Карта гидроизогипс и рельефа местности

В процессе инженерно-геологических исследований составляют в зависимости от назначения и содержания различные гидрогеологические карты, позволяющие решать вопросы водоснабжения и орошения, притока воды в котлован, к водозабору, выполнять расчет дренажа, намечать мероприятия по борьбе с подтоплением территории, оползнями, карстовыми процессами и т. д.

Большое практическое значение имеет карта гидроизогипс, отражающая план свободной поверхности (зеркала) грунтовой воды в изолиниях равных отметок подобно горизонталям рельефа поверхности земли.

Грунтовые воды — это постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод, залегающие на первом от поверхности земли водоупоре (ложе). При высоком уровне залегания они затрудняют строительство и эксплуатацию сооружений, ухудшают санитарные условия на селитебных (заселяемых) территориях, вызывая их заболоченность, понижают несущую способность грунтов и т. д.

Форма зеркала грунтовой воды на карте гидроизогипс зависит от водопроницаемости пород, конфигурации берегов рек, к которым стекают подземные воды, мощности водоносного пласта и т. д.

Гидроизогипса — линия, соединяющая точки с одинаковыми (абсолютными или относительными) отметками зеркала грунтовой воды. Для построения карты замеряют глубины залегания поверхности воды в скважинах, шурфах, колодцах, расположенных в определенном порядке по площади распространения водоносного горизонта. Детальность карты зависит от густоты наблюдательной сети. Уровни грунтовых вод постоянно изменяются под влиянием природных факторов и деятельности человека. Поэтому карту составляют по результатам одновременных или близких по времени замеров.

Построение карты предлагается производить в следующем порядке.

1. Вычисляют абсолютные отметки уровня грунтовых вод (УГВ) по формуле

Н _в = Н _з – h,

где Н _в — абсолютная отметка УГВ, м; Н _з — абсолютная отметка устья скважины (поверхности Земли), м; h — глубина залегания УГВ, м.

2. В соответствии с масштабом на топографическую основу, на которой имеется сетка гидрогеологических наблюдательных скважин, наносят полученные отметки. Справа от номера скважины в виде дроби указывают в числителе абсолютную отметку устья скважины (красной или коричневой тушью), а в знаменателе — абсолютную отметку зеркала водоносного горизонта (голубой или синей тушью).

3. По отметкам, используя метод интерполяции (нахождение промежуточных значений по ряду данных), проводят горизонтали и гидроизогипсы. Сечение гидроизогипс выбирают в зависимости от масштаба карты, густоты наблюдения за УГВ, уклона их поверхности. Обычно берут сечения 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 м. При масштабе 1:2000 сечение гидроизогипс и горизонталей проводят через 1,0 м. После интерполяции, соединив плавной линией точки с одинаковыми отметками, получают карту гидроизогипс и рельефа местности. Голубым (или синим) цветом обозначают гидроизогипсы, а красным (или коричневым) горизонтали.

4. Перпендикулярно к гидроизогипсам в сторону более низких отметок проводят бергштрихи потока воды.

5. Карту подписывают вверху: карта гидроизогипс и рельефа местности.

Ниже под заголовком указывают время гидрогеологических наблюдений, масштаб и кто составил карту. Условные обозначения располагают внизу или сбоку карты.

По карте гидроизогипс можно решить ряд важных практических и теоретических задач.

1. По карте определяют направление движения грунтовых вод на заданном участке. Водоносный горизонт обычно представляет собой поток, двигающийся от области питания к области разгрузки (долина реки, овраг, котлован и т. д.). Движение воды направлено от более высоких отметок уровня к более низким по кратчайшему пути, поэтому линии направления потока вод строят к двум смежным гидроизогипсам. Характер потока определяют в зависимости от сорасположения нескольких гидроизогипс. На участке, где линии потока вод параллельны, поток плоский, если линии сходятся или расходятся, то поток радиальный — сходящийся или расходящийся и т. д. Участки замкнутых гидроизогипс с наивысшими отметками отмечают положение водоразделов грунтовых вод, где условия питания наиболее благоприятны. Районы с нулевой глубиной до воды указывают на зоны выхода подземных вод на поверхность Земли. Сгущение гидроизогипс с минимальными отметками отмечает дренирующее влияние долины реки и оврагов. По характеру сопряжения гидроизогипс с рекой судят о гидравлической связи между поверхностными и подземными водами, т. е. грунтовые воды питают поверхностные или наоборот — река питает подземные воды.

2. Учитывая направление движения потока, можно правильно располагать эксплуатационные на воду скважины (или колодцы). Чтобы ими не перехватывалась друг у друга вода, их располагают вдоль гидроизогипс. Дренажные же канавы размещают перпендикулярно к направлению потока (параллельно гидроизогипсам), так как в этом случае они наиболее эффективно работают.

3. По карте гидроизогипс (если присутствуют на ней горизонтали) можно определить глубину залегания грунтовых вод по разности абсолютных отметок горизонталей и гидроизогипс. Это позволяет оконтурить участки с минимальной глубиной подземных вод и прогнозировать возможные зоны заболачивания при подъеме уровня вод до 1—2 м в связи с хозяйственной деятельностью человека (например, строительством водохранилища и т. д.) и проектировать дренажные устройства, а также выделять площадки с наиболее глубоким положением зеркала грунтовых вод, благоприятные для строительства инженерных сооружений.

4. Карта гидроизогипс позволяет вычислить на любом участке гидравлический градиент грунтового потока, выяснить характер его изменения по площади и определить причины этого явления. Гидравлический градиент на участке равен разности отметок уровня воды в двух точках, деленной на расстояние между ними, и определяется по формуле

,

где J — гидравлический градиент, величина безразмерная, доли единицы; h ₁ и h ₂ — отметки уровня воды двух гидроизогипс, м; l — расстояние между гидроизогипсами (путь фильтрации) в сечении потока выше и ниже по течению, м.

5. Определив гидравлический градиент и зная коэффициент фильтрации пород водоносного горизонта, можно вычислить скорость движения подземных вод на участке по формуле

v = K _ф J,

где v — скорость течения потока без учета площади минеральных частиц, м/сут; K _ф — коэффициент фильтрации, м/сут; J — гидравлический градиент.

Водопроницаемость пород — способность пропускать гравитационную воду через поры и трещины характеризуется коэффициентом фильтрации (K _ф), представляющим скорость движения подземной воды при гидравлическом градиенте, равном 1 (см/с, м/сут). По степени водопроницаемости породы подразделяют на три группы:

1) непроницаемые (водоупорные) при K _ф < 0,001 м/сут (массивные породы, глины);

2) полупроницаемые при K _ф = 0,001…1 м/сут (глинистые пески, лесс, супеси, реже пористые известняки, мергели);

3) водопроницаемые при K _ф > 1 м/сут (галечники, гравий, песок, трещиноватые породы).