Построение и анализ карт гидроизобат и гидроизогипс

1. Построение и анализ карт гидроизобат и гидроизогипс

 

Задан участок  местности квадратной формы в  плане с размерами сторон  2000×2000 м. На участке заложено 25 скважин, определены отметки устьев скважины (отметки  поверхности земли в месте  закладки скважин) и замерены установившиеся глубины воды в скважинах от поверхности  воды. Все скважины образуют сеть квадратов  со стороной каждого квадрата 500м. Скважины расположены по следующей схеме:

 

Рисунок 1.1  Схема расположения скважин

Используя значения глубин воды, на плане местности  в горизонталях наносят гидроизобаты (линии равных глубин) по той же методике, как и при построении горизонталей, получают карту гидроизобат. Для построения карты гидроизогипс глубины залегания грунтовых вод пересчитывают на абсолютные отметки по выражению:

                                         Н_гв=Н-h_гв                                                                       (1.1)

 

где   Н_гв – абсолютная отметка уровня грунтовых вод, м;

 Н – абсолютная отметка  земли, м;

 h_гв – среднестатистическая глубина залегания грунтовых вод, м.

Карта гидроизогипс строится аналогично построению карт гидроизобат, используя для этих целей отметки поверхности земли и отметки залегания грунтовых вод.

На карте  гидроизогипс следует показать направление движения воды по всему участку. Для этих целей наносят линии потоков воды, которые представляют собой кривые линии, перпендикулярные к каждой пересекаемой ими гидроизогипсе. Движение воды будет происходить от точек пересечения линиями потоков гидроизогипс с более высокими отметками к точкам их пересечения с более низкими отметками.

 

      Таблица 1.1  Результаты замеров грунтовой воды в скважинах

№ скважины	Абсолютная отметка поверхности  земли, м	Глубина залегания воды от поверхности  земли, м	Абсолютная отметка уровня грунтовых  вод, м
1	521,1	11,4	509,7
2	519,0	9,0	510,0
3	511,0	0,0	511,0
4	520,0	7,0	513,0
5	521,6	7,6	514,0
6	523,6	13,1	510,5
7	521,5	9,1	512,4
8	519,0	4,8	514,2
9	515,0	0,0	515,0
10	519,0	1,7	517,3
11	523,7	11,7	512,0
12	520,5	6,5	514,0
13	517,0	0,7	516,3
14	519,6	0,5	519,1
15	518,2	0,0	518,2
16	523,8	9,8	514,0
17	520,5	3,5	517,0
18	519,8	0,2	519,6
19	521,8	0,5	521,3
20	523,0	1,5	521,5
21	524,8	8,8	516,0
22	523,0	3,5	519,5
23	523,2	1,0	522,2
24	524,0	0,7	523,3
25	525,0	1,2	523,8

 

1.2 Определение скорости движения грунтовых вод в трех характерных точках

 

Скорость движения потока будет  больше, чем будет меньше расстояние между гидроизогипсами и чем больше расстояние между ними, тем скорость движения потока будет меньше.

Выбираем  на карте гидроизогипс три участка: участок АА1 – наибольшее расстояние между гидроизогипсами, участок ВВ1 – среднее расстояние, участок СС1 – наименьшее расстояние.

Для определения  гидравлического градиента для  трех характерных точек, воспользуемся  формулой:

 

                                                                                               (1.2)

 

где   J - гидравлический градиент;

H₁ – отметка более высокойгидроизогипсы, м;

H₂ – отметка более низкой гидроизогипсы, м;

L – расстояние  между гидроизогипсами по перпендикулярному к ним направлению, м.

Для определения  скорости движения грунтовых вод  в выбранных мною характерных  точках воспользуемся формулой:

 

                                                 V = k_f. J,                  (1.3)  

где   V – скорость движения потока, м/сут;

k_f– коэффициент фильтрации слагающей водоносный горизонт породы, м/сут.

Числовое  значение коэффициента фильтрации (k_f) равно м/сут, так как водоносный горизонт представлен крупнозернистым песком, таблица А.2[1].

Определим значение градиента и скорости движения грунтовых  вод в трех характерных точках.

Участок А-А1.

Учитывая, что  расстояние между гидроизогипсами равно 68,7 м (измерено по карте), H₁=518 м, H₂=517 м, по формуле (1.2) найдем гидравлический градиент:

J_A-A1 = (518-517)/68,7=0,0145

Скорость  движения грунтовых вод на данном участке по формуле (1.3) равна:

V_A-A1 =3*0,0145=0,0435 м/сут

Участок В-В1.

Расстояние между гидроизогипсами равно 14,57 м, H₁=523 м, H₂=522 м. По формуле (1.2) найдем гидравлический градиент:

J_B-B1 = (523-522)/14,57 =0,069

Скорость  движения грунтовых вод на данном участке по формуле (1.3) равна:

V_B-B1 =3*0,069=0,207 м/сут

Участок С-С1.

Расстояние между гидроизогипсами равно 10,83 м, H₁=517 м, H₂=516 м. По формуле (1.2) найдем гидравлический градиент:

J_C-C1 = (517-516)/10,83 =0,09

Скорость  движения грунтовых вод на данном участке по формуле (1.3) равна:

V_C-C1 =3*0,09=0,27 м/сут

Как видно  из полученных значений, выказанное ранее  предположение подтверждается: чем  меньше расстояние между гидроизогипсами, тем больше гидравлический градиент и скорость движения грунтовых вод.

 

1.3 Оценка связи между грунтовыми и поверхностными водами

 

На карте  гидроизогипс следует показать направление движения воды по всему участку. Для этих целей наносим линии потоков воды, которые представляют собой кривые линии, перпендикулярные к каждой пересекаемой ими гидроизогипсе. Движение воды будет происходить от точек пересечения линиями потоков гидроизогипс с более высокими отметками к точкам их пересечения с более низкими отметками. Если направление движения подземного потока параллельно направлению течения реки, то в этом случае гидравлической связи между грунтовыми и поверхностными водами не существует. В случае радиально-сходящегося потока грунтовые воды питают поверхностные. При радиально-расходящемся потоке грунтовые воды питаются за счет поверхностных вод.

Проанализировав карту гидроизогипс, в данном случае мы имеем:  радиально-расходящийся вид потока, следовательно, грунтовые воды питаются за счет поверхностных.

 

1.4 Установление территории, требующей  мелиоративных мероприятий

 

Грунтовые воды играют весьма значительную роль в  процессах почвообразования. Если воды пресные, то при глубине их залегания 1-3 м они служат одним из полезных источников увлажнения почвы. При глубине  залегания уровня менее 1-1,2 м грунтовые  воды могут вызывать переувлажнение почв, нарушающее водный, воздушный  и питательный режимы почв, что  приводит к снижению урожайности  сельскохозяйственных культур. В таких  случаях с целью обеспечения  оптимальных условий развития растений и формирования урожая производят понижение  уровня грунтовых вод путем применения специальных инженерных установок (дренирование почв). Величина понижения  уровня грунтовых вод определяется так называемой нормой осушения.

Норма осушения – это расстояние от поверхности  земли до уровня грунтовых вод, при  котором создаются оптимальные  условия для развития растений и формирования урожая. Она зависит от вида сельскохозяйственных культур и фазы ее развития.

Средняя норма  осушения для полевых, кормовых, овощных  культур и пастбищ составляет 90-110 см, для сенокосов – 60-80 см.

Для выделения  зоны временного переувлажнения на карте  гидроизобат найдем гидроизобату, равную норме осушения. Участок территории ограниченный этой гидроизобатой, и будет представлять собой зону постоянного переувлажнения.

Для выделения  зоны временного переувлажнения найдем на карте гидроизобату при самом высоком уровне грунтовых вод в период произрастания растений. Она и будет внешней границей зоны, требующей мелиоративных мероприятий. Эта граница в плане будет совпадать с изобатой, показывающей глубину при наинизшем уровне грунтовых вод, равную

 

                                                  h_гв=h_п-h_о                                                                         (1.4)

 

где h_гв – глубина залегания грунтовых вод при наинизшем их уровне, соответствующая внешней границе зоны временного переувлажнения почвы в осенне-весенний период, м;

h_п – высота подъема грунтовых вод в осенне-весенний периоды над наинизшем его положением, м;

h_о – норма осушения, м.

h_гв=13-1=12 м

В нашем случае норма осушения равна 1,0 м, следовательно, территории на юго-востоке, юго-западе (в районе реки) требуют мелиоративных мероприятий.

 

1.5 Оценка пригодности  подземных вод для хозяйственно-питьевоговодоснабжения, водопоя скота и орошения сельхозкультур

 

Качество  подземных вод используемых для  хозяйственного водоснабжения оценивается  по органолептическим показателям, химическому составу и бактериальному загрязнению. Питьевая вода должна быть прозрачна, бесцветна, без запаха, быть приятной на вкус.

Химический  состав подземных вод на изучаемом  участке в данном курсовом  проекте  приведен в таблице 1.2 (с результатами пересчета в мг экв/л).

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.2  Результаты химических анализов воды

Cухой остаток мг/л	Cl-	SO2-4	HCO3-	Na+	Ca2+	Mg2+	pH	Свободная СО2 мг/л	Карбонатная жесткость, мг-экв/л	Общая жесткость,мг-экв/л
406	32	183	69	22	37	38	6,8	8,0	1,2	3,4
К-т пересчёта мг/л в мгэ*кв/л	0,028	0,021	0,016	0,044	0,05	0,082	-	0,0454	-	-
Пересчи-танные значения	0,896	3,843	1,104	0,968	1,85	3,166	6,8	0,3632	1,2	3,4

 

Проведем  оценку качества по следующим показателям:

По  массовой концентрации сухого остатка.

В зависимости  от массовой концентрации сухого остатка  вода может быть сверхпресной, пресной, слабосолоноватой, сильносолоноватой, соленой и рассолом.

Вода является пресной, т.к. массовая концентрация сухого остатка > 200 мг/л, но < 1000 мг/л, таблица 5 [2].

По  жесткости.

Согласно  данной классификации воды могут  быть очень мягкие, мягкие, умеренно жесткие, жесткие и очень жесткие. Подземная вода является умеренно жесткой, т.к. общая жесткость воды на изучаемом участке местности составляет 3,4 мг·экв/л и находится в пределах от 3,0 – 6,0 мг·экв/л, таблица 6 [2].

По  водородному показателю.

По этому  показателю воды делятся на кислые, нейтральные, щелочные и высокощелочные. Вода является кислой, т.к. pH=6,8<7,таблица 7[2].

По  результатам химического анализа.

Определяем  степень пригодности грунтовой  воды для хозяйственно-питьевого  водоснабжения:

1. по водородному показателю вода является пригодной, т.к. 6<pH =6,8<9, таблица 8[2].
2. общая минерализация. Вода является пригодной, т.к. общая минерализация грунтовой воды на изучаемом участке местности составляет 406 мг/л, что < 1000 мг/л, таблица 8[2].
3. общая жесткость. По общей жесткости вода является пригодной, т.к. она составляет 3,4 мг·экв/л, таблица 8[2].
4. сульфаты. По содержанию сульфатов вода является пригодной, т.к. SO^2-₄=183 мг/л<500 мг/л, таблица 8[2].
5. хлориды. По содержанию хлоридов вода является пригодной, т.к.Cl^- =32 мг/л<350 мг/л, таблица 8[2].

Подземная вода на данном изучаемом  участке местности является пригодной  для хозяйственно-питьевого водоснабжения, т.к. все показатели не превышают  предельно допустимые значения.

Определяем пригодность  воды для водопоя скота:

1. крупный рогатый скот
1. взрослые животные. Вода является пригодной, т.к. все показатели не превышают предельно допустимых концентраций (С=406 мг/л <2400 мг/л; Cl^- =32 мг/л<600мг/л; SO^2-₄=183 мг/л<800мг/л;  общая жесткость 3,4 мг·экв/л<18мг·экв/л).
2. телята и ремонтный молодняк. Вода является пригодной, т.к. все показатели не превышают предельно допустимых концентраций (С=406 мг/л <1800 мг/л; Cl^- =32 мг/л<400мг/л; SO^2-₄=183 мг/л<600мг/л;  общая жесткость 3,4 мг·экв/л<14мг·экв/л).