Движение подземных вод

Оглавление

1. Особенностидвижения рассолов

2. Верхнийпредел применимостиДарси

3. Нижнийпредел применимостизакона Дарси

4. Фильтрацияводы в глинистыхпородах

5. Структурафильтрационногопотока

6. Понятиеоб установившейсяи неустановившейсяфильтрацииподземных вод.

7. Определениенаправленности и скоростидвижения подземныхвод.

8. Геофизическиеметоды определениянаправлениядвиженияподземныхвод

9. Индикаторные методы определениянаправленияи скоростидвижения подземныхвод

10. Радиоиндикаторныеметоды

11. Определениескоростейфильтрациипо одиночным скважинам

12. Метод радиоактивныхизотопов

13. Термометрическийметод

РостовскийГосударственныйУниверситет

ФакультетГеологии

Курсоваяработа

на тему:

«Движениеподземных вод»

Выполнил:студент 3 к. 4 гр.

СкребецП.С.

Руководитель:

Ростов-на-Дону

2005г.

Особенностидвижения рассолов.

Впределах одногои того же водоносногокомплексаминерализация,соответственно,плотность ивязкость могутсущественноменятьсякак в вертикальномнаправлении,так и по простираниюпласта. Приэтом скоростьдвижения потокаможет бытьвыражена из

(1)

Анализируязаписаннуюформулу устанавливаем,что при неизменномградиентенапора скоростьфильтрацииможет бытьразличной врезультатеизмененияплотности ивязкости. Приувеличенииминерализациирост вязкостипроисходитбыстрее, чемплотности. КакуказываетА. И. Силин-Бекчурин,в интервалетемператур5-20°С скоростьфильтрациипресных водв 1,5-2 раза выше,чем рассолов.С увеличениемтемпературыэти различиянивелируются.

Неоднородностьплотности воднеобходимоучитывать приопределениинапора илидавления. Дляпресных вод, обладающихплотностьюравной I,гидродинамическуюкартину можнооценивать, ограничиваясьлишь даннымистатистических уровней вскважинах.Однако, дляминерализованныхвод, отличающихсяк тому же различнойплотностьюв разных точкахпласта по результатамзамеров статическихуровнейустановитьгидравлическийуклон, построитькарты гидроизопьезневозможно,т.к. величиныуровней зависятот плотностей.

Вэтом случаевыбираетсяплоскостьсравнения ианалогичноопределениюприведенногонапора рис.2 расчет приведенногодавления можновести по формуле:

рис.1

Вместес тем в практикеисследованийизвестны примеры,фиксирующие отклоненияот закона Дэрси.Нарушениепрямой пропорциональностимежду скоростьюфильтрациии напорнымградиентомотмеченопрежде всегопри большихскоростяхдвижения подземныхвод (верхнийпредел применимости).

Верхнийпредел применимостиДарси.Этот пределприменимостилинейногозакона фильтрациисвязан с такназываемойкритическойскоростьюфильтрации, при достижениикоторой несоблюдаетсяпрямой пропорциональностимежду скоростьюфильтрациии напорнымградиентом. Количественныйпризнак определенияверхнего пределаприменимостилинейногозакона фильтрациибыл предложенН.Н.Павловским(1922г.), а затем ВЛ1.Щелкэчевым.

ПоВ.Н.Щелкачеву, критическоечисло Рейнольдса R_Lкр, устанавливающееграницу междуламинарными турбулентнымдвижениямиподземныхвод, определяетсяпо формуле:

(2)

аотвечающаяэтому числукритическаяскорость фильтрациисоответственноиз выражения:

(3)

В формулах (2), (3): n-пористость; ν -кинематическийкоэффициентвязкости, гдеμ-динамическийкоэффициентвязкости ,ρ-плотностьводы, г/см³);

-коэффициент

проницаемостигорных пород.

Рассчитанныепо формуле (2)критическиезначения числаРейнольдсаоказались впределах 4-12. Такойбольшой диапазонизменениякритическогозначения числаРейнольдсаобъясняетсятем, что отклонениеот линейногозакона фильтрациипроисходитпостепеннои вразных условияхнеодинаковов зависимостиот структурыпорового пространстваи от свойствфильтрующейсяжидкости.

Отклоненияот линейногозакона Фильтрацииобъясняютсятем, чтос увеличениемскорости движенияводы в пористойсреде возрастаетроль сил инерции.При движенииводы по поровымканалам с большойскоростьювеличины инаправленияскоростейжидких частицзначительноизменяютсявследствиеизвилистостиканалов инепостоянстваих поперечныхразмеров. Большоеизменениескоростейфильтрацииобусловленосуществованиемзначительныхсил инерции,что приводитк нарушениюзакона Дзрси.

Нарушениелинейногозакона фильтрацииможет происходить,например,при интенсивныхоткачках подземныхвод» На большейплощадидепрессионнойворонки, созданнойоткачками,вследствиемалыхуклонов долженсохранятьсяламинарныйрежим .движения:взоне же, котораянепосредственнопримыкает кводозаборномусооружению,могут иметьместо отклоненияот ламинарногодвижения, обусловленныерезким возрастаниемскоростей всуженнойприфильтровойчасти депрессионнойворонки.

Вусловиях наличияотклоненийот линейногозакона фильтрации (переходныйрежим) наиболеедостовернойформой основногозакона является двучленнаязависимостьвида:

Y=aV+bV²,

гдеaи b-некоторыепостоянные, зависящие отсвойств пористойсредыи фильтрующейсяжидкости иопределяемыеэкспериментально.

Прималых значенияхскорости фильтрациивеличиной bV²можнопренебречь, тогда формула представитсобой записьзаконаА.Дарси: У = aV, вкоторой а=Y/V.При значительныхскоростяхФильтрации, наоборот, величиначлена bV²становитсянамногобольше первогочлена формулыaV, безучета которогоФормула принимает вид

У=bV²- откудаполучаетсяследующеевыражениедля скоростифильтрации V:

(4)

K_k-коэффициентфильтрациипо Краснопольскому.

Зависимостьтипа (4) была всвое времяпредложенаА.А.Краснопольским (1912 г.)для турбулентногорежима движенияжидкостии характеризуетток называемыйнелинейныйзакон фильтрации.

Нижнийпредел применимостизакона Дэрси

Нарушениелинейногозакона фильтрациинаблюдаетсяи вобластиочень малыхзначений скоростейи градиентов. Однако точногозначения нижнегопредела применимостизакона Дэрсине имеется.ИсследованиямиамериканскогогидрогеологаО.Мейнцераустановленаприменимостьзакона Дэрсив зернистыхпородах призначенияхнапорногоградиента0,00003 -0,00004 и высказанопредположениео справедливостилинейногозакона фильтрациипри еще болеемалых значенияхнапорногоградиента. ЭкспериментальныеисследованияВ.Н.Щелкачеваи И.Е.Фоменкодоказывают,что фильтрацияпресных и соленыхводпроисходитбез нарушениязакона Дэрсив песчаныхколлекторахспроницаемостьюдо 5 мД и вышепри очень малыхзначенияхградиента (n*10^-4)и скоростифильтрации(n*10^-3см/год.)

Значительныйинтерес представляюттакже исследованияфильтрацииподземных водчерез глинистыепороды.

Фильтрацияводы в глинистыхпородах. В дисперсныхглинистыхпородах, обладающихкрайне малымразмером пор, связанная водапрактическиполностьюперекрываетсечение норовыхканальцев. Длявозникновенияфильтрациив таких породахнеобходимосоздать градиенткапора, превышающийнекоторыйначальнойнапорный градиент.Существованиеэтого начальногонапорногоградиентавызвано наличиемсвязаннойводы, которая отличаетсяпо своим физическимсвойствам отобычной вязкойжидкости и,являясь вязко-пластичнойжидкостью,обладаетопределеннойсдвиговойпрочностью.При возникновениинапорногоградиента, превышающегоначальныйградиент, определяемыйсдвиговойпрочностью, в глинистыхпородах происходитфильтрация,подчиняющаясялинейномузакону Дэрси, который записываетсяв следующемвиде :

V=K(Y-Y_пр)=K(Y-4Y_o/3) (5)

рис.2

Нарис.2 показаназависимостьскорости фильтрацииводы в песчаныхпородах (прямаяI)ив глинах (криваяII) от напорногоградиента.При фильтрациивода в песчаныхпородах существуетлинейнаязависимостьмежду скоростьюфильтрацииVинапорным градиентомI;при фильтрацииводы в глинах- криволинейнаязависимостьна первом участке (1-2) и прямолинейнаяна втором (2-3).Точка1 кривой 2 соответствуетначальномунапорномуградиенту I , прикотором воданаходится впредельномсостоянии; припревышенииженачальногоградиентаотмечаетсяфильтрацияводы, но зависимостьскоростифильтрацииот напорногоградиента имеетпрямолинейныйхарактер (участок 1-2 кривойII). Точка 2 соответствуетзначению предельногонапорногоградиента I_пр, при превышениикоторого становитсясправедливымзакон Дэрси.

ЭкспериментальнымиисследованиямиС.А.Роза установлено, что дляплотных глинзначение начальногонапорногоградиента, припревышениикоторого начинаетсяфильтрация,может достигать20-30, в остальныхслучаях ономожет составлятьнесколькоединиц.

Всоответствиис изложеннымв природныхусловиях следуетучитыватьвозможностьфильтрацииподземных водчерез относительноводоупорныеглинистыеотложения.

Структурафильтрационногопотока

Дляописания структурыпотока используетсягидродинамическая сетка, котораясостоит излиний напораи линий тока.

Общейструктурнойформой являетсяпространственный(3-х мерный)поток ,гидродинамическаясетка которойдеформируетсяпо З-м пространственнымкоординатам.

Анализпространственныхпотоков сложени такой анализ встречаетсяредко. Основнымиформами потока,широко используемымив гидрогеологическихрасчетах - плоские (двумерные)потоки ввертикальномсечении (профильные)и в плане (плановые),для которыххарактернадеформациягидродинамическойсетки в какой-либоодной плоскости.

Впрофильныхпотоках деформациилиний токапроисходятв вертикальнойплоскости, ав плане потокимеет плоско-параллельныйхарактер, т.е.в атом случаелинии тока вплане параллельныдруг другу.Пример - фильтрацияв основанииплотин.

Вплановых потокахдеформацийлиний токов- в плане, а ввертикальномсечении потокносит плоско-параллельныйхарактер. Такиеусловия характерныдля потоковбольшой протяженности,длина которойзначительнопревышает ихмощность.

Наиболеепростой структурнойформой являетсялинейный(одномерный)поток, движениекоторого происходитв одном направлении.

Вплановом потокеудобно вместоVфильтрациииспользоватьпонятиеудельногорасхода потока q, который представляетсобой исходплановогопотока ширинойIм; т.е. площадьпоперечногосечениядля удельногорасхода численноравна мощностипласта.Приоднородном строении пластапо вертикалидля записиудельногорасходамощности используетсяф. Дэрси, полагая Q=q,ω=m,т.е.

q=кт*У = TУ

T[м²/сек]-проводимостьпотока - удельнойрасход потокапри единичном градиенте Дляплановогопотока, состоящегоиз различнойпроницаемости

q=q₁+q₂+…=(K₁m₁+K₂m₂+…)Yт.е. T=K₁m₁+K₂m₂+…

Тогда средний(средневзвешенный)

К_ср=T/m=(K₁m₁+K₂m₂+…)/m

ТакимобразомэлементыФильтрациипотока :

1. пьезометрическийнапор H=p/γ+z;

2. напорныйградиент dh/dl;

3. линииравных напоров;

4. линиитоков;

5. скоростьфильтрации.

Понятиеоб установившейсяи неустановившейсяфильтрацииподземных вод.

Фильтрацияподземных водв пористой илитрещиноватойсреде горныхпород можетиметь установившийсяили неустановившийсяхарактер Строгоговоря, движениеподземных водв горных породахвсегда являетсяв той или иноймере неустановившимся, т.е. переменнымво времени.Неустановившеесядвижение проявляетсяв измененияхуровня подземныхвод, что обусловливаетизменениянапорных градиентов,скоростейфильтрациии расхода подземногопотока. Измененияэти могут бытьвызваны влияниеместественныхили искусственныхфакторов, определяющихусловия питания,движения иразгрузкиподземных вод. К числу такихфакторов можноотнести неравномерноевыпадение иинфильтрациюатмосферныхосадков, колебаниягоризонтовповерхностныхводоемов, паводкина реках, сооружениеи функционированиеводохранилищи каналов, процессы орошенияи осушенияземельныхтерриторий,откачки подземныхвод из скважини горных выработок, захоронениесточных води др.Врайонах, гдеусловия питанияи разгрузкиподземных водизменяютсяво временинезначительно,движение подземныхвод можнорассматриватькак установившееся, т.е. практическине изменяющеесяво времени. Приустановившейсяфильтрацииуровни и скоростьдвижения подземныхвод в одних итех же точкахне изменяютсяво времени,являясь лишьфункцией координатпространства.H,Y,V=const.

Установившеесяи неустановившеесядвижение подземныхвод наблюдаетсякак в безнапорных, так и в напорныхводоносныхгоризонтах. Особенно резковыраженныйнеустановившийсяхарактер носитдвижение подземныхвод в первыйпериод работыводозаборных сооружений

Приэтом следствиемнеустановившегосядвижения вбезнапорныхводоносныхгоризонтахявляется осушениечасти водоносногогоризонта(в пределахсоздаваемойдепрессии),происходящеепри пониженииуровня в процессеоткачки вода.Осушение пластав зоне влиянияоткачки происходитпостепенно,вызывая изменениеуровня, скоростидвижения ирасхода подземногопотока.

Приизучении условийдвижения подземныхвод неглубокихбезнапорныхводоносныхгоризонтовупругие свойстваводы и горныхпород обычноне учитываются,а соответствующийэтому режимфильтрацииназываетсяжестким.- n,γ=const.

Внапорных водоносныхгоризонтахнеустановившеесядвижениеопределяетсяупругими свойствамиводы и горныхпород. При вскрытиинапорных водскважинамии снижениинапоров приоткачках происходитразуплотнениеводы с одновременнымупругим расширениемпород, под влияниемчего вода какбы выдавливаетсяиз пласта вскважины(водозаборныесооружения).Так возникаетсвоеобразныйрежим подземныхвод, соответствующийнеустановившемусяхарактеру ихфильтрации.

Помимоупругих свойствводы и горныхпород на неустановившеесядвижение внапорных водоносныхгоризонтахмогут оказыватьвлияние и иныефакторы;, в томчисле притокводи из другихгорл-зонтовили осушениеводоносногопласта в областиего выхода наповерхность.При наличиипостояннодействующихповерхностныхисточниковпитания, с которымигидравлическисвязаны напорныеводоносныегоризонты, иинтенсивногопоступленияв них воды изсоседних слоевдвижение подземныхвод стабилизируетсяи со временемприобретаетхарактерустановившегося.Y,V=const.

Гидродинамическиерасчеты попрогнозу иоценке условиинеустановившейсяФильтрацииподземных водвыполняютсяс учетом факторавремени. Приэтом исковыезначения параметровпотока подземныхвод определяетсякак функциикоординатпространствавремени.

Определениенаправленности и скоростидвижения подземныхвод.

Определениенаправленности движения подземныхвод.

Направлениедвижения подземныхвод легкоустанавливаетсяпри наличиикарт гидроизогипс(либо гидроизопьез)по изучаемымводоноснымгоризонтам.По таким картамнаправлениедвижения подземныхвод определяетсялиниями токов,проведеннымперпендикулярно, к линиям равногонапора гидроизогипсамили гидроизопьезампо уклону потока.

Поотсутствиикарт, отражающихположениесвободной илипьезометрическойповерхностиподземных вод,для определениянаправленияих движениянеобходимоиметь не менеетрех выработок,чтобы установитьотметки уровняподземных вод.Выработкижелательнорасполагатьпо углам равностороннеготреугольника с длиной стороныот 50 до 200 метров(чемменьше уклонпотока, тембольше расстояниемежду скважинами).По известнымили установленнымотметкам уровняподземных водпутем интерполяциисоставляетсяплан изолиниисвободной илиизотермическойповерхностиопределяетсянаправлениедвижения потокапо линиям токов.

рис.3

Дляполучениянадежных данныхо направленияхдвижения потоковподземных водследует использоватьматериалырежимныхнаблюдений(картыизолиний наразличныепериоды времени).Определениенаправлениядвижения покартам гидроизогипсследует считатьосновным методомпри отсутствиикарт достоверныхданных об отметкахуровней в отдельныхточках направление давления подземныхвод можноустанавливатьс помощьюгеофизических(фотографированиев скважинахконусов распространениякрасителя отточечногоисточника,метод заряженноготела, замерыинтенсивностиконвективногопереноса теплав разных направленияот датчика,круговые измеренияестественногопотенциалаи др.), радиоиндикаторныхи других методов.

Геофизическиеметоды определениянаправлениядвиженияподземныхвод.

Наиболее перспективнымиявляютсяодноскважинныеметоды, в томчисле методфотографированияконусов выносаот точечногоисточникакрасителя, прикотором периодическифотографируютсяраспространяющиесяот специальнойкапсулы конусакрасителя нафоне стрелкимагнитногоуказателя.Всего за одинспуск можнонаполнить до60 снимков, направлениедвижения подземныхвод определяетсяпо направлениюконуса заносакрасителя дляполучениянадежных результатовдостаточно4-6снимков.

Точностьопределениинаправленияподземногопотока можетбыть оцененавеличинойотносительнойпогрешностиот 3 до 20, в значительноймере погрешностьзависит отскорости движенияподземных вод.Метод можетиспользоватьсяпри скоростяхфильтрациине ниже 0,5 м/сут.По временисуществованияконуса можноориентировочноопределитьи скоростьфильтрации.

Этотметод значительноменее апробирован,по сравнениюс радиоиндикаторным,но он несколькопроще в пополнениии не требуетсогласования с органамисанэпидемнадзора.

Односкважинныеметоды осуществлениянаправлениядвижения подземныхвод не рекомендуетсяиспользоватьв породах средкой и неравномернойтрещиноватостью.

Индикаторные методы определениянаправленияи скоростидвижения подземныхвод.

Однимиз важнейшихпоказателей миграции подземныхвод являетсядействительнаяскорость издвижения илифильтрацииV_δ,которая связанасо скоростьюфильтрацииVсоотношением:V_δ=V/n_a, (6)

гдеn_a-активнаяв фильтрационномотношениипористостьпороды, равнаяразности междуполной плотностьюn_oи объемнымсодержаниемсвязной породыn_сизащемленноговоздуха n_з, т.е. n_a=n_o-n_с-n_з.

прирешении задачследует учитывать,что действительнаяскорость фильтрации,определяющаяконвективныйперенос веществаи тепласфильтрационнымпотоком, можетизменятьсяза счет сорбциисолей и растворов, выщелачивания,фильтрациямикроорганизмови других факторов.

Приналичии картгидроизогипси данных окоэффициентефильтрациипористостиводоносныхпород действительнаяскорость V_δможетбыть определенапо значениюскорости фильтрации с учетом(6).

Однакоболее надежнымпредставляетсяопределениедействительнойскорости движенияподземных водс помощью специальныхполезных опытов,среди которыхнаиболее практическоеприменениеполучили индикаторныеметоды, основанныена введениив испытуемыйгоризонт черезпусковые скважиныкаких-либоиндикаторови определениискорости ихпередвиженияв условияхподземногопотока по временипоявленияиндикаторовв наблюдательныхскважинах.

Вкачестве наиболеечасто практикующихиндикаторовиспользуютсявещества(флюоресцеин,уранин, эритрозини др.), электролиты,радиоактивныеиндикаторы.

Передпроведениемопыта участок работ необходимохорошо изучитьв геолого-гидрогеологическомотношении. Впусковых и наблюдательныхскважинах спомощью геофизическихисследованийраскодометрии,лабораторныхработ и поинтервальногоопробования должны бытьвыделенысоответствующимобразом изученыи при необходимостиизолированыпласты, горизонтыили интервалы,подлежащиеисследованию.

Наблюдательныескважины дляпрослеживанияпередвиженияиндикаторовзакладываютсяниже по потокуна расстоянииот 0,5 до 2 м в суглинистыхи супесчаныхпородах, от 2до 8ь в песчаныхзернистыхпородах, от 3до 15 в гравийно–галечныхпородах, от 15до 30 в закарстованныхпородах. Количествонаблюдательныхскважин (односкважинныеметоды) еслидля таких определенийиспользуютсяданные наблюденийза изменениемконцентрациииндикатораво времени илиза его распространениемнепосредственнов пусковойскважине(фотографированиеконусов распространениякрасителей).

Появлениеиндикаторав наблюдательныхскважинахустанавливаетсяхимически,электролитическими колориметрическимспособами, приэтом первыедва дают наиболеенадежные результаты.

Прихимическомспособе появленияиндикаторустанавливаетсяпо изменениюего концентрациив периодическиотбираемыхиз наблюдательныхскважин конусахводы. Для болееточного иобоснованногоустановлениямомента появленияиндикаторав наблюдательной скважине результатыопределенияизображаютсяв виде графикаизмененияконцентрациииндикаторов во времениС=F(t)/время прохожденияиндикатораот пусковойскважины t_максисчисляетсяс момента егозапуска в пусковуюскважину домомента максимальнойконцентрациииндикаторав наблюдательнойскважине.

рис.4

Изменениеконцентрациииндикатора Свнаблюдаемойскважине вовремениt:

1-точкапоявленияиндикаторав наблюдательнойскважине,

2-точкамаксимальнойконцентрациииндикатора.

Действительнаяскорость движенияподземных водV_δопределяется как частноеот деленияпройденногоиндикаторомрасстоянияLна время :

V_δ=L/t_макс(7)

Радиоиндикаторныеметоды.

Впоследние годывсе более широкоеприменениедля определениянаправленияв скоростидвижения подземныхвод, а такжедля решениямногих другихпрактическихзадач приобретаютрадиоиндикаторныеметоды. В качествеиндикаторовдля меченияводы используютсяразличныерадиоизотопы.Контрольнымперемещениемизотопов ведетсяпо замераминтенсивностиизлучения ихконцентрации.Возможностьиспользованиярадиоактивных индикаторов низких концентрацией,их сравнительнонезначительнаясорбционнаяспособностьи высокая точностьопределенийпредопределяютбольшие перспективыприменениярадиоиндикаторныхметодов длярешения гидрогеологическихзадач и , в частности,для определениянаправленияи скоростидвижения подземныхвод. Наибольшееприменениев качестве индикаторовнаходят различныесоединения.

Радиоиндикаторныеметоды применяютсяв различныхвариантах имодификациях.

Сутьодноскважинногорадиоиндикаторного метода заключаетсяв проведениинаблюдений за изменениемво времениконцентрациивведенногов скважинурадиоактивногоиндикатора.Измененияконцентрациииндикатораво времени иэпюры распределенияего активности, получаемыес помощью зонда,опускаемогов скважину,являются основаниемдля определениярасхода, скоростии направлениядвижения потокаподземных вод.Особенно эффективнымявляется этотметод при импульсномповедениирадиоиндикаторов.

Измеряяв разменыемоменты временисилу тока вцепи, можноопределитьэлектропроводимостьводы в наблюдательнойскважине и темсамым установитьмомент появленияв ней соли.

Колометрическийметод заключаетсяв определениивремени прохожденияраствора краскимежду пусковойи наблюдательнойскважинами.

Чащевсего принимаютследующиекрасящие вещества,причём количествоих зависит отдлины путидвижения подземныхвод между пусковойи наблюдательнойскважинами.

Красящеевещество	Количествов гаммах сухойнавески накаждые 5м путидля горныхпород
	рыхлых	Трещиновыхи закарстованных
Флюресцин	1-5	1-10
Флюорантрон	1-5	1-10
Эозин	5-1	1-10
Эринтрозин	5-15	5-20
Красноебонго	10-30	10-40
Метиленоваясинька	10-30	10-40
Анилиноваяголубая	10-30	10-40
Понсокрасная 2К	5-15	5-20

_таб.1

Указанныекрасящие веществав виде растворав щелочи илив слабой кислоте(2-4см³на 1г. вещества)запускаютсяв пусковуюскважину также, как и прихимическомметоде. Взятиепробы воды изнаблюдательнойскважины производитсятак же как ипри химическомметоде. Передвзятием пробывода должнабыть перемешана.Первая пробаберётся дозапуска красящеговещества.

Наличиекрасящеговещества впробе воды истепень концетрацииего устанавливаетсяпри помощиспециальногоприбора – флюроскопа,в котором находится10 стеклянныхтрубок, наполненныхстандартнымирастворами,концентрациякоторых колеблетсяот 0 до 5 %. Принимаетсяза 100% окраска,полученнаяв результатерастворения0,1кг красящеговещества в 1 лводы. При этомпроизводитсясравнениеокраски пробыводы со стандартамифлюроскопа.Если вода пробысодержат взвешанныечастицы, пробунеобходимопрофильтровать.

Документацияи обработкаматериалов.

Всенаблюдаемево время опытавеличины следуетфиксироватьв специальномжурнале определениескорости, вкотором должныбыть приведеныследующиесведения:

1. абсолютныеотметки кровлии подошвыводоносногогоризонта иповерхностиземли;

2. абсолютныеотметки верхатрубы забоя,уровня воды,глубины скважины;

3. разрезпо главномуствору с показаниемсостава пород,зеркала водыи конструкциискважины;

4. планрасположенияскважины споказаниемрасстояниямежду ними;

5. данныенепосредственныхответов концентрациираствора (еслиприменяетсяхимическийметод) или силытока (еслиприменяетсяэлектролитическийметод) и время,соответствующееэтим отсчётам.

Обработкаматериаловзаключаетсяв построениикривой концентрации,показаннойна рис.7

рис.5

Навертикальнойоси откладываетсяв зависимостиот применяемогометода либоконцентрациираствора вмиллилитрахна литр (илиизрасходованногоAgNO₃),либо значениясилы тока вамперах (илисопротивленияв Омах), либоданные, характеризующиестепень окраскиводы, ,выраженныев процентах.

Нагоризонтальнойоси откладываетсявремя в часах.Скоростьрассчитываетсяпо формуле:

,в которой величинаt определяетсяиз графикарис.5.

Посколькупоявлениераствора внаблюдательнойскважине происходитпостепеннои нарастаниеконцентрациизанимает некоторыйпериод времени,иногда представляетсязатруднительнымвыбор той точкина кривой впределах отN₁до N₂,до которойнадлежит отсчитыватьзначение времениt. При этом N₁соответствуетпоявлениюиндикаторав скважине, аN₂-моменту наибольшейконцентрации.

Приэтом руководствуютсяследующимисобраниями.Если скоростьдвижения подземныхвод определяетсядля целей составленияпроекта водоснабжения,следует братьвремя t, соответствующееточке N₂;это определяетнаименьшеезначение скорости.Если скоростьдвижения подземныхвод определяетсядля установленияводопротокав горные выработкиили под гидросооружениями,следует братьвремя t, соответствующееточке N₁,это определитнаибольшеезначение скорости. В ряде случаевприменяют вместо индикатороврадиоактивныеизотопы некоторыхэлементов(геофизическиеметоды).

Дляизучения движенияподземных воднаряду с индикаторнымиметодами широкоприменяютсяполевые и скважинныегеофизическиеметоды. К подовымследует отнестиметоды электропрофилирования,вертикальногоэлектрического,кругового ичастотныхзондирований,естественногоэлектрическогополя, с помощьюэтих методовиногда удаётсяустановитьнаправлениедвижения потока,обнаружитьскрытые поднаносами родникии места утечекповерхностныхвод из руселрек, озёр иводохранилищ.

Другуюгруппу составляют скважинныеспособы исследования:резистивиметрияи термометрия,метод заряженноготела и др. Ониприменяютсядля определениямест притоковподземных вод в скважину ивыделения зоныактивноговодообмена,определениянаправленияи действительнойскорости движенияподземных водпо группам иодиночнымскважинам.

Наиболеевысокая эффективностьдостигаетсяпри комплексном использовании полевых и скважинныхметодов.

Определениескоростейфильтрациипо одиночным скважинам.Для определенияскоростейфильтрацииприменяютэлектрическийметод , методрадиоактивныхизотопов итермометрический.

Электролитический метод основанна изученииубывания электролитав искусственнозасоленной скважине. Онприменяетсядля изучениядвижения пресныхили слабоминерализованныхподземных вод,в зоне активноговодосмена. Длянаблюденияиспользуютлюбую одиночнуюскважину, необсаженнуютрубами илиоборудованнуюфильтрами винтервалеводоносногогоризонта. Вкачестве электролитаприменяютповареннуюсоль. Измеренияпроизводятсяс помощьюрезистивиметрапо обычнойсхеме каротажа.

Предварительнов скважиневыполняюткомплекс каротажныхработ, в томчисле и измеренияудельногоэлектрическогосопротивленияводы резистивометром.По кривойсопротивленияоценивают естественнуюминерализациюпоземных води её изменениес глубиной.Затем в скважинерастворяютэлектролит.С этой цельюна кабель внише приборакрепко привязываютузкие мешкис повареннойсолью. Количествосоли берут стаким расчётом,чтобы концентрацияэлектролитапосле его растворенияне превышало2^г/_л.Мешки прогоняютпо стволу скважинынесколько раз,а затем снимаютс кабеля.

Сразуже после засоленияводы делаютпервое контрольноеизмерениерезистивиметром.По полученнойкривой сопротивлениясудят о равномерности концентрацииэлектролита и качестваподготовкискважины. Последующиеизмерениявыполняютпериодически,через каждые15-20 минут или через1 час, в зависимостиот скоростивымывания соли.Длительностьинтерваловопределяетсяв процессеопыта. Наблюденияпродолжаютсяв течении несколькихчасов , а иногдаи несколькихсуток, до полногоопресненияэлектролитав интервалеисследования.Для надёжнойинтерпретации необходимоиметь не менеепяти кривыхсопротивления,последовательнонарастающимимаксимумамипоказаний.

Посовокупностикривых сопротивленияснятых в разноевремя, выделяютместа притоковводы и зонуактивной циркуляции,а также прослеживаетсяизменениеконцентрациис течениемвремени.

Скоростьконцентрациивычисляетсяпо формуле:

,

где d-диаметрскважин;

С₀-естественнаяминерализацияподземных водв эквивалентеNaCI;

C₁,C₂-концентрацияэлектролитав моменты времениt₁,t₂;

m-число,показывающее во сколько разскорость движения воды в скважинебольше скоростифильтрацииводы в породе.

В интервалеактивной циркуляциинамечают точкиили характерныеучастки, противкоторых определяютдиаметр скважиныd?Температуруводы T?удельныеэлектролитическиесопротивлениеводы до засоленияρ₀и после засоленияρ_n и время регистрацииt_n.Обычно берутсяих средниезначения. Знаяудельныеэлектрическиесопротивленияи температуруэлектролита,по соответствующимграфикам для NaCIопределяютестественнуюминерализацию С_n в любые моментывремени t_n.

Результатыобработкизаписываютсяв таблицу. Потабличнымданным составляютграфики измененияконцентрацииот времени наблюдения.По оси ординатоткладываютLg(C_n-C_o),а по оси абсциссв числовоммасштабе времянаблюдения.График имеетвид прямой,наклоненнойк оси абсцисспод углом α сосредненнойчасти графикаснимают значение.

;

И вычисляютскорость фильтрациипо формуле

Поданным электролитическогометода строяткривую илиэкюру измененияскоростейфильтрациис глубиной. Поней можно найтисреднее значениескоростидлялюбого выделенногоинтервала.

;

где V_i-скоростьфильтрациидля малогоинтервала ∆H_i.

Наилучшиерезультатыполучаютсяпри исследованияхв скважинахбольшого диаметра,пробуренныхв песчаных илигравийно-галечныхотложениях.В трещиноватых,закарстованныхпородах скоростифильтрации,вычисленныепо вышеуказаннымформулам, какправило оказываютсязавышеннымив несколькораз и могутбыть использованытолько дляотносительнойхарактеристикисвойств разреза.

Методрадиоактивныхизотопов

Основанна том же принципе,что и электролитическийметод. По результатамнаблюденийв скважинеизучаетсяскорость убыванияконцентрацииизотопов впредварительноактивированнойскважине.

Предварительнов скважиневыполняетсягамма-каротаж.Затем её заполняютактивированнойжидкостью сконцентрациейот 0.5 до 1,00 мкюри/м³,в которой растворенасоль какого-либоиз слабо адсорбируемыхрадиоактивныхизотопов, например ¹³¹Y,период полураспадакоторого равен9 дним. Послеперемериванияделают рядзамеров гамма-излучениечерез каждые15-30 минут. В местахпритоков подземныхвод концентрацияизотопов будетпадать, чтоотражаетсяна показанныхкривых гамма-каротажа. Скважинныйприбор переднаблюдением эталонируюти оп результатамзамеров определяютконцентрациюизотопов.

Методикаинтерпретацийи обработкисовершенноаналогичнаописанной вышев электролитическомметоде. Тольковместо концентрацииэлектролита, при вычислениискорости фильтрацийберется концентрацияизотопов.

Основноепреимуществометода изотоповзаключаетсяв повышениичеткости результатов.Это объясняетсявозможностьюприготовленияактивированнойжидкости срезко отменнымисвойствамипо сравнениюс подземнымиводами. Удельнаяактивностьраствора сконцентрациейпорядка 0,5-1,0 мкюри/м³в 15-20 раз превышаетестественнуюрадиоактивностьподземных водметод изотоповможно применитьв сильно минерализованныхводах. Методизотопов можноприменять всильно минерализованныхводах.

Термометрическийметод основанна измерениитемпературв искусственнонагретой скважиненебольшойглубины. С течениемвремени водав скважинеостывает вследствиипереноса тепладвижущейсяжидкостью,конвекции,теплообменас окружающимипородами и рядадругих факторов.В зоне активноговодообменанаибольшиеизменениятемпературпроизойдут,очевидно, засчёт горизонтальнойциркуляцииподземных вод.Замеряя периодическитемпературуводы посленагреванияскважины, можновычислитьскорость фильтрациипо формуле:

ГдеТ₀–температураводы до нагревания;Т₂и Т₂–температураводы в моментвремени t₂и t₁.

Термометрическийметод можетбыть использовандля изучениядвиженияминерализованныхвод в зоне активноговодообмена.

Определениенаправленияи действительнойскорости движенияпоземных водметодом заряженноготела применяетсядля изучениядвижения пресныхвод или слабоминерализированныхподземных вод,вскрытых однойскважиной, наглубине неболее 100м (в зонеактивноговодообмена).

Вскважину доглубины подземногопотока опускаютпористые мешкис солью, котораярастворяетсяв движущейсяжидкости ирастворе сноситсяв водоносныйпласт, образуяоколо скважиныподвижную зонуэлектролита,вытянутую понаправлениюпотока. Причёмпередний еёфронт всё времядвижется соскоростью,примерно равнойскорости движенияподземной воды,тогда как наиболееконцентрированнаячасть раствораостаётся неподвижнойоколо скважины.

Вместес солью в скважинупогружают одиниз электродовпитающийэлектрическойцепи, состоящейиз источникатока и двухзаземлений.Второе заземлениеотносят нарасстояниев 10-12 раз превышающееглубину потока.После замыканияцепи в землеобразуетсясложное электрическоеполе, обязанноетокам, стекающимс заряженнойзоны электролитаи обсаднойтрубы. Структуруполя и поведениеего во времениизучают наповерхностиземли с помощьюэлектроразведочнойаппаратуры.Практическиизмерениясводятся ксъёмки замкнутыхвокруг устьяэквипотенциальныхлиний. В периодобработкиматериаловэквипотенциальныелини вычерчиваютсяна миллиметровкев удобном масштабе.По всем изолиниямвыделяют максимальнойсмещение ∆kи с точностьюдо 10⁰определяютпреобладающееих направление.

рис.6

Дляуточнениянаправленияи скоростипотока строятдополнительныеграфики развёртки(рис.6) и графикизависимостисмещения значенийот временинаблюдения(рис.7). Нанесенныена графикиточки определяютво избежаниеошибок.

Еслиизолинии снималисьна оптимальномудалении отскважины, скоростьпотока вычисляютпо формуле

,где ∆S₂-∆S₁– максимальноесмещение запромежутоквремени t₂-t₁,снимаемое сосредненнойпрямолинейнойчасти графика.

рис.7

Привычислениискорости поизолиниям,снятым на расстоянияхменьше оптимальных,необходимоучитыватьвлияния обсадныхтруб и столбасолёной водыв скважине.Тогда расчётведется поформуле:

,где l₂-l₁увеличение длины зоныэлектролитаза промежутоквремени t₂-t₁.

Результатыобработки иинтерпритацииполевых наблюденийпредставляютна одном местедля каждойскважины сизображениемеё разреза иконструкции.

28