий,

К — гидравлический радиус, т. е. отношение площади попе­речного сечения потока к смоченному периметру; I — уклон.

При постройке мостов, дорог и осушения площадей с высо­ким уровнем залегания грунтовых вод часто возникает необхо­димость его искусственно понизить. Это осуществляется зало­жением глубоких канав, дрен, скважин или колодцев, вода из которых может быть отведена или выкачана. Понижение уров­ня при этом будет тем значительней, чем больше будет 'отво­диться или откачиваться воды из водоотводящих устройств.