Общи сведения за хидрогеоложките карти и разрези
Според хидродинамичния признак подземните води в зоната на насищане се делят на безводни (подземни) и напорни (артезиански).
Ненапорни (подземни) води (води със свободна повърхност) - подземните води на първия постоянен водоносен хоризонт от повърхността, разположени върху първия устойчив водоустойчив слой.
Подземни води - вода, която не насища напълно целия пропусклив слой, повърхността им е свободна; Налягането върху повърхността на водата е равно на атмосферното. Установеното ниво на подпочвените води обикновено се фиксира на същото ниво, на което е било установено при пробиването на кладенеца. Дълбочината на подземните води по участъка се определя от разликата в котите на земната повърхност и установеното водно ниво, мощността на потока се определя от разликата в котите на нивото на подпочвените води и водоустойчивото дъно на водоносния хоризонт. Подземните води в зоната на пълно насищане се движат при наличие на разлика в хидравличното налягане (нива) от места с по-високо към места с по-ниско налягане (ниво). Разликата в напора h = H1 - H2 в участъци I-I и II-II определя движението на водата в посока на участък II-II (фиг. 7).
Наземен водоносен хоризонт
1 - пропускливи скали;
2 - първият водоустойчив слой от повърхността;
3 - ниво на подземните води;
J - наклон (хидравличен градиент) на земния поток между участъци I-I и II-II J = ∆h /∆l;
hv - дълбочина на проникване на подпочвените води;
H е мощността на земния поток.
Формата на повърхността на подземните води зависи от водопропускливостта на скалите, условията на подхранване на водоносния хоризонт, конфигурацията на бреговете на реките, към които текат подземните води, падината на водоносния хоризонт, дебелината на водоносния хоризонт и др.
Относно формата на повърхността на подземните водиможе да се съди по картата на хидроизогипсата.
Хидроизохипси се наричат линии, свързващи точки с една и съща абсолютна маркировка на височината на повърхността на подземните води, или - това са линии - хоризонталите на огледалото на подземните води.
Диаграма, показваща хидроизохипси, изработки, кладенци, извори и понякога релефни елементи, се нарича хидроизогипсна карта. Това е основната площна характеристика на приземния поток. Такава карта дава възможност да се определи посоката на подземния поток, наклона на водната маса и нейната дълбочина в различни зони, зоната на хранене и разтоварване на хоризонта, връзката с повърхностните водни тела, които могат да разтоварят земния хоризонт, да го хранят или едновременно да го разтоварват и захранват.
За целите на строителството хидроизогипсовите карти са необходими при решаване на проблеми, свързани с проектирането на водоприемници за подземни води, борбата с наводненията на територията и др.
За да изградят карта на хидроизохипсите, те използват данни от измервания на дълбочините на нивата на подпочвените води в кладенци, ями, кладенци, минни изработки, маркировки на източници и информация от водомери на повърхностни водни тела.
Тъй като нивото на подпочвените води постоянно се променя под въздействието на различни естествени и изкуствени фактори, всички данни, използвани при изграждането на хидроизохипсни карти, трябва да бъдат взети на една и съща дата, т.е. получени от едновременни измервания на всички точки на наблюдение, следователно хидроизохипсните карти винаги са датирани.
Картите на хидроизохипсите се съставят в мащаб от 1:10 000 до 1:200 000 в зависимост от характера и етапа на хидрогеоложките изследвания. Разрезът на хидроизохипсите се избира в зависимост от приетия мащаб на картата, плътността на точките за наблюдение на нивото на подземните води и наклона на тяхната повърхност. Обикновено се вземат секции от 0,5, 1, 2, 5 или повече метра.
В допълнение към картите на хидроизохипсите, за целите на проектирането и изграждането могат да се съставят карти на дълбочините на повърхността на подземните води или карти на хидроизобатите.Хидроизобатите са линии, свързващи точки с еднаква дълбочина на подземните води. Картите на хидроизобатите се изграждат чрез интерполиране на дълбочините на нивото на подземните води.
Най-често за решаване на различни практически проблеми се съставят карти на хидроизохипси и хидроизобати на една и съща топографска основа.
Анализът на хидроизогипсните карти дава възможност да се състави кратка хидрогеохимична характеристика на обекта. Според картата на хидроизохипсата можете да определите:
- посоката на движение на подземните води в даден район;
- дълбочината на подземните води във всяка точка или във всяка област;
- наклон на приземния поток;
- естеството на връзката между подземните и повърхностните води;
- условия на подаване и отвеждане на подземни води.
Посоката на движениена подземните води се определя от нормалите към 2 съседни хидроизохипси. Движението на водата е насочено от по-високи нива към по-ниски нива.
Дълбочината на заляганена подпочвените води във всяка дадена точка се определя от разликата в котите между контурите на релефа и хидроизохипсата.
Наклонът на потока на подпочвените води(J) се определя за всеки даден участък от картата чрез разделяне на участъка от картата на хидроизохипсата на най-късите разстояния между две хидроизохипси, взети в мащаба на картата:
,
където H1 и H2 са маркировките на нивото на подземните води в две точки;
L е разстоянието между тези точки в мащаба на картата. За определяне на наклона на подземния поток се избира участък с най-равномерно и праволинейно разпределение на хидроизогипса.
Връзка между подпочвените води иповърхностниводи се определя от естеството на конюгирането на хидроизохипсите с водните тела:
- ако подземният поток е насочен към реката, тогава той се отводнява от реката,
- ако потокът на подпочвените води е насочен встрани от реката, реката се дренира от подземни води.
Според съотношението и характера на изменението на хидроизохипсите могат да се разграничат водосборите на подземните води, зоните на тяхното захранване и оттичане.
Областите на затворени хидроизохипси с големи надморски височини показват положението на водосборите на подземните води, където условията за хранене са най-благоприятни.
Зоните с нулева дълбочина до вода показват области, където подземните води излизат на повърхността на земята.
Артезианската (напорна) вода е подземна вода, разположена във водоносни хоризонти (хоризонти) между водоустойчиви слоеве, в първично компресирано състояние и имаща налягане (фиг. 8). Те запълват водоносния хоризонт до пълния му капацитет. При отваряне на такива водоносни хоризонти със сондажи нивото на водата в тях се издига над покрива на водоносния хоризонт. Това ниво се нарича налягане или пиезометрия. Понякога нивото на водата в кладенци, които са отворили водоносен хоризонт, се издига над повърхността на земята и водата от тях се излива на повърхността.
Пиезометричната повърхност не е истинска водна повърхност, пиезометричното ниво се задава само в кладенци, които са отворили артезиански водоносен хоризонт. В тези райони, където няма кладенци, пиезометричното ниво може да се установи от хидроизопиезни карти.
Диаграма на ограничен водоносен хоризонт
3 - хоризонт на междупластовите напорни води;
4 - пиезометрично ниво на водата под налягане;
m е мощността на хоризонта на налягането;
hn - дълбочина на проникване на водоносен хоризонт;
H е величината на налягането.
Хидроизопиезите (пиезоизохипсите) са линии, свързващи точки с еднакви абсолютни отметки на пиезометричното ниво. Наборът от такива линии образува карта на хидроизопиезите. Изопиезите са линии на налягане, а линиите, начертани перпендикулярно на тях, показват посоката на потока и се наричат линии на тока. Излишният напор ∆Lex (излишно налягане в резервоара) е височината на водния стълб над горната част на резервоара, характеризираща допълнителното (спрямо атмосферните условия) налягане, под което се намират подземните води в даден водоносен хоризонт. Дефинира се като разликата между котите на покрива на водоносния хоризонт и пиезометричната повърхност.
За да се изградят карти на хидроизопиезите, е необходимо да има данни за дълбочината на пиезометричното ниво в кладенци, кладенци и други минни изработки, необходимо е да има абсолютни марки на техните устия. В допълнение към водните точки, разположени в зоната на натиск на артезиански води, е необходимо да се използват маркировките на източници, речни брегове, разположени в зоните на подаване и изпускане на артезиански води и имащи хидравлична връзка с подземните води. За всяка водна точка се изчисляват абсолютните марки на пиезометричното ниво и чрез интерполация се изграждат хидроизопиезни карти.
Хидроизопиезните карти се изграждат в мащаб от 1:25 000 до 1:200 000 в зависимост от характера и етапа на хидрогеоложките изследвания. Напречното сечение на хидроизопиезите се избира в зависимост от мащаба на картата, плътността на точките за наблюдение на нивото на подземните води и наклона на тяхната повърхност. Обикновено се вземат секции от 0,5, 1, 2, 5 m или повече. Картите на хидроизопиезис могат да се комбинират с контурни карти на горната и долната част на водоносния хоризонт.
При конструирането на карти на хидроизопиезите е необходимо да се вземат предвид някои характеристики, свързани с условията на възникванеартезиански води.
- Водоносните хоризонти на артезианските води са изолирани отгоре от влиянието на метеорологичните фактори чрез слоеве от водоустойчиви скали, така че пиезометричните нива не изпитват забележими колебания във времето. Следователно, когато се съставят карти на хидроизопиезите, е възможно да се използват измервания на водните нива в различни моменти на водни точки.
- Артезианските води обикновено нямат пряка хидравлична връзка с водите на повърхностните потоци и резервоари, поради което е възможно да се интерполират точки, разположени на различни склонове на речни долини и дерета.
Картата на хидроизопиезата отразява формата на пиезометричната повърхност на артезианските води; следователно такава карта може да се използва за определяне на важни хидрогеоложки показатели на водоносен хоризонт и характеризиране на основните характеристики на неговата структура.
Формата на пиезометричната повърхност до голяма степен се определя от пропускливостта на скалите и дебелината на водоносния хоризонт.
Теоретично, в образувания с еднаква пропускливост с постоянна дебелина пиезометричната повърхност трябва да има формата на равнина (в напречно сечение - права линия), а хидроизопиезите - формата на прави линии, разположени на същото разстояние една от друга. Всъщност, поради филтрирането на водата през горната и долната част на резервоара и проявата на еластични сили във водата и във водоносния хоризонт, пиезометричната повърхност има извит вид. Сгъстяването и разреждането на хидроизопиезите се използват за оценка на промените в дебелината на водоносен хоризонт или пропускливостта на скалите. Ако пропускливостта на скалите се увеличи надолу по течението, пиезометричната повърхност се изравнява - изпускат се хидроизопиези. Тъй като водопропускливостта намалява, пиезометричната повърхност става по-стръмна и хидроизопиезите се удебеляват. Ако дебелината на водоносния хоризонт се увеличава с потока, пиезометричната криваизравнява се и с намаляване на мощността става по-стръмен.
Според картата на хидроизопиезите може да се прецени връзката на напорните води с повърхностните водни тела и водните течения. Ако речното корито е изсечено във водоносен хоризонт, водата под налягане се влива в реката. Хидроизопиезите в близост до реката променят формата си, "почивайки" срещу реката, в пиезометричната повърхност се образува вдлъбнатина. При трудна хидравлична връзка на напорния водоносен хоризонт, пиезометричната повърхност в близост до реката има леко извит вид. Знаците за хидроизопиезис са много по-високи от маркировките за нивото на водата в реката и я пресичат.
Други въпроси също могат да бъдат решени с помощта на картата на хидроизопиезата:
1) определяне на посоката на движение на подземните води в дадена област, изчисляване на наклона на пиезометричната повърхност;
2) разберете дълбочината на водата или маркировката на нивото на водата във всяка дадена точка; определяне за всяка точка на височината на водното налягане над покрива на водоносния хоризонт;
3) идентифицирайте области, където маркировките на пиезометричното ниво надвишават маркировките на земната повърхност и е възможно самооттичане;
4) определя зоните на захранване, налягане и изпускане на хоризонта на напорната вода.
Хидрогеоложки разрези - форма на графична обработка и обобщаване на информация, разрези характеризират хидрогеоложките условия на територията във вертикална равнина.
Хидрогеоложките разрези характеризират условията на възникване и задържане на подземните води в различни скали, връзката им с повърхностните води и положението на нивото на подземните води.
За да създадете раздел, трябва:
- геоложки и геоморфоложки профили в избраното направление;
- геоложки и литоложки колони от кладенци, ями и други изработки, разположени на линията на участъка или в близост до него;
- резултатинаблюдения на нивото на подземните води в сондажи, кладенци и други изработки, резултатите от наблюдения на хидрометрични постове;
- специализирани изследвания в кладенци и др.