Презентация на тему Классификация подземных вод по гидравлическому признаку и условиям залегания

имеющие над своим уровнем свободную поверхность. Они не обладают

напором. Передвигаются безнапорные воды от участков, где уровень воды выше к участкам, где он ниже. При выходе на дневную поверхность (долины рек, стенки оврагов) безнапорные подземные воды образуют безнапорные нисходящие источники.

наиболее приповерхненой части Земли над водоупором, незначительным по мощности

и протяженности. В качестве незначительного по мощности и протяженности водоупора обычно служат линзы глин и суглинков в песке. Образуется верховодка весной или осенью, в момент интенсивного снеготаяния или во время сильных дождей.  
В летне-зимний период верховодка исчезает, т.е. испаряется через поверхность Земли или просачивается в нижележащие водоносные горизонты через гидравлические окна.

значительные по площади горизонты подземных вод, залегающие на первом

от поверхности земли региональном водоупоре. Грунтовые воды имеют свободную поверхность, т.е. сверху они не перекрыты водоупорными слоями. Свободная поверхность грунтовых вод называется зеркалом. Водоупор, на котором лежит водоносный слой, называют ложем, а расстояние от водоупора до уровня подземных вод – мощностью водоносного слоя . Питаются грунтовые воды преимущественно за счет атмосферных

которые инфильтруются на уровень грунтовых вод. Значительная часть грунтовых

вод питается за счет паводковых вод в весенний период. Некоторое количество воды поступает в грунтовые воды из нижележащих напорных водоносных горизонтов через гидравлические окна. Область питания грунтовых вод обычно совпадает с областью их распространения, т.к. нет верхнего водоупора. Разгрузка грунтовых вод осуществляется в местные базисы эрозии (реки, овраги, балки) и в нижележащие безнапорные водоносные горизонты через гидравлические окна.

поток и грунтовый бассейн . При наклонном залегании водоупора

и возможного движения по нему грунтовых вод образуется грунтовый поток. Если грунтовые воды заполняют некоторое замкнутое понижение в рельефе водоупорного ложа и не имеют определенного течения – грунтовый бассейн.

1 – грунтовый поток; 2 – грунтовый бассейн; 3 – водоупор

глубина залегания зависят от геологических условий местности и климатических

факторов. Однако, они редко используют для целей питьевого водоснабжения, ввиду того, что нередко бывают, загрязнены в химическом и бактериологическом отношении. т.к. нет верхнего защитного водоупорного слоя (особенно в районах крупных промышленных центров).

между двумя водоупорными пластами и не заполняющие всей мощности

водопроводящих пород, т.е. имеющие над своим уровнем свободную поверхность. Область питания межпластовых безнапорных подземных вод не совпадает с областью их распространения, т.к. имеется верхний водоупор, не пропускающий воду. Питание этих вод осуществляется вне пределах их распространения, там, где верхний водоупор выклинивается или за счет подтока воды из нижележащего напорного водоносного горизонта через гидравлические окна.

овраги) или в нижележащий безнапорный водоносный горизонт через гидравлические

окна. Воды этого типа обычно имеют хорошее качество, но используется редко, т.к. этот случай залегания безнапорных вод встречается редко.

которые на значительных площадях залегают между двумя водонепроницаемыми пластами

и заполняют всю мощность водопроводящих пород . Т.е. напорные воды не имеют свободную поверхность. Возникновение напора объясняется залеганием водоносных слоев в виде синклиналей (форма залегания горных пород, представляющая собой складку пластов горных пород, обращенную выпуклостью вниз) или моноклиналей. Напорные воды часто называются артезианскими. При вскрытии напорных вод скважинами, вода поднимается выше кровли водоносного горизонта и образует поверхность, которая называется пьезометрическим уровнем или уровнем равных напоров. Другими словами, пьезометрический уровень – это условная линия, соединяющая область питания и область разгрузки.

вод; 3 - водоносный горизонт межпластовых безнапорных вод; 4

- межпластовые напорные (артезианские) воды; 5 – колодец, питающийся межпластовой безнапорной водой; 6, 7 – артезианская скважина.

атмосферных осадков в области питания, а также за счет

перетока из напорных нижележащих водоносных горизонтов через гидравлические окна. Разгрузка осуществляется в области разгрузки или в понижениях рельефа (при этом образуются восходящие источники). Область распространения и область их питания артезианских вод не совпадают.
При использовании артезианских вод для водоснабжения наиболее перспективными считаются самые верхние напорные горизонты, где обычно залегают слабоминерализованные (пресные) воды. Химический состав и минерализация артезианских вод изменяются с глубиной.

которые в одном сечении имеют напор, а в другом

нет. К этим водам относят трещинные и карстовые воды. Трещинные воды – это воды находящиеся в трещинах тектонического происхождения. Вода обычно находится в трещинах магматических и метаморфических пород. На участках, где трещина полностью заполнена водой, вода является напорной. На участке, где происходит резкое расширение трещины, вода принимает безнапорный характер. Эти трещины выражены по простиранию. Стенки трещин прямые и обрывистые.

заполненные водой

могут быть грунтовыми, межпластовыми и жильными. Как правило, это

воды хорошего качества для хозяйственно-бытового водоснабжения.
Карстовые воды – это воды, которые находятся в трещинах карстового происхождения, т.е. в трещинах, которые образовались в результате растворения горных пород. Эти трещины извилисты и не выдержаны по простиранию. Стенки трещин шероховатые. Вода характеризуется высокой жесткостью и минерализацией, поэтому не используется в хозяйственно-бытовом водоснабжении.

узлов и их отдельных элементов и состав сооружений для

приема подземных вод зависят от:
        условий залегания;
        мощности;
        водообильности;
        глубины залегания;
        геологического строения водоносных горизонтов;
        гидравлических характеристик потока (его напора, скорости, направления движения, связи с другими водоносными пластами, связи с другими водоносными пластами, массивами и поверхностными водами);
        санитарного состояния территории;
        необходимости в искусственном восполнении запасов подземных вод и его конструктивного решения;
        наличия водоносных пластов, содержащих воду неудовлетворительного качества, намечаемой производительности и технико-экономических показателей.

вод могут применяться сооружения следующих типов:
1.     вертикальный водозабор (скважина

или шахтный колодец);
2.     горизонтальный водозабор;
3.     комбинированный водозабор;
4.     лучевой водозабор;
5.     каптажи.

захвата подземных вод в различных условиях. Глубина скважины определяется

глубиной залегания и мощностью водоносного горизонта и может лежать в пределах от 5 до 1000 м. Обычно, для водоснабжения используют скважины глубиной до 150 м, реже до 300 м, совсем редко до 800 м и более.
Шахтные колодцы - вертикальный водозабор, применяется, как правило, во-первых, от поверхности безнапорных водоносных горизонтах (грунтовые воды, верховодка), сложенных рыхлыми породами (песками, галечниками), мощностью не более 10 м. Применяются для забора безнапорных вод при ограниченной глубине их залегания до 20...40 м, исходя из параметров машин для изготовления колодцев. Бывают любой формы.
Горизонтальные водозаборы - дрены, галереи, штольни - устраиваются для захвата воды из безнапорных пластов при их мощности до 8м. Преимущественно располагают их вблизи поверхностных водоемов.

системой, соединенных с ними, вертикальных скважин. Сооружения такого типа

целесообразно применять при наличии, наряду с основным каптируемым водоносным горизонтом, более глубоких напорных вод.
Лучевые водозаборы - представляют собой водонепроницаемые шахтные колодцы с расходящимися из них горизонтальными лучами скважинами. Лучевые водозаборы устраивают при глубине залегания водоносных пластов для 15 - 20м и их мощности не более 20м. Шахтные колодцы в этом случае служат для сбора воды из горизонтальных скважин.
Каптажи источников (родников) устраиваются в виде сборных камер или не глубоких колодцев и применяются для захвата подземных вод при концентрированном их выходе на поверхность в виде восходящих или нисходящих родников.

следующим требованиям: - обеспечивать отбор запланированного объема воды; - предотвращать перетоки

подземных вод по затрубному пространству; - обеспечивать устойчивость стенок скважины от обрушения и поглощения  промывочной жидкости; - осуществлять гидрогеологическое опробование  и наблюдения; - иметь минимальную металлоемкость; - обеспечивать проведение различных технологических операций в скважине.

бурения, глубиной скважины и ее целевым назначением. Различают следующие

виды колонн: направляющая, кондуктор, техническая (промежуточная), эксплуатационная, фильтровая. В скважинах глубиной до 200—300 м функции направления выполняет кондуктор. В эксплуатационной колонне размещают средства для водоподъема. Промежуточные обсадные колонны используются для перекрытия отдельных горизонтов и перекрытия зон поглощения промывочной жидкости; изоляции достигают путем тампонирования затрубного пространства.

для соединения с бурильной колонной; — сальник; 5 —

рабочая часть фильтра; 6—отстойник;   7— тампонажный камень; 8—водоносный пласт;   9— техническая  колонна;   10— перфорационные  каналы;   11 - гравий

подразделяются следующим образом. Направление (или направляющая) - колонна труб или одна

труба, предназначенная для закрепления приустьевой части скважин от размыва буровым раствором и обрушения. Направление, как правило, одно. Однако могут быть случаи крепления скважин двумя направлениями. Обычно направление спускают в заблаговременно подготовленный шурф или скважину и бетонируют на всю длину. Иногда направления забивают в породу, как сваю.
Кондуктор - колонна обсадных труб - предназначен для разобщения верхнего интервала разреза горных пород, изоляции пресноводных горизонтов от загрязнения, монтажа противовыбросового оборудования и подвески последующих обсадных колон.
Промежуточная обсадная колонна - служит для разобщения несовместимых по условиям бурения зон при углублении скважины до намеченных глубин. Их может быть несколько.
Эксплуатационная колонна - последняя (в порядке установки) колонна обсадных труб, которой крепят скважину для разобщения продуктивных горизонтов от всех остальных пород и извлечения из скважины нефти, воды, песка, газа или, наоборот, для нагнетания в пласты жидкости или газа. Иногда в качестве эксплуатационной колонны может быть использована (частично или полностью) последняя промежуточная колонна.

породы в забое;
2.     удаление породы из ствола скважины;
3.     крепление

стенок скважины обсадными трубами.
Бурение скважин на воду осуществляется, в основном, двумя способами - роторным и ударно-канатным.
Роторный способ заключается в разрушении породы забоя скважины вращающимся буровым наконечником (долотом). На практике применяются два способа роторного бурения: с прямой и обратной промывкой. Роторный способ бурения рекомендуется для бурения скважин любой глубины в хорошо изученных гидрогеологических условиях.

с мачтой высотой до 25 м в следующей последовательности.

Планируется площадка размером 8 на 12 м, отрывается шурф глубиной около 1 м, в который устанавливается кондуктор. Пространство между стенками шурфа и кондуктором заливается бетоном. Буровой агрегат монтируется над кондуктором. Разрушение породы производится долотами. Для мягких пород применяют долота "рыбий хвост", для твердых пород - шарожечные долота. Долота вращаются на бурильных трубах со скоростью 100 - 200 об/мин.

грязевым насосом к забою скважины подводится промывочная жидкость. В

устойчивых скальных породах - это вода, в остальных - глинистый раствор. Глинистый раствор применяют для следующих целей:
- очистка забоя от выбуренной породы (шлама) и выноса ее на поверхность;
 - глинизация стенок скважины для предохранения их от разрушения во время бурения в рыхлых породах;
 - охлаждение рабочей части долота во время бурения.

от него отделяется порода. Очищенный раствор вновь закачивается в

скважину. По окончании бурения в скважину свободно опускаются трубы, а затем производится цементация затрубного пространства.

вследствие кольматации водоносного горизонта глинистыми частицами, резко ухудшаются фильтрационные

свойства пород. Поэтому, освоение водоносных пластов включает операции по опусканию в скважину фильтра, восстановлению (разглинизации) естественной водопроницаемости пласта, откачку воды из скважины с целью формирования водоприемной части скважины и осветления воды.

нагнетание воды в пласт, продувка воздухом, виброразглинизация, электрогидравлическая обработка

пласта, ультразвуковые воздействия, использование ершей и др.;
  химический - солянокислотная обработка, применение реагентов и ПАВ;
  физико-химический - взрыв с инъекцией в пласт кислот, ПАВ, электрохимическая обработка фильтра и др.

эффективны и трудоемки. Это привело к разработке усовершенствованного способа роторного

бурения с обратной промывкой, в котором в качестве промывочной жидкости используется чистая вода. Для того, чтобы пройденная выработка не обрушалась, столб воды в скважине должен превышать статический уровень не менее, чем на 3 м. Вода из отстойника поступает в ствол скважины, откуда вместе со шламом через отверстие в долоте засасывается в бурильные трубы и сбрасывается в отстойник.

м рекомендуют производить ударно-канатным способом. Сущность способа заключается в том, что

порода в скважине разрушается при ударах специального инструмента, прикрепленного к канату.

следующей последовательности. Выравнивается площадка размером 10 на 15 м

и устанавливается станок. В месте заложения скважины отрывается шурф глубиной до 1,5 м. Первая обсадная труба (кондуктор) забивается на глубину 3-5 м, она возвышается над площадкой на высоту 0,5 м. Пространство вокруг трубы забутовывается камнями и заливается жидким цементом.

для вязких и средних пород;
- округляющего - для твердых

пород;
- крестовидных - для валунов и трещиноватых пород.

м с частотой 40-50 раз в минуту. Через 3-30

минут (в зависимости от крепости породы) разработанный грунт необходимо удалять из скважины. Для подъема шлама применяют желонки. Желонка представляет собой отрезок трубы с заостренным нижним краем, которая подвешивается на канат. Желонка опускается в скважину, как  и долото. При этом порода плотно набивается внутрь желонки.

из нее выбивается. Желонками можно одновременно разбуривать и поднимать

грунт слабых пород. Для подъема водонасыщенных и мелкозернистых пород применяют желонки с клапанами в нижней части. Клапан не дает возможности выпасть грунту из желонки.

в начале разбуривают грунт, а затем в скважину свободно

опускают обсадную трубу (свободная посадка). В рыхлых породах опускают или забивают обсадные трубы с опережением забоя скважины (принудительная посадка). При забивке на верхний конец трубы надевают забивную головку,  которая принимает на себя удар забивного снаряда и передает его всей колонне труб.

Поэтому через каждые 30-50 м необходимо уменьшать их диаметр.

Система обсадных труб становится телескопической.

документации и более точное определение водоносности пород;
  возможность бурения

скважин с большим начальным диаметром (до 900 мм);
  возможность точного выявления и вскрытия водоносных горизонтов;
  характеристики водоносных пластов при бурении не ухудшаются и не требуют восстановления.

твердых породах;
  большой расход труб для крепления ствола скважин.
Учитывая

преимущества и недостатки рассмотренных способов бурения, для строительства скважин глубиной до 150 м в нескальных породах можно рекомендовать ударно-канатный способ бурения. При больших глубинах и в твердых породах можно применить комбинированный способ. До водоносного пласта бурение производится роторным способом, а в пределах водоносного пласта - ударно-канатным.

фильтровая или рабочая часть фильтра;
отстойная часть.

бурения скважины на месте фильтра временно устанавливается обсадная труба.

Эта труба имеет длину от основания до верха скважины и предотвращает обрушение стенок в пределах водоносного пласта до установки фильтра. В надфильтровой части имеется два кольца. Нижнее 4 - приваренное к телу фильтра. И верхнее 5 -свободно одетое на фильтр. Замок 3 для монтажа фильтра прорезан в муфте, которая навинчивается на фильтр сверху.

пенькового каната по спирали плотно затягивая витки. Размер сальника

должен быть несколько меньше внутреннего диаметра обсадной трубы. Фильтр заводят в скважину и закрепляют временно хомутами. В замок вставляют ключ, в виде штанги с перекрестием, и поворачивают его так, чтобы перекрестье вошло в горизонтальные прорези замка. За штангу ключа фильтр немного приподнимают. Освобождают хомуты и опускают фильтр в скважину на проектную отметку, постепенно наращивая штанги.

фильтра в водоносном пласте. Причем, перед опусканием фильтра необходимо

точно замерить длину отстойника и рабочей части, чтобы затем поднять обсадную трубу на соответствующую высоту. После обнажения фильтра вращают штанги и завинчивают муфту, которая сжимает сальник. Сальник увеличивается в ширину и уплотняет зазор между глухой частью фильтра и обсадной трубой. Ключ поворачивают в обратную сторону, выводят его из горизонтальных прорезей замка и извлекают его из скважины. Обсадная труба, в которой установлен фильтр, обрезается на проектной отметке специальным приспособлением и тоже извлекается из скважины.

механическую прочность и устойчивость против коррозии;
иметь скважность не менее

20-25 % и предельно-допустимые размеры отверстий (по условиям прочности и предотвращения пескования скважины при эксплуатации). Под скважностью понимается отношение суммарной площади отверстий для пропуска воды к площади всей боковой поверхности рабочей части фильтра.

двух типов - трубчатые и стержневые. По устройству водоприемной

фильтрующей поверхности фильтры подразделяются:
1.     Трубчатые и стержневые, у которых водоприемной фильтрующей поверхностью служит боковая поверхность трубы или стержневого каркаса;

штампованного листа;
  проволочной обмотки;
  металлических и не металлических сеток;
 

гравийной или песчано-гравийной засыпок.

большим поперечным сечением (не менее 1 м) и относительно

небольшой глубиной (до 20-30 м). Обычно они применяются для забора подземных вод из первых от поверхности безнапорных водоносных горизонтов. Это горизонты сравнительно небольшой мощности (не более 10 м), которые сложены рыхлыми породами (песками, галечниками). Иногда шахтные колодцы сооружают и в напорных водоносных пластах при глубине их залегания до 30-40 м. Однако устройство шахтных колодцев такой глубины целесообразно лишь при слабой водообильности пласта.