Файл: Шарапанов, Н. Н. Методика геофизических исследований при гидрогеологических съемках с целью мелиорации земель.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.10.2024

Просмотров: 108

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

должны быть получены с вероятностью не менее 0,6. Эта вероят­ ность может быть обеспечена при 8—9-кратной повторности опро­ бования пласта путем опытных откачек.

Прп использовании геофизических методов исследований кратность опробования пласта должна составить 30—50 раз.

2. При двухслойном строении пласта, первый и второй слой которого характеризуются соответственно коэффициентами филь­

трации кф_в

и /Сф.н, и нижний слой вовлекается в зону активного

водообмена,

при кф. в/кф. „ > 1 фильтрационные свойства обоих

слоев изучаются с вероятностью не менее 0,6, что может быть обеспечено при помощи восьми-девяти опытных откачек. При использовании геофизических методов исследований кратность опробования пласта 30—50 раз.

При кф. в/кф. „ < 0,1 фильтрационные свойства подстила­ ющего слоя определяются с точностью не менее 0,6, а покровных отложений с точностью 0,4—0,5. В этом случае опробование ниж­ него слоя проводится с указанной выше детальностью, а верхнего слоя — с 2—3-кратной повторностью путем опытных откачек или с 20—30-кратной повторностью при использовании геофизи­ ческих методов исследований.

Еслп подстилающий слой не оказывается в зоне активного водообмена, то точность определения фильтрационных свойств

первого и

второго слоев должна составлять соответственно 0,7

и 0,4—0,5,

что может быть обеспечено указанной выше повтор­

ностью опробования пород.

3. При многослойном строении пласта, схематизируемом в двух­ слойный или более сложный, требования к изучению фильтра­ ционных свойств первых двух от поверхности слоев изложены в пунктах 1 и 2. Нижележащие слои пород изучаются с точностью 0,3—0,4, для чего достаточно иметь одно-два опробования каж­ дого литолого-генетического комплекса отложений.

Если водоносный пласт представлен песчаными отложениями практически с поверхности, что характерно для заболоченных районов, то в этом случае достаточно иметь информацию о его коэффициенте фильтрации, полученную при помощи трех-четырех откачек для каждого геолого-генетического комплекса отложений,

Т а б л и ц а 6

Изменение величины п в зависимости от уровня вероятности Р и неоднородности пород Ь/а

Ь/а

р

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0.9

4(75)

7(90)

12 (95)

18

(103)

26(112)

35(123)

46(135)

58 (150)

72 (165)

0,95

6(100)

10 (107)

16(113)

25

(122)

36(133)

49 (146)

64(161)

81(177) 100(196)

 

П р и м е ч а н и е .

Цифры

без скобок обозначают кратность

опробования пла­

ста при помощи опытных откачек, в скобках—электрозондирования.

40


даже если точность определения проницаемости пород не меньше 0,6.

Таким образом, для обоснования горизонтального дренажа непосредственно для изучения проницаемости пород применение геофизических методов исследований целесообразно только в тех случаях, когда исследуемый водоносный горизонт представлен супесчано-суглинистыми отложениями и находится в зоне активного водообмена. В противном случае достаточно получить представле­ ние о проницаемости пород при помощи трех-четырех опытных откачек.

При планировании опытно-фильтрационных исследований для обоснования вертикального дренажа следует исходить из указанного выше условия, допускающего возможную погрешность определения прогнозного уровня грунтовых вод до 25%.

В табл. 6 приведены результаты расчетов по определению необходимой кратности п опробования каждого комплекса пород в зависимости от их неоднородности, выполненные при указанном условии (точность вычисления среднего значения искомого пара­ метра не менее 80%). Поскольку песчаные отложения характери­ зуются, как правило, большой однородностью (а/b ~ 0,1 -f- 0,3), для их опробования достаточно предусмотреть четыре — шесть откачек.

Гравийно-галечниковые отложения с различными заполните­ лями неоднороднее песчаных и поэтому для их изучения необхо­ димо предусмотреть большие объемы работ. Однако чем большей проницаемостью характеризуются отложения, тем, по-видимому, менее жесткие требования можно предъявлять к их изучению. Исходя из этого, гравийно-галечниковые отложения, по нашему мнению, можно опробовать всего лишь в 4—5-кратной повтор­ ности, что будет соответствовать 70—80%-ному уровню вероят­

ности при коэффициенте вариации 0,4

0,5.

Таким образом, в настоящее время применение геофизических методов исследований только лишь для определения фильтра­ ционных свойств водонасыщенных пород нерационально. Поэтому там, где возможно выделение отдельных геолого-генетпческпх комплексов пород в пространстве только при помощи ВЭЗ, нет необходимости осуществлять электрозондирование также мето­ дом ВЭЗ ВП.

Приведенная методика обоснования минимальных объемов опытно-фильтрационных или заменяющих их работ, выполняемых в процессе гидрогеологических и инженерно-геологических съемок масштаба 1 : 50 000 по существу соответствует современ­ ному уровню использования гидрогеологической информации при проектировании мелиоративных систем.

По-видимому, в дальнейшем расчет мелиоративных систем будет осуществляться из условия оптимизации роста продуктив­ ности сельскохозяйственных культур за счет мелиорации и пока­ зателей изменения ежегодных затрат и капитальных вложений.

.41


В этом случае, если режим грунтовых вод рассматривать как слу­ чайную функцию, отражающую неоднородность проницаемости пород водоносного пласта, то в первом приближении проектирова­ ние может быть выполнено следующим образом.

Предположим, что точки опробования исследуемого геологи­ ческого тела распределены внутри него равномерно и при этом каждая точка характеризует проницаемость пород в определенном объеме изучаемого тела (примерно равном отношению объема всего изучаемого геологического тела к числу точек его опробования). Тогда, если построить кривую распределения величин проница­ емости пород, то окажется, что в зависимости от принятой для расчетов величины проницаемости на какой-то части площади будут обеспечены проектируемые мелиоративные условия, а на какой-то части они окажутся не выдержанными.

Так, например, если при проектировании дренажа взять в качестве расчетного значения коэффициент фильтраций, рав­ ный /сф. ср или &ф. ср — о, то окажется, что в первом случае на территории примерно в 50%, а во втором случае на территории в 16% будут наблюдаться отклонения от проектной мелиоратив­ ной обстановки. Таким образом, уменьшение обеспеченности расчетного коэффициента фильтрации, с одной стороны, приводит к уменьшению потерь урожая за счет снижения плодородия почв, а с другой — к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат, что может быть соответствующим образом учтено целевой функцией (И. Я. Бирман, 1968 год). Свойства этой функции таковы, что при увеличении ее за счет снижения обеспеченности коэффициента фильтрации капитальные затраты и ежегодные издержки уменьшаются, но ухудшается плодородие почв и, следо­ вательно, увеличиваются потери урожая; при уменьшении этой функции соответственно уменьшаются потери урожая, но увели­ чиваются капитальные и эксплуатационные затраты. По экстре­ муму этой функции можно определить оптимальные ирригационнохозяйственные условия рассматриваемой системы и хотя бы фор­ мально обосновать обеспеченность расчетного коэффициента фильтрации.

Выполненные Н. Н. Давыдченко Ц2] расчеты по определению оптимума целевой функции при логнормальном законе распре­

деления коэффициента фильтрации показали,

что при сле * =

= 0,2 ■¥ 1,0 он может быть найден с ошибкой

менее 5%, если

этот вывод сделан на основании выборки из логарифмов коэффи­ циентов фильтрации, плотность распределения которой предста­ влена не менее чем десятью классами.

Поскольку в соответствии с теорией математической статистики каждый класс должен включать в себя хотя бы четыре-пять членов выборки, то для расчетов дренажа указанным методом потребуется по крайней мере 40—50 определений коэффициента фильтрации в пределах распространения каждого выделенного при исследова­ ниях геолого-генетического комплекса отложений.

42


Из изложенного следует, что пересмотр методов обоснования мелиоративных систем может обусловить необходимость суще­ ственного увеличения объемов гидрогеологической информации, необходимой для проектирования, что потребует обязательного применения геофизических методов исследований при определении проницаемости пород,

ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЗМОЛШОИ НЕОДНОРОДНОСТИ ЗАСОЛЕННОСТИ ПОРОД ЗОНЫ АЭРАЦИИ. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЕЕ ИЗУЧЕНИЮ

Работами многих исследователей установлена значительная про­ странственная изменчивость засоленности пород зоны аэрации, которая обусловливает определенную случайность выводов о том или ином мелиоративном состоянии объекта исследований, по­ строенных на материалах дискретного опробования изучаемой толщи пород.

Засоленность пород, как и фильтрационная неоднородность, характеризуется микро- и макронеоднородностью. Причем непо­ средственной задачей определения засоленности пород является графическое выражение макронеоднородности пласта. В связи с этим при проведении гидрогеологических исследований в первую очередь необходимо различать микро- и макронеоднородность пласта по степени и характеру засоленности х.

Явление микронеоднородности засоленности пород проявляется достаточно широко и заключается в том, что даже на небольшом расстоянии могут наблюдаться определенные вариации в степени засоленности изучаемой толщи пород.

Из общих геологических и гидрогеологических данных следует, что в пределах одного и того же гидрогеолого-мелиоративного района варьируемость засоленности пород сохраняется постоянной как в целом районе, так и на отдельных его участках. Косвенным подтверждением этого положения являются данные о том, что неоднородность засоленности даже почвенных горизонтов как в целом, так и на отдельных участках остается постоянной. Исходя из этого, в первом приближении можно считать, что в пределах одного и того же гидрогеолого-мелиоративного района коэффи­ циент вариации не зависит от площади исследований.

Анализ фактического материала свидетельствует о том, что коэффициент вариации с увеличением степени засоленности пород, как правило, уменьшается. При плотном остатке менее 0,15— 0,2% коэффициент вариации изменяется в пределах 0,8—1,2. При увеличении плотного остатка до 1% коэффициент вариации уменьшается до 0,4—0,5. При плотном остатке более 1% коэффи­ циент вариации снижается до 0,15—0,4.

1 В данном разделе под неоднородностью мы будем понимать неоднород­ ность по типу и степени засоленности пород.

■43


Какой-либо закономерности в изменении коэффициента вари­ ации по глубине зоны аэрации обычно не наблюдается.

При гидрогеологических исследованиях для исключения вли­ яния микронеоднородности в каждой исследуемой точке массива пород необходимо проводить его многократное опробование. Такая методика и рекомендуется почвоведами (особенно при изучении влажности почв). Использование этой методики в гидрогеологи­ ческой практике приводит к необходимости опробования каждой исследуемой точки рассматриваемой области в 2—4, 5—6-кратной повторности [10] (а в отдельных горизонтах необходимая крат­ ность опробования может достигать 600 раз [33]. Поскольку нет оснований для предположений о том, что вариации засолен­ ности пород на небольших участках отдельных гидрогеолого­ мелиоративных районов окажутся больше, чем в целом по пло­

щади,

при

дискретном опробовании пород,

осуществляемом

в процессе гидрогеологических исследований, не

представляется

возможным

отделить микронеоднородность от

макронеоднород­

ности.

В связи с этим материалы, полученные в процессе дискрет­

ного опробования горных пород, не могут служить единственной основой для построения достоверных карт засоленности пород, обычно строящихся методом интерполяции точечных данных. При этом мы не отвергаем принципиальной возможности постро­ ения каких-либо карт по материалам дискретного опробования или анализа изучаемых полей отдельных признаков. При большом объеме информации такие построения возможны. При гидрогеоло­ гических же исследованиях у исследователя оказывается неболь­ шой объем информации.

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к точности исходных параметров, применяемых для гидрогеологических рас­ четов, в недренированных и слабодренированных областях в рай­ онах древнего (реликтового) засоления в процессе гидрогеологи­ ческих исследований должен быть изучен характер послойного распределения растворимых солей в зоне аэрации и изменение их химического состава по глубине и площади объекта исследова­ ний. С этой целью опробование пород проводят на всю мощ­ ность зоны аэрации при помощи скважин, расположенных по

профилю вкрест распространения основных генетических типов рельефа.

Данные по скважинам используют для выявления пространст­ венных закономерностей в изменении типов засоления пород и одновременно для корректировки эмпирических зависимостей между содержанием солей в породах на объекте исследований и их электрическими свойствами, т. е. зависимостями, необхо­ димыми для интерпретации данных геофизической съемки. Ориентировочное число скважин в пределах каждого типа рельефа составляет 3—4.

Характер послойного распределения растворимых солей в зоне аэрации в недренированных и слабодренированных областях

44