• Условия залегания подземных вод

По условиям залегания различают подземных вод: почвенные, верховодка, грунтовые, межпластовые и артезианские.

Почвенные воды – влага почвенного слоя. Передвигаются под действием молекулярных и капиллярных сил. Они не имеют водоупора и могут просачиваются до уровня грунтовых вод.

Рисунок 2.4 – Схема залегания почвенных, грунтовых

и межпластовых вод

Верховодка образуется на водонепроницаемых и слабоводопроницаемых глинистых прослойках и линзах - маломощные водоносные горизонты локального распространения. Залегают на небольшой глубине, с небольшими запасами, имеют сезонный характер, безнапорные. Источник водоснабжения в сельских районах, легко загрязняется.

Рисунок 2.5 – Верховодка

Грунтовые воды залегают на первом от поверхности водоупоре, выдержанном по простиранию. Они имеют свободную поверхность - зеркало грунтовых вод. Они формируются за счет инфильтрации атмосферных и поверхностных вод. Они:

- залегают возле поверхности Земли в рыхлых отложениях, дренируемых реками;

- воды безнапорные;

- область питания совпадает с областью разгрузки (дренажа);

- пласт не полностью насыщен водой;

- глубина залегания, температура, минерализация, расход вод подвержены колебаниям (суточным, месячным, годичным);

- изменчивость физических свойств и химического состава;

- обладают тесной связью с поверхностными водами.

Поверхность грунтового потока имеет различный наклон на разных участках. Ее положение определяется гидроизогипсами - кривыми, соединяющими точки с одинаковым уровнем вод. Схема с гидроизоигипсами, выработками, колодцами, элементами рельефа называется картой гидроизогипс.

По карте гидроизогипс (рисунок 2.6) определяют:

- направление грунтового потока;

- глубину залегания грунтовых вод:

- уклон грунтового потока;

- характер взаимосвязи грунтовых вод с поверхностными (рисунок 2.7);

- условия питания и разгрузки;

- скорость движения водного потока и пр.

Рисунок 2.6 – Карта гидроизогипс

Направление движения грунтовых вод берут по нормали к двум смежным гидроизогипсам. Вода движется от более высоких отметок к более низким. (рис.2.6).

Глубина залегания грунтовых вод - разность отметок горизонтали поверхности и гидроизогипсы. Уклон потока подземных вод вычисляют делением сечения карты гидроизогипс на кратчайшее расстояние между двумя гидроизогипсами, взятое в масштабе карты.

где А – река дренирует грунтовые воды;

Б – река питает грунтовые воды;

В – река питает и дренирует грунтовые воды

Рисунок 2.7 – Схема связи грунтовых вод с поверхностными

Грунтовые воды могут питать поверхностные (рисунок 2.7, А), поверхностные воды могут питать грунтовые (рисунок 2.7, Б). Реки могут питать и дренировать грунтовые воды (рисунок 2.7, В).

Выходы на поверхность грунтовых вод образуют нисходящие источники.

Межпластовые воды залегают между двумя водоупорными слоями. Они могут быть приурочены к различным породам (пескам, песчаникам, известнякам). Могут быть безнапорными и напорными. При вскрытии напорных вод их уровень поднимается выше подошвы верхнего водоупора. Характерно ограниченное питание и разгрузка, замедленный водообмен, повышенная минерализации. Характерны для холмистого рельефа с горизонтально залегающими пластами пород.

Артезианские воды - межпластовые воды, залегающие на значительных глубинах и приуроченные к крупным мульдообразным тектоническим структурам. Водосодержащие - различные водопроницаемые породы.

где а – область питания;

б – область напора;

в – область разгрузки;

г – область возможного самоизлива напорных вод;

1, 5 – напорные водоносные горизонты;

2 – пьезометрический уровень напорных вод горизонта 1;

3 – восходящий источник;

4 – участок возможной гидравлической взаимосвязи напорных горизонтов (гидрогеологическое «окно»)

Рисунок 2.8 – Схема артезианского бассейна

Линия уровня напорного пласта - пьезометрический уровень.

Величина напора – разность отметок вскрытия напорных вод и установившегося уровня. Зависит от условий залегания водоносного горизонта и определяет напряженное состояние вокруг горных выработок.

Особенности напорных вод:

- область питания и разгрузки не совпадают;

- постоянный режим;

- приурочены к мульдам;

- имеют напора;

- мало подвержены загрязнению;

- бассейновый характер распространения.

Напорные воды изолированы от атмосферы, их режим меньше зависит от климата, с относительным постоянством уровней, температуры и химического состава, меньшей загрязненностью и лучшим санитарным качеством воды. Используются для различных видов водоснабжения (хозяйственно-питьевого, производственно-технического, лечебно-питьевого, термального и др.) и орошения.

Для решения практических задач по обеспечению устойчивости горных выработок, безопасности ведения горных работ и водопонижения в пределах шахтного поля строят карты гидроизопьез (рисунок 2.9) и прогнозные карты безопасных напоров. Карта гидроизопьез составляется аналогично карте гидроизогипс и представляет собой систему изолиний, соединяющих точки с одинаковыми отметками пьезометрического уровня.

Условные обозначения

где 1 – горизонтали поверхности;

2 – гидроизопьезы;

3 – изогипсы кровли водоносного горизонта;

4 – направление движения артезианских вод;

5 – скважина (в числителе номер скважины, в знаменателе отметка пьезометрического уровня).

Рисунок 2.9 – Карта гидроизопьез (пример)

На карте по сгущению и разрежению гидроизопьез судят об изменении мощности водоносного горизонта или водопроницаемости. При уменьшении водопроницаемости пьезометрическая поверхность становится круче, а гидроизопьезы сгущаются. Если мощность пласта увеличивается по потоку, пьезометрическая кривая выполаживается. По карте определяют также связь напорных вод с поверхностными водотоками и водоемами (рисунок 2.9), направление движения напорных вод, уклон пьезометрической поверхности, глубину уровня, высоту напора воды над кровлей водоносного пласта, равную разность отметок пьезометрического уровня и кровли водоносного пласта.

где АА – пьезометрическая поверхность

Рисунок 2.10 – Питание реки напорными водами через водонепроницаемую кровлю

Трещинные воды – воды в трещинах и небольших пустотах горных пород.

Для подземных вод важны трещины тектонические и выветривания. Первые распространены на 100-500 м и носят региональный характер. Трещины выветривания имеют местное значение, неглубоки (до 100 м).

При наличии крупных тектонических трещин и участков интенсивной тектонической трещиноватости, подземные воды движутся в виде быстрых потоков.

Трещинные воды могут быть напорными и безнапорными.

Карстовые воды – воды, циркулирующие по пустотам и трещинам пород. В закарстованных породах циркуляция вод происходит в виде сплошного потока. Они резко поглощают поверхностный сток, характерно также резкое колебание уровня и расхода. Карстовые воды безнапорные, грунтовые. Минерализация их повышена.