Изучение подземных вод

Изучение подземных вод чрезвычайно важно для различных отраслей хозяйства. Подземные воды являются фактором постоянного питания рек; имеют исключительное значение для живых организмов; определяют собой ряд геологических процессов (карстовых, суффозионных, оползневых); они имеют большое практическое значение в водоснабжении населенных пунктов и т. д.

При изучении подземных вод необходимо учитывать все факторы, влияющие на них – особенности геологического и геоморфологического строения района, его климатические и гидрологические особенности. Следует выяснить, как подземные воды распределяются в породе: образуют ли общую связную водную поверхность на больших площадях или представляют изолированные друг от друга струи и жилы; с какими водовмещающими породами, литологическими разностями пород они связаны; образуют ли они один или несколько водоносных горизонтов; какие породы являются водоупорными; изолированы ли водоносные горизонты друг от друга или находятся в сообщении (постоянном, временном).

Необходимо определить типы подземных вод встречающихся на территории. Являются ли они напорными (артезианскими) или грунтовыми со свободной поверхностью, каковы условия питания различных горизонтов подземных вод и водообильность каждого из них. Необходимо выяснить условия дренирования подземных вод и динамику их циркуляции.

Особенное внимание исследователи обращают на связь подземных вод с поверхностными, для чего нужны наблюдения и над поверхностными водоемами.

Для выяснения вопросов происхождения самой воды, глубины ее залегания, путей и скоростей движения и т. д. очень существенны наблюдения над физическими и химическими свойствами разных горизонтов подземных вод.

Особенно важны наблюдения над использованием подземных вод населением и различными внешними геологическими процессами (карст, оползни, суффозия), обусловленными подземными водами.

К сожалению не все виды исследований можно провести со школьниками, что учитывалось, при составлении данных рекомендаций. 

План работ.

1. Описание подземных вод по литературным источникам.
2. Изучение родников.
3. Изучение колодцев.
4. Изучение скважин.
5. Определение скорости и направления движения подземных вод.

Работа с литературой.

По специальным картам, геологическим разрезам, научной литературе рассматривают и описывают общие особенности подземных вод, существующие водоносные горизонты, основные их характеристики.

Подробно изучают геологический разрез окрестностей своего населенного пункта. По нему можно определить наличие водоупорных и водопроницаемых горных пород, глубину их залегания.

Целесообразно установить, из каких водоносных горизонтов отбирается вода для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения. Если по этому вопросу отсутствуют фондовые данные, то для этого можно провести анкетирование местных жителей, выявив:

1. На какую глубину проникают колодцы и водозаборные скважины.
2. Какие горные породы извлекались при бурении.
3. На какой глубине стоит в колодце (скважине) вода.

Изучение выходов (источников) подземных вод.

Каждый источник обозначается своим номером и наносится на картосхему. Описывается его точное местонахождение. Указывается, представляет ли источник: а) выход подземных вод непосредственно из толщи коренных пород, из трещины или расселины между глыбами (например, мела или известняка) или из четвертичных отложений; б) пластовый выход, высачивание воды на большом пространстве водоносного слоя; в) мочажину, незначительный выход воды, выявляющийся небольшим ее скоплением, часто поросшим болотной растительностью; г) выпот – слабое увлажнение почвы (сырость) в определенном пункте или скопление солей в виде налета.

Определяют, является ли источник нисходящим (выход на поверхность ненапорных, грунтовых вод) или восходящим (выход под напором пластовых или трещинных вод), отмечают внешние отличительные признаки тех и других.

Подробно характеризуют местоположение источника по отношению к элементам рельефа и рельеф в месте выхода; составляют глазомерную схему и схематический разрез. Определяют относительную (по отношению к ближайшему поверхностному водоему или дну долины) отметку выхода, которую привязывают и к абсолютной высоте. Для этого можно использовать GPS или Глонас навигатор, или топографическую карту Воронежской области.

Описывают геологическое строение места выхода подземных вод: литологический состав водоносного и водоупорного слоев; их положение, наличие и характер трещин; наличие контакта различных горных пород.

Определяют дебит (расход) источника с указанием места, времени и способа замера. Для определения количества выходящей воды в сутки нужно сделать водослив и подставить под него ведро, засечь время по секундомеру или часам с секундной стрелкой и, когда ведро будет полным, опять засечь время. Разница между вторым и первым отсчетами укажет на время заполнения ведра водой. Затем при помощи литровой банки или мерной ёмкости нужно измерить количество литров воды в ведре. Нам будет известно, что за время t сек, источник дал v л воды. Определим, сколько литров воды подается в секунду v/t.

Умножив частное на число секунд в сутки (24*60*60), определяем количество выходящей воды в течение одних суток. Умножив затем полученное число на 30 (суток), узнаем, сколько выходит из источника воды в месяц, а по месячному дебиту, умножив его на 12 (месяцев), узнаем количество выходящей воды за год, т. е. годовой дебит. Для получения более точных сведений данные измерения целесообразно провести несколько раз в год (чем больше измерений, тем точнее результат).

По возможности следует пронаблюдать колебания расхода в связи с временем года; выяснить, постоянный источник или временный; увеличивается ли расход при выпадении дождей, существует ли он зимой.

Изучение колодцев.

Изучению подвергаются все ближайшие колодцы. Описывают их местонахождение, они наносятся на картосхему. При изучении колодцев путем осмотра и расспросных данных устанавливают: расположение по отношению к элементам рельефа; мелкие формы рельефа по соседству с колодцем.

Высота колодца над дном долины и абсолютная высота, определяемые по топографическим картам или навигатором. Глубина до дна и до воды; легко ли вычерпывается вода при ее разборе; пропадает ли вода в колодце (от засухи, вымерзания и т. д.), быстро или медленно набирается вода после водоразбора; увеличивается ли количество воды в колодце от дождей или в зависимости от времени года.

Целесообразно в течение года, каждые 5-10 дней измерять глубину расположения уровня воды в колодце. В результате можно вычертить график изменения уровня воды в колодце. Еще лучше, если исследования будут проводиться в нескольких колодцах.

В течение года анализируется качество воды, определяется изменяется ли оно по временам года, после дождей, изучаются физические и химические свойства воды.

Можно составить геологический разрез на основе данных о последовательности пройденных при рытье колодца пород и их мощности. По возможности определяется геологический возраст пород водоносного горизонта.

В случае если дебит колодца не велик можно провести пробную откачку. Определяют глубину расположения уровня воды, затем отчерпывают или извлекают с помощью насоса значительное количество воды. Уровень воды понижается. Определяют новый уровень воды и засекают, за какое время восстановится прежний уровень. Количество воды в объеме между 1 и 2 уровнями определяют с помощью геометрических формул, с учетом формы и диаметра колодца. Например, объем воды в колодце, стенки которого укреплены круглой асбоцементной трубой определяют по формуле объема цилиндра V=πR²H, где R – радиус колодца, а Н – разница между уровнями воды.

Изучение буровых скважин.

При изучении буровых скважин выясняют их глубину, время сооружения. Отмечают характер местности вблизи скважины, абсолютную отметку устья, количество пройденных водоносных горизонтов, геологический возраст и состав пройденных пород, глубину залегания каждого водоносного горизонта, из каких горизонтов и скольких пластов извлекается вода, глубину постоянного уровня воды в скважине от поверхности земли.

Производительность скважины, причины неиспользования закрытых трубами горизонтов, качество воды, конструкцию скважины (диаметры труб и длина труб каждого диаметра, фильтры, их диаметр и т. д.), действует ли скважина в настоящее время.

Определение направления и скорости движения воды в подземных водоносных горизонтах.

Данное исследование не сложно, но провести его часто невозможно, так как колодцы используются местными жителями для водоснабжения.

При удобном для исследования расположении колодцев можно определить скорость течения грунтовых вод. Для этого в верхний (по абсолютной высоте на местности) колодец нужно бросить поваренную соль, а через некоторое время (5-10 ч) из нижних колодцев взять пробу воды и капнуть туда раствором азотнокислого серебра. Белый осадок укажет на наличие в пробе воды поваренной соли. Время появления поваренной соли даст возможность определения скорости течения грунтовых вод (кроме поваренной соли, можно применить и другие вещества, например флуоресцеин, окрашивающий воду в желто-зеленый цвет).

Нужно только помнить, что скорость движения грунтовых вод сравнительно небольшая: в очень мелкозернистых песках – меньше 1 м в сутки, в крупнозернистых – несколько метров в сутки и только в породах трещиноватых скорость достигает нескольких километров в сутки.

Зная расстояние между колодцами и время между моментом растворения соли в верхнем колодце и ее появления в нижнем, определяем скорость течения грунтовых вод по формуле используемой для определения скорости.

Расстояние между колодцами можно определить рулеткой, а направление по компасу или карте.

Список литературы.

1. Полевые практики на географических факультетах педагогических университетов. Часть II Гидрология и Геоморфология: Учебное пособие для студентов педвузов по географическим специальностям. Под ред. Чернова. – М.: Изд-во МПГУ. – 1999, 101 с.
2. Справочник путешественника и краеведа / Под ред. С.В. Об-тучева. Том II. – Москва: государственное изд-во геогр. Лите-ратуры, 1950. – 688 с.
3. Тессман Н.Ф. Учебно-полевая практика по основам общего землеведения / Н.Ф. Тессман. – Москва: Просвещение, 1975. – 136 с.