По теме: «Артезианские воды»

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

КУРСОВАЯ РАБОТА

По теме: «Артезианские воды»

Содержание

Введение

1. Условия залегания артезианских вод

1.1 Общие сведения

1.2 Структура артезианского бассейна

1.3 Запасы артезианских вод

2. Искусственные сооружения в районах артезианских вод

3. Строительство в условиях наличия подземных вод

3.1 Ситуация в районе Московского артезианского бассейна

3.2 Подземное строительств

3.3 Современные технологии гидрогеологических исследований

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Артезианскими называют напорные подземные воды, находящиеся в водопроницаемых (пористых, трещиноватых, закарстованных) пластах, перекрытых и подстилаемых водонепроницаемыми породами. Эти воды всюду залегают ниже грунтовых вод и образуют артезианские бассейны.

Артезианские воды имеют весьма большое значение для народного хозяйства; они широко используются для целей водоснабжения городов, сельского хозяйства, населенных пунктов и промышленных предприятий, в то же время, как и всякие подземные воды, они создают проблемы при строительных работах.

Актуальность работы обусловлена увеличением объёмов как надземного, так и подземного строительства во всех крупнейших городах России, и необходимостью в тщательных исследованиях, предшествующих этому строительству. Одним из важнейших аспектов строительства является выявление наличия подземных вод.

Целью работы является всестороннее изучение артезианских вод.

В работе для достижения цели были рассмотрены следующие вопросы:

· условия залегания артезианских вод;

· методы их разведки и использования;

· трудности, возникающие из-за наличия артезианских вод;

· обеспечение безопасного строительства.

Условия залегания артезианских вод

Общие сведения

Артезианские воды – это подземные воды, заключённые между водоупорными слоями и находящиеся под гидравлическим давлением.

Водоносными являются пласты, сложенные песками, известняками, трещиноватыми песчаниками и сланцами и многими другими разностями пород; водоупорными – глины, плотные сланцы и др.

Некоторые исследователи (О.К. Ланге, М.М. Крылов, С.А. Яковлев и др.) артезианские (напорные) подземные воды, заключенные между водонепроницаемыми породами кровли и подошвы, называют межпластовыми водами.

Артезианские воды получили свое название от провинции Артуа в южной Франции (древнее латинское название – Артезия), где в ХII в. впервые в Европе был пройден артезианский колодец, вскрывший самоизливающуюся воду.

Следует, однако, отметить, что в древнем Египте и Греции, колодцы с напорной водой были известны еще 4000 лет назад. В Китае проходились колодцы при династии Хань (206-220 гг. н. э.), когда глубина отдельных колодцев достигала 130.м. Во Франции же впервые бурение скважин было осуществлено в провинции Артуа только в 1126 г.

В древней Руси широко применялось бурение скважин для добычи рассолов. Так, в духовной великого князя Ивана Калиты (1338 г.) упоминается о «соляных колодезях» Соль-Галицка. Другие исторические записи указывают, что «водяные колодези», дающие пресную воду, существовали, начиная с XVI в.

Первоначально артезианские воды связывали с мульдообразными структурами. Однако условия, при которых образуются эти воды, весьма разнообразны; часто артезианские воды можно встретить при флексурообразном асимметричном моноклинальном залегании пластов. Во многих районах они приурочены к сложной системе трещин и разломов.

Артезианские воды залегают, главным образом в доантропогеновых отложениях, в пределах крупных геологических структур, в пределах как относительно крупных геологических структур (синклиналей, моноклиналей и др.) на платформах, так и средних и малых межгорных впадин.

Геологические структуры, заключающие в себе напорные воды, обычно сложены породами дочетвертичного возраста. Имеются, однако, районы, где напорные воды встречаются в четвертичных отложениях. Нередко в зонах тектонических нарушений (сбросов, взбросов, разломов и т. п.) наблюдаются восходящие источники, иногда имеющие повышенную температуру воды.

В природе, однако, условия залегания артезианских вод значительно сложнее. К этим условиям относятся литологическая изменчивость водоносных пластов, гидравлическая связь вод смежных водоносных горизонтов вследствие невыдержанности изолирующих водоупорных пластов, тектоническая нарушенность пластов, непостоянство химического состава вод и др.

В отличие от грунтовых вод, участвующих в современном водообмене с поверхностью земли, многие артезианские воды являются древними, и их химический состав обычно отражает условия формирования.

Артезианские воды имеют довольно постоянную температуру, зависящую от глубины залегания водоносного пласта. Будучи изолированы от загрязнения с поверхности водонепроницаемыми слоями, артезианские воды обычно отличаются высокими санитарными показателями.

В зависимости от сложности геологического строения в артезианском бассейне или какой-либо другой геологической структуре может быть несколько водоносных пластов, изолированных один от другого водоупорными породами. Вследствие несовершенства водоупорных перекрытий (наличия «окон», фациальных изменений) водоносные пласты во многих районах оказываются гидравлически связанными.

Каждый крупный артезианский бассейн заключает в себе воды различного химического состава: от высокоминерализованных рассолов хлоридного типа до пресных слабоминерализованных вод гидрокарбонатного типа. Первые обычно залегают в глубоких частях бассейна, вторые – в верхних пластах (в различных артезианских бассейнах бывшего СССР на глубине от 100 до 1000 м). Вода в артезианских бассейнах по большей части прозрачна, бесцветна, но очень часто содержит много минеральных солей, является жесткой и негодной для питья. Температура ее более или менее постоянна в различные времена года и определяется температуру глубоких слоев земли, через который проходит артезианский колодец (от 9° до 24°).

Пресные воды верхних водоносных пластов образуются в результате инфильтрации атмосферных осадков и процессов выщелачивания горных пород. Глубокие высокоминерализованные артезианские воды связаны с измененными водами древних морских бассейнов, находившихся в различные геологические эпохи на территории современных артезианского бассейна.

На территории бывшего СССР, ввиду большого разнообразия гидрогеологических условий артезианские бассейны иногда называют водонапорными системами. Наиболее крупной водонапорной системой в России является Западно-Сибирский артезианский бассейн площадью 3 млн. кв. км. Крупные бассейны напорных вод за рубежом имеются в Северной Африке, а также в восточной части Австралии.

Запасы артезианских вод

Запасы подземных вод в артезианских бассейнах различны и зависят от многих природных факторов. Чем больше площадь распространения артезианского бассейна, чем значительнее мощность водоносных пластов и чем больше площадь питания и интенсивнее происходит питание, тем более крупными запасами воды обладает артезианский бассейн. Водообильность одиночных или взаимодействующих горных выработок (шахт, скважин, шурфов и др.), помимо перечисленных факторов, зависит также от водопроводимости отдельных водоносных пластов.

Одним из основных видов изучения артезианских вод служит разведочное бурение. В процессе разведки выявляется глубина залегания пластов, содержащих напорные воды, проводятся пробные и опытные откачки, обследуются восходящие источники, определяется качество воды и т. д. При определении запасов воды, заключенных в напорных пластах, рекомендуется учитывать размеры артезианских бассейнов. В артезианских бассейнах с большой площадью распространения, когда потребное количество воды составляет ничтожную величину по сравнению с запасами бассейна, разведочные работы ограничиваются бурением скважин, опытной откачкой и физико-химическим исследованием подземных вод. При малых размерах артезианских бассейнов, например в межгорных долинах, необходимое количество воды может приближаться к природным запасам бассейна. В таких бассейнах обычно проводятся детальные гидрогеологические исследования, заключающиеся в комплексной геолого-гидрогеологической съемке, бурении скважин, опытных откачках и режимных наблюдениях.

Запасы подземных вод, как и запасы твердых полезных ископаемых, в зависимости от степени разведанности подразделяются на три категории:

· к категории А относят детально разведанные и опробованные запасы;

· к категории В – менее разведанные;

· к категории С – запасы, установленные по общим геологическим и гидрогеологическим данным.

Выделяются следующие виды запасов подземных артезианских вод:

· естественные – естественный расход подземного потока;

· регулировочные – представляют собой подземные воды, пополняемые в области питания путем поглощения атмосферных и поверхностных вод;

· вековые, которые накопились в пластах в течение многих веков и могут быть извлечены при полном осушении пластов;

· эксплуатационные запасы, т. е. запасы, которые можно использовать для нужд народного хозяйства.

Дебит скважин, вскрывших напорные водоносные пласты, колеблется в зависимости от местных условий (водопроводимости пластов, высоты напора, величины понижения уровня и т. п.) от нескольких единиц до десятков и даже сотен кубических метров воды в час.

При близком расположении скважин, эксплуатирующих один и тот же водоносный горизонт, они будут оказывать взаимное влияние, которое сказывается как на уменьшении производительности взаимодействующих скважин, так и на снижении пьезометрического уровня. Такое взаимодействие скважин отмечено во многих местах, как в России, так и на территориях других государств.

Подземное строительство

В Москве и других крупных городах России появляется все больше сооружений, частично или полностью расположенных ниже поверхности земли. Под землей строятся транспортные тоннели и переходы через улицы, автомобильные стоянки и различные хранилища, огромные многоцелевые комплексы.

Город заглубляется в землю, расширяя используемые площади. Это одно из главных направлений в стратегии современного строительства. При строительстве подземных сооружений роются глубокие котлованы, из которых вынимается большой объем грунта. Это приводит к резкому нарушению равновесия в грунтовом массиве. Грунт начинает смещаться в сторону котлована – к освободившемуся пространству. Он увлекает за собой фундаменты существующих зданий, что может привести к их разрушению.

Глубокие котлованы собирают подземную воду и вызывают понижение ее уровня. В то же время крупные подземные сооружения могут пересекать водоносный горизонт. В этом случае они играют роль плотины в отношении грунтового потока и поднимают его уровень. Изменение уровня грунтовых и артезианских вод в сторону понижения или повышения может существенно повлиять на устойчивость фундаментов подземных сооружений. Особенно чувствительны к ним ослабленные временем старинные постройки.

Предотвращение негативного влияния подземного строительства на окружающую территорию является одной из главных задач геологических изысканий.

Наличие подземных вод при проходке тоннелей всегда осложняет производство проходческих работ. В зависимости от гидрогеологических условий приток воды в выработку может изменяться в больших пределах: от нескольких кубических метров в час до 2000-2500 м³/ч. Большие водопритоки требуют специальных мер по отводу воды и высокопроизводительного оборудования для ее откачки на поверхность.

В ряде случаев подземные воды изменяют свойства горных пород. Некоторые глины при увлажнении набухают и тяжело разрабатываются. Глинистые сланцы при попадании воды теряют устойчивость. Насыщенные водой пески легко отдают воду при проходке выработки, это требует их предварительного осушения. Тонкозернистые пески с примесью илистых частиц способны удерживать воду и превращаться в плывуны. Проходка в таких условиях очень сложна и требует применения специальных способов.

Подземные воды являются важным фактором, который надо учитывать при проектировании метрополитена – выборе трассы, применении тех или иных конструкций, способах гидроизоляции, составлении проекта организации строительства. При проведении инженерно-геологических изысканий определяют наличие подземных вод, их характер, химический состав, ожидаемые водопритоки при проходке. Наличие подземных вод в слое породы определяется бурением разведочных скважин.

В Москве построены и строятся надземные, наземные и подземные (мелкого и глубокого заложения) линии метро. Наиболее распространен подземный метрополитен.

Глубина заложения линии выбирается с учетом геологических, геоморфологических, гидрогеологических условий. Предусматриваются сохранение исторических и архитектурных памятников, защита зданий от шума и вибраций, вызываемых движением поездов. При изучении массива горных пород особое внимание уделяется таким показателем, как величина горного давления, коэффициент разрыхления, модуль трещиноватости, коэффициент упругого отпора, абразивность, коррозионные свойства, сопротивление отрыву и сдвигу по контактам между слоями и по трещинам, расслаивание, пучение, плывунность и т.д. Особого внимания требуют такие опасные явления, как карст, суффозия, оползни.

Подземные воды, содержащие вредные примеси, которые оказывают разрушающее действие на обделку тоннеля, называют агрессивными.

Использование подземного пространства в любом случае связано с нарушение системы подземных вод – в основном с их откачкой. Во время строительства станций метро «Арбатская» (Арбатско-Покровской линии) и «Боровицкая» рабочие столкнулись с огромными трудами: проходчики сооружали их буквально по пояс в воде. «Арбатская» стала единственной станцией, оборудованной насосами, откачивающими воду.

Откачка, производимая и в других местах, с тяжелой гидрогеологической ситуацией, зачастую и приводит к опасности обрушений строений, стоящих на поверхности: по закону Архимеда в отсутствие воды вес почвы существенно, в разы, возрастает, увеличивается давление на глубинные слои грунта, и он начинает уплотняться и проседать.

В исторической части Москвы это особенно очевидно. Также следует учитывать и то, что вода, поступающая в грунт с дождями, постепенно размывает почвы даже на большой глубине, создавая процесс так называемой суффозии. Суффозионный процесс делает грунт более рыхлым, так как его частницы вымываются водой в карстовые пустоты, которые есть и под центром города, например в районе м. «Охотный ряд».

При этом, например, проект «Золотое кольцо», в рамках которого в Москве планируется построить несколько высотных зданий, не вызывает особого беспокойства у специалистов, с учетом того, что в процессе их строительства будут применены современные технологии и проведена всеобъемлющая тщательная экспертиза места застройки. Сталинские высотки строились в то время, когда опыт сооружения таких зданий у отечественных строителей был неизмеримо меньше, и все же они до сих пор стоят, достаточно крепко.

Заключение

В заключении выведем характерные особенности артезианских вод:

· они залегают глубже горизонта грунтовых вод в водоносных горизонтах и комплексах, подстилаемых и перекрытых водоупорными (или относительно водоупорными) пластами;

· область питания и создания напора артезианских вод и область их распространения не совпадают и часто удалены одна от другой нa большие расстояния;

· при вскрытии артезианского водоносного горизонта скважиной вода в ней поднимается выше кровли горизонта, т. е. появление воды в скважине всегда отмечается глубже по сравнению с установившимся уровнем;

· режим артезианских вод является более стабильным по сравнению с режимом грунтовых вод, пьезометрический уровень мало подвержен месячным и сезонным колебаниям; температура вод с глубиной, как правило, возрастает;

· по составу воды самые разнообразные, от пресных до сильно минерализованных (рассолов);

· по сравнению с грунтовыми артезианские воды менее подвержены загрязнению с поверхности в связи с тем, что они перекрываются относительно водоупорными породами.

Артезианские воды имеют чрезвычайно большое народнохозяйственное значение. Они широко используются для водоснабжения крупных городов, промышленных предприятий, железнодорожных станций, совхозов, сельскохозяйственных артелей и т. п.

Помимо важного народнохозяйственного значения, артезианские воды могут быть помехой при строительстве, особенно подземном.

Основным средством предотвращения геологического риска или его снижения в условиях мегаполиса является грамотное ведение градостроительной политики с использованием всех современных методов исследования и в соответствии с существующими технологиями безопасности.

Список литературы

1. Абрамов С.К., Дегтярев Б.М., Дзекцер Е.С., Донской Г.В., Муфтахов А.Ж. Прогноз и предотвращение подтопления грунтовыми водами территорий при строительстве. – М.: Стройиздат, 1978.

2. Артезианские воды Чу-Сарысуйской впадины // Под ред. Ибрагимова А.И. – Алма-Ата, 1979.

3. Вартанян Г.С., Яроцкий Л.А., Методические указания по поискам, разведке и оценке эксплуатационных запасов месторождений минеральных вод, – М., 2004.

4. Гаврилко В.М., Фильтры водозаборных, водопонизительных и гидрогеологических скважин, М., 2005.

5. Каменский Г.Н., Толстихина М.М., Толстихин Н.И., Гидрогеология СССР, – М., 1959.

6. Климентов П.П. Общая гидрогеология: Учебник. – М.: «Высшая школа», 1971.

7. Лаврушко П.Н., Муравьев В.М., Эксплуатация нефтяных и газовых скважин, М., 2006.

8. Михайлов Л.Е. Русанов Б.Д. Артезианские воды: Конспект лекций. – Ленинград, 1985.

9. Оводов B. С., Сельскохозяйственное водоснабжение и обводнение, 2 изд., – М., 2006.

10. Овчинников А. М., Общая гидрогеология, 2 изд., М., 2004.

11. Пашенков Я. М., Карамбиров Н. А., Грибанов И. П., Сельскохозяйственное водоснабжение, буровое дело и насосные станции, 2 изд., М., 1957.

12. Поиски и разведка подземных вод для крупного водоснабжения, – М., 2006.

13. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83). – М.: Стройиздат, 1986.

14. Семенов М. П., Чалищев А. М., Водозаборы подземных вод, 2 изд., – М., 2006.

15. Финкельштейн М.И., Кутев В.А., Золотарев В.П. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии. – М.: Недра, 2006.

Приложение

Фонтанирующие скважины