Слайд 1Министерство науки и высшего образования РФ
ФГБОУ ВО ТИУ
Кафедра Геотехники
ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ
94
тематических слайда
Автор: ИГАШЕВА С.П., ст.преп. каф. Геотехники
Слайд 3Основные понятия гидрогеологии.
Происхождение подземных вод.
Залегание подземных вод.
Геологическая деятельность ПВ.
Режим подземных
вод.
Водоотведение.
Использование подземных вод.
Истощение подземных вод.
Загрязнение подземных вод.
Слайд 4ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГИДРОГЕОЛОГИИ
ПОДЗЕМНЫМИ называют воды,
которые находятся в земных недрах
в различных видах
и в разном состоянии.
Наука, изучающая состав,
свойства
и законы движения подземных вод - ГИДРОГЕОЛОГИЯ
(от греч. hydro – вода, ge – земля,
logos – учение).
Слайд 5Слои горных пород,
содержащие подземные воды,
называют ВОДОНÓСНЫМИ.
Они обладают
ВОДОПРОНИЦÁЕМОСТЬЮ –
способностью фильтровать воду.
Это характерно для рыхлых
(песок,
гравий, супесь)
и трещиновáтых пород.
Слайд 6Слои горных пород,
препятствующие
движению подземных вод
(скальные породы
без трещин, глина),
называют
ВОДОНЕПРОНИЦАЕМЫМИ
или ВОДОУПОРНЫМИ.
Слайд 72. ПРОИСХОЖДЕНИЕ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД
а) ИНФИЛЬТРАЦИÓННЫЕ воды
(от лат. infiltration – процеживание)
характерны для районов
с умеренным климатом,
где атмосферных осадков
выпадает больше, чем испаряется;
Слайд 8б) КОНДЕНСАЦИÓННЫЕ воды
(от лат. condensatio – сгущение,
уплотнение) формируются
в климатических зонах,
где испаряемость
превышает количество выпадающих
атмосферных осадков.
В пустынях
линзы пресной воды конденсируются
над солёными подземными озёрами;
Слайд 9в) СЕДИМЕНТОГÉННЫЕ воды
(от лат. sedimentum –
осадок)
накапливаются в морских условиях
одновременно с
глинистым осадком.
При погружении на большую глубину
глины значительно уплотняются,
а воды из них выжимаются
в песчаные водопроницаемые слои;
Слайд 10
г) ЮВЕНИЛЬНЫЕ
(от лат. juvenalis – юный)
или МАГМАТОГÉННЫЕ воды
(от греч.
magma - тесто, густая мазь;
ген, генос - рождённый, происхождение)
из парóв, выделяемых магмой
при её остывании;
Слайд 11
д) ДЕГИДРАТАЦИÓННЫЕ
(от лат. dehydratatio – обезвоживание)
или ВОЗРОЖДЁННЫЕ -
в
результате выделения
кристаллизационной воды
из минеральных масс
При переходе гипса в ангидрит.
Слайд 12Рисунок 1 Залегание подземных вод
3. ЗАЛЕГАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
демонстрирует схема (рисунок 1):
Слайд 13
а) ПÓЧВЕННЫЕ воды
«подвешены» в пóрах почвы
непосредственно у поверхности земли.
Им свойственны
сезонные колебания температур,
сезонный характер,
наличие органических веществ
и микроорганизмов;
Слайд 14б) СВОБОДНЫЕ
ПÓЧВЕННЫЕ ВОДЫ
встречаются только
в связи с сезонным
увлажнением
или заболачиванием почв;
Слайд 15в) ВЕРХОВÓДКА
ограниченно распространена
в самых верхних слоях земной коры
на
небольших водоупорах
(до нескольких десятков кв. м).
Она часто содержит
органические соединения
и малопригодна для использования.
Слайд 16 Верховодка возникает в сезон дождей,
исчезает
с наступлением
засушливых периодов,
поэтому нередко
создаёт
затруднения при строительстве;
Слайд 17г) ГРУНТÓВЫМИ
называют подземные воды
первого
от поверхности земли
постоянно существующего
водоносного
горизонта,
расположенного на первом
выдержанном водоупорном слое –
водоупорном ложе.
Слайд 18Они имеют свободную поверхность –
зеркало грунтовых вод,
в разрезе
условная линия – УГВ
(уровень грунтовых вод),
положение которого
относительно
поверхности земли
постоянно меняется.
Это создаёт большие проблемы
не только для строительства сооружений,
но и для их эксплуатации.
Слайд 19Грунтовые воды
питаются
за счёт инфильтрации осадков
и могут образовывать
потоки, озёра, бассейны.
Они взаимосвязаны
с поверхностными водоёмами
и не
обладают высоким качеством;
Слайд 20д) подземные воды, которые
содержатся в водоносном
слое,
расположенном между двумя
водоупорными слоями,
называют МЕЖПЛАСТÓВЫМИ.
Они обладают наилучшим качеством
и применяются только
для питьевого водоснабжения.
Слайд 21
Если водоупорные слои горизонтальны
и межпластовые воды
имеют возможность выхода
на поверхность,
то они являются
безнапорными.
Слайд 22Но часто водоупорные слои
бывают деформированы,
изогнуты в форме синклинали.
Попадая с поверхности земли
в водоносный горизонт,
вόды не находят
выхода
и становятся напорными
(рисунок 2):
Слайд 23Рисунок 2 Формирование напорных вод:
1 – водоносные напорные пласты;
2 – водоупорные породы;
3,4 - пьезометрические уровни; h1, h2 –
высота напора воды
Слайд 24При вскрытии
напорного водоносного горизонта
скважиной,
вода начинает фонтанировать.
Такие воды
и скважины
называют АРТЕЗИÁНСКИМИ
(от названия французской провинции,
где это явление было впервые
изучено -
Артуá, ранее - Артезия)
(рисунок 3):
Слайд 26е) ЖИЛЬНЫЕ и ТРÉЩИННЫЕ воды
находятся и
перемещаются
в местах нарушения сплόшности
массивных горных пород,
чаще – в тектонических трещинах.
Обычно они загрязнены
микроорганизмами,
взвешенными минеральными
и органическими веществами.
Слайд 274. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД:
а) механическое влияние ПВ
сводится
к появлению
направленного вверх давления
на
подошву сооружений
(прогибание и разрушение
днищ металлических баков нефтехранилищ и др.);
Слайд 28б) физическое влияние подземных вод
может проявиться
в виде
затопления коммуникаций
и
подземных сооружений (рисунок 4),
в появлении сырости в зданиях.
Слайд 30Понижение УГВ
может стать причиной
массовой гибели деревьев
и привести
к тому,
что деревянные сваи,
ранее постоянно окружённые водой,
разрушатся
под действием воздуха.
Слайд 31Поток фильтрующейся воды
разрыхляет склон и вымывает
из него мелкие
частицы грунта.
Вследствие этого вышележащие слои
неравномерно оседают,
образуя на
поверхности земли
провальные воронки.
Слайд 32Этот процесс чаще наблюдается
в мелких и пылевáтых
песках и
лёссах
и называется СУФФÓЗИЕЙ
(от лат. suffosio – подкапывание).
Иногда
суффозия вызывает
обвалы и оползни (рисунки 5, 6, 7):
Слайд 33Рисунок 5
Схема развития суффозиóнного óползня
1 – известняки; 2 –
пески; 3 – глины; 4-5 – уровень воды в реке:
4 – в мéжень (I), 5 – в половóдье (II).
Слайд 36Суффóзия представляет
большую опасность для сооружений,
расположенных вблизи склонов
и
лёссовых обрывов,
если к ним возможно поступление
больших масс воды,
а
так же
для гидротехнических сооружений
(Средняя Азия, Казахстан, юг Украины, Предкавказье, юг Западной Сибири).
Слайд 37Основное средство профилактики
перехват и отведение от склона
вод грунтового потока
с помощью
специальных сооружений;
Слайд 38в) химическое воздействие.
Подземные воды, обладающие
определённым составом,
двигаясь по трещинам
в
растворимых горных породах
(известняки, доломиты, мрамор, мел,
гипс, ангидрит, соли),
вызывают их выщелачивание.
Слайд 39Этот процесс приводит
к образованию пóлостей
в массивах горных пород
и
названо КÁРСТОМ
(т.к. было впервые изучено
на плато Карст, на северо-западе
Балканского полуострова)
(рисунок 8, 9):
Слайд 40Рисунок 8 Карстообразование:
1 – почвенный слой; 2 – известняк;
3 – песчаники;
4 – сталактиты; 5 - сталагмиты
Слайд 42Кунгурская пещера на Урале
имеет длину 4,6 км;
Мамонтова пещера
в США достигает 15 км по главному ходу
с общей
длиной всех залов
более 300 км.
Слайд 43Если кровля над такой полостью
имеет небольшую мощность,
а, тем
более,
если испытывает давление
от сооружения,
то происходит её обрушение.
В сформировавшихся
на поверхности земли воронках
иногда накапливается вода,
образуются кáрстовые озёра
(рисунок 10):
Слайд 44Рисунок 10 Озеро в кáрстовой воронке
Слайд 45Основные проявления кáрста:
исчезающие ручьи и реки;
участки с частичной
потерей воды
в реках;
локальные продольные депрéссии
(понижения рельефа удлинённой формы);
крупные карстовые источники;
очаги разгрузки карстовых вод
в руслах рек и в озёрах;
субмаринные (на дне моря) источники;
карстовые озёра, подземные реки
и озёра.
Слайд 46Физико-химическое
и химическое влияние
подземных вод
может сказаться в виде
разрушения
строительных материалов
в подземных частях сооружений.
Слайд 47Строительство
в закарстóванных районах
связано с большими трудностями:
карстовые
воронки
на строительных площадках
нужно засыпать,
полости заполнять или обрушивать,
агрессивные воды отводить
или осушать массив дренажами.
Слайд 48Максимальными осложнениями
карстовые явления угрожают
дорогам, мостам, тоннелям, каналам,
т.к.
на большом протяжении трассы
пóлости трудно обнаружить.
Слайд 49Поэтому стараются применять профилактические меры:
контррельсы
или
железобетонные балки,
укрепляющие путь;
на особо опасных участках
устраивают электросигнализацию.
Слайд 50Все мероприятия
по борьбе с карстовыми явлениями значительно осложняют
и удорожают
эксплуатацию сооружений.
Поэтому карстовые полости
стремятся обнаружить
ещё
при изысканиях,
применяя электро- и сейсморазведку.
Слайд 51г) подземные воды –
главные агенты засолéния почв:
длительное испарение вод
с поверхности
земли
в засушливый период
приводит к накоплению солей,
образуются СОЛОНЧАКИ
(рисунок 11):
Слайд 53Применение засоленных грунтов
в строительстве
допускается с ограничениями
по составу
и степени засоления:
сильнее всего ухудшают
свойства грунтов
сульфáтное и
сóдовое засолéние.
Слайд 545. РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Режимом называют
изменение во времени
положения
уровня подземных вод,
их состава и расхода.
Наибольшего внимания
требуют
грунтовые воды,
осложняющие строительство.
Слайд 55При прочих равных условиях,
глубина залегания УГВ
вдали от естественных
(овраги, реки и т.п.)
и искусственных (колодцы, канавы)
объектов,
выводящих
воду за пределы участка,
определяются
Слайд 56 метеорологическими условиями -
количеством атмосферных осадков
и интенсивностью испарения.
Это проявляется в сезонных
и годовых колебаниях УГВ;
Слайд 57 гидрогеологическими условиями:
при подъёме уровня воды в реке
происходит подпор,
и УГВ поднимается.
Снижение уровня
воды в водоёме
сопровождается понижением УГВ;
Слайд 58 влиянием деятельности человека,
особенно сооружение водохранилищ,
приводит
к подъёму УГВ.
С течением времени это наблюдается
в пределах большинства
населённых пунктов
и заводских площадок.
Слайд 59К понижению УГВ
приводит
откачка воды из горных выработок.
При
интенсивном использовании
артезианских вод
происходит понижение их напора
на значительных
территориях.
Слайд 60НАБЛЮДЕНИЯ ЗА РЕЖИМОМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Подземные воды, залегающие
на сравнительно небольшой
глубине
от поверхности земли,
могут существенно осложнить
и производство строительных
работ,
и эксплуатацию сооружений.
Слайд 61Получение данных о положении УГВ
для конкретного периода времени
являются
важнейшей составляющей
инженерно-геологических изысканий.
Слайд 62Для этих целей
перед проектированием сооружений
производят длительные -
СТАЦИОНАРНЫЕ,
- наблюдения
за изменением УГВ в скважинах,
расположенных в определённом порядке
(по ствóрам или по сетке).
Замеры снимают раз в 3 - 10 дней
в течение 3 месяцев и более.
Слайд 63По результатам
стационарных наблюдений
составляют
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КАРТЫ,
на которых плавными
линиями
соединяют точки
с одинаковыми значениями УГВ:
Слайд 64 КАРТЫ ГИДРОИЗОГИПС
(от греч. гидр – вода, изо –
равный,
гипсос – высота) (рисунок 12);
КАРТЫ ГИДРОИЗОБÁТ
(от греч.
гидр – вода, изо – равный,
батиас – глубина);
КАРТЫ ГИДРОИЗОПЬÉЗ
(от греч. гидр – вода, изо – равный,
пиезо – давлю).
Слайд 66Карты позволяют
определить глубину залегания
подземных вод в любой точке участка,
установить характер соотношения
зеркала грунтовых вод
с рельефом местности,
определить связь подземных вод
с поверхностными,
выделить участки наиболее
благоприятные для строительства.
Слайд 676. ВОДООТВЕДЕНИЕ
Подземные воды
затрудняют строительные работы,
осложняют эксплуатацию сооружений,
что
вызывает необходимость
их отведения от площадки.
Слайд 68Временное понижение уровня вод
на период строительства
называется ВОДОПОНИЖЕНИЕМ,
длительное
водопонижение
(обычно, несколько лет и более) –
ДРЕНÁЖ (от фр.
drainage – осушение).
Слайд 69Дренаж подразделяют на:
естественный – сток воды в реки,
впадины, долины;
искусственный – принудительная
откачка насосами,
сбор и отвод воды
специально построенными дрéнами
(от фр. drain – сток, канава)
Слайд 70Различают дрéны:
открытые – каналы и др. (рисунок 13),
закрытые - трýбчатые дрены (рисунок 14),
в траншее.
Вследствие загрязнения
они имеют сравнительно небольшой
срок эксплуатации;
- совершéнные – прорезают весь
осушаемый водоносный слой;
несовершенные – не достигают
водоупора.
Слайд 71◄ Рисунок 13
Дренажная канава
Рисунок 14
Закрытый дренаж ►
Слайд 72Сооружения, с помощью которых
происходит захват вод для отведения
от
строительных объектов,
а также забор воды для обеспечения
нужд населения
и производства называются ВОДОЗАБОРЫ.
Если они состоят
из одной скважины или колодца,
то являются одиночными,
из нескольких – групповыми (рисунок 15):
Слайд 73Рисунок 15
Две
водозаборные
скважины
Слайд 74По расположению в грунтовых толщах водозаборы делятся на
горизонтальные –
вода перемещается самотёком
с
помощью канав, имеющих уклон,
подземных галерéй и других дрен,
глубиной не более 6 м
(в том числе лучевые водозаборы –
для водообильных
водоносных горизонтов);
Слайд 75вертикальные –
откачка насосами или сброс воды
в нижележащие водопроницаемые
породы с помощью
водопонижающих скважин,
иглофильтровых установок,
поглощающих скважин
и открытого водоотлива;
комбинированные.
Слайд 76По форме:
линейные – для траншей и других
объектов вытянутой формы;
кольцевые (кóнтурные) –
при значительных
размерах
осушаемой зоны, имеют один или
несколько контуров;
площадные системы – действуют
в пределах всего участка.
Слайд 77При выборе
рационального способа водопонижения
учитывают
не только характер сооружения,
размер осушаемой зоны,
но и конкретные геологические
и гидрогеологические условия.
Слайд 787. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ПРИРОДНЫХ ВОД
В процессе жизнедеятельности человека
возникает необходимость
в получении пресных вод
для питьевого водоснабжения
и хозяйственно-бытовых целей.
Да и многие виды производства потребляют огромное количество воды.
Слайд 791 т газетной бумаги ←
900 т пресной воды,
1 т резины
← 1500 т воды,
1 т химволокна ← 2000 т воды,
1
т зерна ← 1500 м³ воды.
Причём в каждом случае
предъявляются
определённые требования
к составу и свойствам воды.
Слайд 80По характеру использования
вόды подразделяют на:
хозяйственно-питьевые,
технические (промывка
сырья,
охлаждение инструментов и т.д.),
промышленные
(извлечение
полезных элементов – J, B и т.д.),
минеральные,
термальные (теплофикация городов,
энергетические цели).
Слайд 81ИСТОЩЕНИЕ ВОД
Чрезмерный отбор подземных вод
крупными водозаборами,
неконтролируемый самоизлив
артезианских
вод и др.
способствуют истощению вод.
Его признаком является
прогрессирующее
снижение
динамических уровней
эксплуатируемого водоносного горизонта.
Слайд 82Для профилактики истощения
пресных подземных вод предусматривают
регулирование режима
водозабора;
рациональное размещение
водозаборных сооружений по
площади;
введение кранового режима
эксплуатации
самоизливающихся скважин;
искусственное пополнение запасов
подземных вод.
Слайд 839. ЗАГРЯЗНЕНИЕ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД –
такие изменения их качества,
которые
приводят к превышению
допустимых концентраций
отдельных компонентов
и общей минерализации
воды,
делают её
непригодной для использования
(рисунок 16):
Слайд 84Рисунок 16 Загрязнение подземных вод
Слайд 85а) химическое загрязнение –
стойкое, далеко распространяющееся
по составу:
- органическое (фенолы, ядохимикаты);
- неорганическое
(соли, кислоты,щёлочи);
по характеру воздействия:
- токсичное (от греч. «токсикон» - яд)
(мышьяк, соли свинца и др.);
- нетоксичное;
Слайд 86б) бактериальное загрязнение –
появление в подземных водах
патогенных бактерий. Врéменное.
в) радиоактивное загрязнение –
проникновение в воду
радиоактивных веществ (радий-226,
стронций-90, уран, цезий и др.)
весьма опасно,
даже при очень малых концентрациях;
Слайд 87г) механическое загрязнение –
попадание в подземные воды
примесей, содержащихся
в сточных водах (песок,
шлак и др.);
д) тепловое загрязнение –
повышение температуры
в результате смешивания
с поверхностными
или технологическими
сточными водами.
Слайд 88Источники загрязнения бывают:
естественные – морские или сильно
минерализованные подземные воды;
искусственные – бассейны
бытовых и промышленных стоков,
участки складирования отходов,
воды поверхностных водоёмов,
неисправная канализационная сеть,
избыточное применение удобрений
и ядохимикатов.
Слайд 89Меры борьбы
с загрязнением подземных вод
(рисунок 17):
очистка сточных вод,
создание безотходных
производств,
экранирование чаш бассейнов,
перехват профильтровавшихся
стоков дренажем.
Слайд 91Важнейшие меры профилактики
загрязнения вод –
ЗОНЫ САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ,
состоящие
из двух поясов,
вокруг всех водозаборов,
эксплуатирующих воды
для хозяйственно-питьевого
водоснабжения (рисунок
18):
Слайд 92Рисунок 18 Водозабор – режимная территория
Слайд 93ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ:
Водоносные и водоупорные слои.
Виды ПВ по происхождению.
Виды
подземных вод по залеганию.
Геологическая деятельность ПВ.
Режим ПВ, наблюдение за режимом.
Водоотведение.
Использование
подземных вод
в народном хозяйстве.
Защита подземных вод от истощения
Загрязнение подземных вод и их защита.