Файл: Климентов П.П. Динамика подземных вод учеб. для геологоразведоч. техникумов.pdf

Таким образом, рассмотрение основных принципов схематизации и учета природных гидрогеологических условий показывает, что несмотря на большое разнообразие и сложность, они почти всегда могут быть определенным образом систематизированы и представ­ лены в виде типовых расчетных схем, обеспечивающих применение сравнительно простых методов гидрогеологических расчетов.

Основные типовые расчетные гидрогеологические схемы, к ко­ торым приводятся в результате схематизации и типизации природ­ ные гидрогеологические условия и которые являются основой для количественной оценки фильтрации, приведены на рис. 42.

Расчеты на основе этих схем выполняются по соответствующим формулам установившейся или неустановившейся фильтрации. Ха­ рактер фильтрации устанавливается в зависимости от конкретных гидрогеологических условий с учетом особенностей работы проек­ тируемых инженерных сооружений. Нередко в целях контроля и обеспечения надежности гидрогеологических прогнозов расчеты выполняются по формулам как установившейся, так и неустановив­ шейся фильтрации (если вопрос о характере фильтрации не решает­ ся однозначно). При расчетах по формулам неустановившейся фильтрации помимо граничных условий, находящих отражение в

расчетной схеме, учитываются начальные условия, в качестве кото­ рых принимается распределение напора подземных вод в области фильтрации до начала работы проектируемых инженерных соору­ жений.

Из особенностей инженерных сооружений, которые учитываются в гидрогеологических расчетах, можно назвать схему их размеще­ ния в плане и относительно всех ближайших границ потока, ре­ жим и особенности их работы, степень их гидравлического несовер­ шенства и другие показатели (см. подробно в гл. VII—X, XII, XIII).

ОБЩАЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ТИПОВ АРТЕЗИАНСКИХ И ГРУНТОВЫХ ПОТОКОВ ПОДЗЕМНЫХ в о д

Подземные потоки имеют чрезвычайно широкое распро­ странение в самых разнообразных природных условиях, образуя месторождения подземных вод в различных геоструктурных эле­ ментах земной коры. Наиболее широкое распространение и большое практическое значение имеют следующие типы месторождений под­ земных вод, различающиеся по геоструктурным и гидродинамичес­ ким особенностям [24, 28, 30, 67, 88, 89]:

1) подземные воды артезианских бассейнов платформенного типа;

2) подземные воды артезианских бассейнов горноскладчатых областей;

3)подземные воды аллювиальных отложений речных долин;

4)подземные воды пролювиальных и аллювиальных отложений конусов выноса и предгорных равнин;

5)подземные воды ледниковых отложений;

6) подземные воды массивов трещиноватых и закарстованных пород;

7) подземные воды зон тектонических нарушений.

Подземные воды артезианских бассейнов платформенного типа. Артезианские бассейны платформенного типа имеют значительную площадь распространения (до сотен тысяч квадратных километров) и являются мощными резервуарами подземных вод. Крупными ар­ тезианскими бассейнами в СССР являются Западно-Сибирский, Подмосковный, Днепровско-Донецкий и др.

Характерными особенностями артезианских бассейнов являют­ ся: широкое региональное распространение зтажно расположенных напорных водоносных горизонтов, разделенных толщами слабопро­ ницаемых отложений; значительная мощность водоносных гори­ зонтов и большая глубина их залегания (мощность — десятки мет­ ров, глубина залегания -— сотни и даже тысячи метров) ; большие величины напоров над водоупорной кровлей (десятки и сотни мет­ ров) и их увеличение от краевых частей к центру; распространение в нижних горизонтах вод высокой минерализации; развитие упру­ говодонапорного режима фильтрации при эксплуатации подземных вод.

На динамику подземных вод артезианских бассейнов большое влияние оказывают не только их питание и разгрузка в области выхода водоносных отложений на поверхность (в краевых частях), но и процессы перетекания воды через слабопроницаемые, разде­ ляющие водоносные горизонты отложения и так называемые «фа­ циальные окна», а также дренирующая роль крупных водотоков и водоемов. В связи с этим при схематизации гидрогеологических ус­ ловий для целей расчетов могут рассматриваться схемы напорных потоков как при отсутствии перетекания (изолированные водонос­ ные пласты), так и с учетом перетекания через слабопроницаемые породы кровли и подошвы водоносных горизонтов.

В зависимости от расположения водозаборных и других инже­ нерных сооружений по отношению к границам артезианских бассей­ нов наибольшее распространение имеют схемы неограниченного и полуограниченного пластов. Схема неограниченного пласта отвеча­ ет условиям расположения инженерных сооружений примерно в центральных частях артезианских бассейнов при отсутствии влия­ ния дренирующих и питающих водотоков и границ выклинивания пласта. Схема полуограниченного пласта отвечает расположению инженерных сооружений на сравнительно небольшом удалении от границ артезианского бассейна (проницаемых или непроницаемых), контуров выклинивания или фациального замещения водоносного пласта или вблизи крупных дренирующих поверхностных водото­ ков (границы постоянного напора).

Подземные воды артезианских бассейнов горноскладчатых об­ ластей. В горноскладчатых областях имеют распространение раз­ личные типы обычно некрупных по площади артезианских бассей­ нов, находящихся в синклинальных складках, мульдах, межгорных депрессиях и других геоструктурных элементах. Из них наиболее характерны артезианские бассейны межгорных долин и артезиан­ ские бассейны мелких складчатых структур. Н. И. Плотников [88], давая классификацию месторождений подземных вод геосинклинальных областей для целей водоснабжения, выделяет открытые бассейны, гидравлически связанные с окружающими водовмещаю­ щими геологическими структурами и имеющие хорошие условия водообмена с поверхностью, и замкнутые, почти изолированные бас­ сейны, имеющие затрудненный сток и условия питания.

Артезианские бассейны межгорных долин (например, Ферган­ ский, Ташкентский, Алазанский, Араратский и др.) относятся к открытым бассейнам (рис. 43). Для них характерно: наличие четко выраженных областей питания и разгрузки, интенсивный водообмен и хорошая промытость, расположение областей питания на значи­ тельных отметках и большие величины избыточных напоров (как правило, выше поверхности земли), движение подземных вод от горных обрамлений к центру бассейна и от нижних горизонтов к верхним (в связи с чем отмечается обращенная гидрогеохимическая зональность и даже заболачивание поверхности).

Артезианские бассейны мелких складчатых структур (например, в Центральном Казахстане, в Кызылкумах, на Урале и в других

районах) относятся к закрытым бассейнам (рис. 44). Для них ха рактерно отсутствие интенсивного водообмена и тесной гидравли ческой связи с сопряженными горными структурами и с поверхно

Рис. 43. Схема открытого артезианского бас­ сейна межгорной котловины (стрелками пока­ зано поступление и движение воды):

6 — фонтанирующая скважина

стью, слабая расчлененность поверхности гидрографической сетью, незначительные величины напоров, напорных градиентов, скоростей и расходов потока в естественных условиях, повышенная минерали­

(бассейна) соизмеримы, используется схема «пласт-круг». В слу­ чае значительного превышения длины бассейна над шириной об­ ласть фильтрации приводится к схеме «пласт-полоса». При наличии дренирующих водотоков и других видов границ возможно исполь­ зование других расчетных схем ограниченных потоков. В закрытых бассейнах границы схематизируются, как непроницаемые, в откры­ тых— как проницаемые с соответствующими граничными условия­ ми.

Подземные воды аллювиальных отложений речных долин. Под­ земные воды этого типа имеют чрезвычайно широкое распростране­ ние и являются одним из основных источников водоснабжения.

Водовмещающими породами для них служат рыхлообломочные песчаные, песчано-гравелистые и гравийно-галечниковые отложения, нередко перекрытые глинами и суглинками. Часто характерно двух­ слойное строение водоносной толщи с хорошо проницаемым нижним пластом. Области распространения потоков в долинах рек харак­ теризуются большой длиной и незначительной шириной. Потоки подземных вод речных долин, как правило, имеют безнапорный ха­ рактер, неглубокое залегание зеркала (максимум до 10—20 м) и незначительную мощность (обычно до 20—25 м, но в переуглубленных древних долинах иногда до сотен метров). Для них характер­ на изменчивость режима и его тесная связь с режимом поверхност­ ных водотоков и климатическими условиями. На отдельных площа­ дях связь подземных вод с речными может быть затрудненной вследствие заиленности русла. В узких речных долинах (в горных областях) подземные потоки имеют значительные уклоны и про­ дольное направление движения. В широких долинах рек (в равнин­ ных областях) потоки подземных вод направлены под некоторым углом и отличаются малыми гидравлическими уклонами.

Важным обстоятельством при количественной оценке условий фильтрации в речных долинах является определение степени актив­ ности гидравлической связи подземных вод с поверхностными.

При наличии постоянной гидравлической связи речных и под­ земных вод гидрогеологические условия речных долин схематизи­ руются и обычно приводятся к схеме пласта-полосы с прямолиней­ ными границами. В качестве одной из границ принимается река, как контур постоянного или переменного напора, в качестве другой — граница причленения аллювиальных отложений к дочетвертичным породам речной долины. Граничное условие на второй границе за­ висит от ее характера (см. рис. 34, 35, 41, 45). Если дочетвертичные породы обладают слабой по сравнению с аллювием водопроводи­ мостью, то граница считается непроницаемой с выполнением гра­ ничного условия второго рода Q= const = 0 (при необходимости ве­ личина расхода учитывается). Если же водопроводимость дочетвертичных отложений близка к водопроводимости аллювия, то граница причленения аллювиальных отложений к коренным может вообще не учитываться как граница потока и он будет рассматриваться как полуограниченный. Такая же схема соответствует и условиям фильтрации в широких речных долинах вследствие значительной удаленности бортов долины от речного русла. При водопроводимо­ сти дочетвертичных отложений, значительно превышающей водо­ проводимость аллювия (например, борта сложены сильно трещи­ новатыми и закарстованными известняками), граница их сочлене­ ния может быть схематизирована как контур постоянного напора (Я = const). Аналогичное граничное условие может быть принято для участков сочленения аллювиальных и дочетвертичных пород, если имеется староречье, болото или озеро.