Индикаторные методы определения направления и скорости движения подземных вод

Индикаторные методы определения направления и скорости движения подземных вод. Одним из важнейших показателей миграции подземных вод является действительная скорость из движения или фильтрации Vд, которая связана со скоростью фильтрации V соотношением Vд Vna, 6 где na-активная в фильтрационном отношении пористость породы, равная разности между полной плотностью no и объемным содержанием связной породы nс и защемленного воздуха nз, т.е. na no- nс- nз. при решении задач следует учитывать, что действительная скорость фильтрации, определяющая конвективный перенос вещества и тепла с фильтрационным потоком, может изменяться за счет сорбции солей и растворов, выщелачивания, фильтрация микроорганизмов и других факторов.

При наличии карт гидроизогипс и данных о коэффициенте фильтрации пористости водоносных пород действительная скорость Vд может быть определена по значению скорости фильтрации с учетом6. Однако более надежным представляется определение действительной скорости движения подземных вод с помощью специальных полезных опытов, среди которых наиболее практическое применение получили индикаторные методы, основанные на введении в испытуемый горизонт через пусковые скважины каких-либо индикаторов и определении скорости их передвижения в условиях подземного потока по времени появления индикаторов в наблюдательных скважинах.

В качестве наиболее часто практикующих индикаторов используются вещества флюоресцеин, уранин, эритрозин и др электролиты, радиоактивные индикаторы.

Перед проведением опыта участок работ необходимо хорошо изучить в геолого-гидрогеологическом отношении. В пусковых и наблюдательных скважинах с помощью геофизических исследований раскодометрии, лабораторных работ и поинтервального опробования должны быть выделены соответствующим образом изучены и при необходимости изолированы пласты, горизонты или интервалы, подлежащие исследованию.

Наблюдательные скважины для прослеживания передвижения индикаторов закладываются ниже по потоку на расстоянии от 0,5 до 2 м в суглинистых и супесчаных породах, от 2 до 8ь в песчаных зернистых породах, от 3 до 15 в гравийно галечных породах, от 15 до 30 в закарстованных породах. Количество наблюдательных скважин односкважинные методы если для таких определений используются данные наблюдений за изменением концентрации индикатора во времени или за его распространением непосредственно в пусковой скважинефотографирование конусов распространения красителей.

Появление индикатора в наблюдательных скважинах устанавливается химически, электролитическим и колориметрическим способами, при этом первые два дают наиболее надежные результаты. При химическом способе появления индикатор устанавливается по изменению его концентрации в периодически отбираемых из наблюдательных скважин конусах воды. Для более точного и обоснованного установления момента появления индикатора в наблюдательной скважине результаты определения изображаются в виде графика изменения концентрации индикаторов во времени СFt время прохождения индикатора от пусковой скважины tмакс исчисляется с момента его запуска в пусковую скважину до момента максимальной концентрации индикатора в наблюдательной скважине. рис.4 Изменение концентрации индикатора С в наблюдаемой скважине во времени t 1-точка появления индикатора в наблюдательной скважине, 2-точка максимальной концентрации индикатора.

Действительная скорость движения подземных вод Vд определяется как частное от деления пройденного индикатором расстояния L на время VдL tмакс 7 Радиоиндикаторные методы.

В последние годы все более широкое применение для определения направления в скорости движения подземных вод, а также для решения многих других практических задач приобретают радиоиндикаторные методы. В качестве индикаторов для мечения воды используются различные радиоизотопы.

Контрольным перемещением изотопов ведется по замерам интенсивности излучения их концентрации. Возможность использования радиоактивных индикаторов низких концентрацией, их сравнительно незначительная сорбционная способность и высокая точность определений предопределяют большие перспективы применения радиоиндикаторных методов для решения гидрогеологических задач и, в частности, для определения направления и скорости движения подземных вод. Наибольшее применение в качестве индикаторов находят различные соединения.

Радиоиндикаторные методы применяются в различных вариантах и модификациях. Суть односкважинного радиоиндикаторного метода заключается в проведении наблюдений за изменением во времени концентрации введенного в скважину радиоактивного индикатора. Изменения концентрации индикатора во времени и эпюры распределения его активности, получаемые с помощью зонда, опускаемого в скважину, являются основанием для определения расхода, скорости и направления движения потока подземных вод. Особенно эффективным является этот метод при импульсном поведении радиоиндикаторов. Измеряя в разменые моменты времени силу тока в цепи, можно определить электропроводимость воды в наблюдательной скважине и тем самым установить момент появления в ней соли. Колометрический метод заключается в определении времени прохождения раствора краски между пусковой и наблюдательной скважинами.

Чаще всего принимают следующие красящие вещества, причм количество их зависит от длины пути движения подземных вод между пусковой и наблюдательной скважинами. Красящее веществоКоличество в гаммах сухой навески на каждые 5м пути для горных породрыхлыхТрещиновых и закарстованныхФлюресцин1-51-10Флюорантро н1-51-10Эозин5-11-10Эринтрозин5-155-20Кр асное бонго10-3010-40Метиленовая синька10-3010-40Анилиновая голубая10-3010-40Понсо красная 2К5-155-20таб.1 Указанные красящие вещества в виде раствора в щелочи или в слабой кислоте 2-4см3 на 1г. вещества запускаются в пусковую скважину так же, как и при химическом методе. Взятие пробы воды из наблюдательной скважины производится так же как и при химическом методе.

Перед взятием пробы вода должна быть перемешана.

Первая проба бертся до запуска красящего вещества. Наличие красящего вещества в пробе воды и степень концетрации его устанавливается при помощи специального прибора флюроскопа, в котором находится 10 стеклянных трубок, наполненных стандартными растворами, концентрация которых колеблется от 0 до 5 . Принимается за 100 окраска, полученная в результате растворения 0,1кг красящего вещества в 1 л воды. При этом производится сравнение окраски пробы воды со стандартами флюроскопа.

Если вода пробы содержат взвешанные частицы, пробу необходимо профильтровать. Документация и обработка материалов. Все наблюдаеме во время опыта величины следует фиксировать в специальном журнале определение скорости, в котором должны быть приведены следующие сведения 1 абсолютные отметки кровли и подошвы водоносного горизонта и поверхности земли 2 абсолютные отметки верха трубы забоя, уровня воды, глубины скважины 3 разрез по главному створу с показанием состава пород, зеркала воды и конструкции скважины 4 план расположения скважины с показанием расстояния между ними 5 данные непосредственных ответов концентрации раствора если применяется химический метод или силы тока если применяется электролитический метод и время, соответствующее этим отсчтам.

Обработка материалов заключается в построении кривой концентрации, показанной на рис.7 рис.5 На вертикальной оси откладывается в зависимости от применяемого метода либо концентрации раствора в миллилитрах на литр или израсходованного AgNO3, либо значения силы тока в амперах или сопротивления в Омах, либо данные, характеризующие степень окраски воды, ,выраженные в процентах.

На горизонтальной оси откладывается время в часах. Скорость рассчитывается по формуле, в которой величина t определяется из графика рис.5. Поскольку появление раствора в наблюдательной скважине происходит постепенно и нарастание концентрации занимает некоторый период времени, иногда представляется затруднительным выбор той точки на кривой в пределах от N1 до N2, до которой надлежит отсчитывать значение времени t. При этом N1 соответствует появлению индикатора в скважине, а N2- моменту наибольшей концентрации.

При этом руководствуются следующими собраниями. Если скорость движения подземных вод определяется для целей составления проекта водоснабжения, следует брать время t, соответствующее точке N2 это определяет наименьшее значение скорости.

Если скорость движения подземных вод определяется для установления водопротока в горные выработки или под гидросооружениями, следует брать время t, соответствующее точке N1, это определит наибольшее значение скорости. В ряде случаев применяют в место индикаторов радиоактивные изотопы некоторых элементов геофизические методы. Для изучения движения подземных вод наряду с индикаторными методами широко применяются полевые и скважинные геофизические методы.

К подовым следует отнести методы электропрофилирования, вертикального электрического, кругового и частотных зондирований, естественного электрического поля, с помощью этих методов иногда удатся установить направление движения потока, обнаружить скрытые под наносами родники и места утечек поверхностных вод из русел рек, озр и водохранилищ. Другую группу составляют скважинные способы исследования резистивиметрия и термометрия, метод заряженного тела и др. Они применяются для определения мест притоков подземных вод в скважину и выделения зоны активного водообмена, определения направления и действительной скорости движения подземных вод по группам и одиночным скважинам.

Наиболее высокая эффективность достигается при комплексном использовании полевых и скважинных методов.