Оценка защищенности межпластовых вод

В условиях этажного расположения водоносных горизонтов (выделяется от 2-3 до 8-10 водоносных пластов) в пермских, особенно верхнепермских образованиях на Бугульминско-Белебеевской возвышенности, Камско-Бельской низменности и отдельных участках Юрюзано-Айской равнины, защищенность пресных вод от проникновения загрязняющих веществ с глубиной усиливается (время проникновения увеличивается). Слои разделяющие водоносные горизонты, представлены аргиллитами, глинами, алевролитами с коэффициентами фильтрации в среднем n·10^-4 м/сут. На отдельных участках, особенно в приповерхностных частях Уршак-Ашкадарского, Усень-Демского междуречий и Юрюзано-Айской равнины, коэффициент фильтрации глинистых пород составляют n·10^-2 – n·10^-3 . Основную роль в формировании подземного стока играют процессы взаимосвязи водоносных горизонтов через слабопроницаемые слои. В качестве показателя вертикальных межпластовых перетоков используются градиент фильтрации. Для двух напорных горизонтов (или безнапорного и напорного) он равен отношению разности отметок уровней вод этих горизонтов и мощности разделяющего слабопроницаемого слоя.

Экспериментальным путем установлено, что движение воды через глины начинается только при достижении определенной величины градиента, названной начальным градиентом фильтрации. В природных условиях фильтрация через глинистые породы происходит при величине градиентов 0,02 – 1. По особенностям изменения уровней вод выделяется три типа гидродинамических разрезов.

Тип I свойственен водоразделам и склонам долин. Здесь наблюдается обратное соотношение уровней вод этажнорасположенных горизонтов с глуби­ной (уменьшения их абсолютных отметок), что является необходимым услови­ем возникновения нисходящих межпластовых перетоков (рисунок 7). Градиент фильтрации всегда имеет положительную величину (J > 0). В зависимости от величины напора воды, обусловленной главным образом мощностью и выдер­жанностью глинистых пород в составе данного типа выделяется три вида гид­родинамических разрезов, из которых (1А) свойственен Уфимскому плато и Бугульминско-Белебеевской возвышенности (3·J·I), а два других (1Б и 1В) -Камско-Бельскому понижению (1> J >0). В их пределах градиенты фильтрации с глубиной обычно уменьшаются.

Тип ІІ - отражает гидродинамическую обстановку в речных долинах Камско-Бельского бассейна, где наблюдается прямое соотношение уровней вод в многослойном разрезе (рост отметок с глубиной), что вызывает восходящие перетоки их нижних горизонтов в верхние, в конечном итоге - в аллювий и русла рек (см. рисунок 7). Величина вертикального градиента фильтрации колеб­лется от минус 0,01 до минус 0,3.

Тип III гидродинамических разрезов встречаются в восточной и центральной частях Юрюзано-Сылвинской депрессии, где водоносные отложения (конгломераты, песчаники) обладают высокой проницаемостью, в то время как глинистые разновидности пород относительно маломощны, фациально не выдержаны и нередко сильно трещеноваты. Водоносные горизонты, вскрываемые на различных глубинах, имеют один уровень, т.е. представляют собой единую гидравлическую систему. Градиент фильтрации равен нулю (или близок к нему). Поэтому вертикальная миграция вод может осуществляться под действием градиентов, имеющих иную природу, нежели гидростатическую, например градиента плотности воды.

 

 

Рисунок 7 Схема взаимосвязи водоносных горизонтов зон интенсивной и затрудненной циркуляции

1 – зона аэрации; 2, 3 – породы; 2 - водопроницаемые, 3 - относительно водоупорные; 4 - пьезометрический уровень, 5 - направления и градиенты фильтра­ции; 6 - изолинии минерализации, г/л; 7 - скважина (стрелка соответствует напору вод, закрашены водопроницаемые породы).

С учетом соотношением уровней (градиентов фильтрации) выделяются три категории защищенности напорных вод.

І защищенные: водоносные горизонты разделены выдержанным по площади и без нарушения сплошности водоупором при m > 10 м и H₂ > H₁ (H₂ – уровень нижележащего и H₁ – уровень вышележащего горизонтов). В группе І защищенность напорных вод обеспечивается большой мощностью водоупора и такими гидродинамическими условиями, при которых невозможно перетекание загрязненных подземных вод сверху.

ІІ – условно защищенные: водоносные горизонты перекрыты выдержанным по площади водоупором без нарушении сплошности при 5м < m <10м и H₂> H₁, а при m > 10м и H₂ ≤ H₁.

III - незащищенные: водоупор небольшой мощности т<5 м и H₂<H ₁.

Выполненный анализ соотношения уровней свидетельствует о том, что водораздельные пространства и склоны долин Башкирского Предуралья (I и II типы гидродинамических разрезов) относятся к III, иногда - II категории за­щищенности. В крупных речных долинах (тип II гидродинамической обстанов­ки) наблюдается прямое соотношение уровней (H₂ > H₁), вызывающее восхо­дящие перетоки вод из нижних горизонтов в верхние. Вследствие этого раз­грузка природных некондиционных (соленых и рассольных) вод вызывает ухудшение качества пресных вод аллювиальных отложений.

Количественная оценка условий защищенности межпластовых (безна­порных и напорных) во времени фильтрации загрязненных вод из вышележа­щих горизонтов через разделяющий водоупор оценивается по формуле

где t – время перетекания;

m, n, К – мощность, активная пористость и коэффициент фильтрации разде­ляющих глинистых пород;

J – градиент фильтрации.

Данные для расчета по вариантам приведены в таблице 3. В целом расче­ты времени проникновения загрязняющих веществ в этажнорасположенные во­доносные горизонты свидетельствуют о том, что в верхний горизонт загряз­няющие вещества проникают за время менее одного года. В нижележащие во­доносные горизонты время проникновения загрязнения с глубиной увеличива­ется и достигает нескольких лет, т.е. степень защищенности их увеличивается.

По времени фильтрации загрязненных вод выделяются водоносные гори­зонты не защищенные (менее одного года) и условно защищенные (свыше од­ного года).

 

 

Таблица 3 Варианты для расчета времени перетекания подземных вод

в пермских отложениях из верхних в нижние водоносные горизонты

Варианты	Местоположение	Порис-тость (n)	Градиент филь- трации (I)	Мощность водоупора для вариантов, м	К глинистых пород, м/сут	Время перете- кания (t), годы
1, 11, 21	Междуречье Буй-Быстрый Танып	0,01	0,16	5, 10, 20	3·10^-5
2,12,22	Междуречье Уфа-Быстрый Танып	0,01	2,9	4, 10, 30	3·10^-4
3,13,23	Междуречье Сюн-Чармасан	0,01	0,1	10, 20, 40	3·10^-4
4,14,24	Междуречье Чермасан-Дема	0,01	1,2	7, 15, 32	3·10^-5
5,15,25	Междуречье Уршак-Дема	0,01	1,8	3, 15, 35	3·10^-4
6,16,26	Междуречье Уршак-Ашкадар	0,01	0,5	15, 20, 28	3·10^-4
7,17,27	Междуречье Дема-Усень	0,01	2,5	6, 16, 20	3·10^-4
8,18,28	Юрюзано-Айская равнина	0,01	0,06	3,25, 35	3·10^-2
9,19,29	Междуречье Белая-Бол. Ик	0,01	1,8	7, 15, 20	3·10^-3
10,20,30	Междуречье Бол. Ик-Мал. Ик	0,01	2,0	10, 17, 22	3·10^-3

Ход выполнения работы

1.6.1. Исследуемая площадь 1 км х 1 км разбуривается скважинами, располагаю­щимися по квадратной сетке 250 м х 250 м. Вес скважины доводятся до волоупора. Проходится 25 скважин, образующих 5 рядов по 5 скважин в каждом План расположения скважин составляется на листе ватмана (А4). Строится квадратная сетка 250 м х 250 м в масштабе 1: 5000 со сторонами 5 см. В узлах сетки размещаются скважины. Схема расположения скважин следующая

 

1.6.2 По заданному варианту рассчитываются отметки воды и водоупора для всех пробуренных скважин. Полученные результаты вносятся в таблицу 1.

1.6.3 Цифровые данные таблицы 1 (отметки, глубины) переносятся на план и подписываются около каждой скважины, как указано в условных обозначениях.

1.6.4 Через точки с индексом «р» («ручей») на плане участка проводится русло потока (синим фломастером или карандашом).

1.6.5 По отметкам зеркала грунтовых вод, поверхности земли и водоупора, при­меняя метод интерполяции, на плане участка проводятся гидроизогипсы (показываемые синими линиями), горизонтали поверхности земли (коричневые ли­нии). Все изолинии проводятся сечением через один метр.

1.6.6 На основании данных о глубине залегания грунтовых вод проводят изобаты (линии равных глубин), соответствующие глубинам 3,5,7 и 9 м. Изобаты показывают точками или пунктирами черного цвета.

1.6.7 Участки карты, отвечающие интервалам глубин 0-3, 3-5, 5-7 и более 7 м окрашиваются соответственно в голубой, желтый, зеленый и красный цвета. В ре­зультате получают карту глубин залегания грунтовых вод.

1.6.8 Для произвольных точек А, В, С определяют глубину фунтовых вод, глу­бину водоупора, мощность горизонта фунтовых вод. Выбранные точки наносят карту. Расчеты делаются па полях.

1.6.9 Для определения потока грунтовых вод строят гидрогеологический разрез по створу буровых скважин, имеющий индекс «ст» (створная) и устанавливают площадь сечения грунтового потока (υ) и заданном створе. Значение коэффи­циента фильтрации принимается из лабораторной работы Для расчета берется средняя величина . Напорный градиент определяется по гидро-изогипсам, ближайшим к расчетному створу с учетом отметок поверхности грунтовых вод (H₁ и Н₂ ) и расстояния между точками (I) Значения них пеличин с учетом масштаба карты используются для расчета уклона потока грунто­вых вод (J). Соответствующие расчеты величин напорного градиента и расхода потока грунтовых вод делаются на полях карты.

1.6.10 Оценивается защищенность подземных вод согласно раздела 1.5.

 

Заключение

Карта изогипс позволяет выявить области питания, разгрузки подземных вод, определить характер связи этих вод, найти уклон поверхности подземных вод, а при известном коэффициенте фильтрации скорость их движения.

Гидроизогипсы дают возможность более точно построить карту глубин залегания грунтовых вод, определить направление движения загрязнённых подземных вод, направление потока грунтовых вод, определить связь грунтовых и поверхностных вод, напорный градиент, расход потока грунтовых вод в заданном сечении карты.

Проводится оценка защищенности подземных вод от загрязнения.

Раздел II