Рассчитываем расход для ленты тока, обозначенной на карте пьезоизогипс по зависимости параметров:

Qi =k*F*I

где k = 7-55 м/сут -коэффициент фильтрации для крупнозернистых песков;

В1 = 25 м, В2 = 15 м, B3=28 м, B4=25 м - ширина потока;

L1 =70м L2 =80м, L3=100 м, L4=100 м - длина, которую прошел поток от одной пьезоизогипсы к другой;

Находим расход потока для напорных вод, учитывая масштаб карты 1:10000, так же учтём что коэффициент фильтрации различается более чем на 10 значений и следовательно мы не можем взять усреднённое значение, поэтому мы рассмотрим k1=7 м/сут, k2=31 м/сут, k3=55 м/сут:

k1=7 м/сут:

Q1=7*25*1/70 = 2,50 м3/сут

Q2=7*15*1/80=1,30м3/сут

Q3=7*28*1/100=1,96 м3/сут

Q4=7*25*1/100=1,75 м3/сут

Q1.1=2,50+1,30+1,96+1,75=7,51 м3/сут

k2=31 м/сут:

Q1=31*25*1/70=11,10 м3/сут

Q2=31*15*1/80= 5,80 м3/сут

Q3=31*28*1/100=8,68 м3/сут

Q4=31*25*1/100=7,75 м3/сут

Q2.1=11,1+5,80+8,68+7,75=33,33 м3/сут

k3=55 м/сут

Q1=55*25*1/70=19,64 м3/сут

Q2=55*15*1/80=10,30 м3/сут

Q3=55*28*1/100=15,40 м3/сут

Q4=55*25*1/100=13,75 м3/сут

Q3.1=19,64+10,30+15,40+13,75=59,09 м3/сут

1.5 Гидродинамическая схема грунтовых вод

Грунтовые воды, приуроченные к первому от поверхности земли регионально выдержанному водоносному пласту, залегающие на первом от поверхности водоупоре. Имеют свободную пьезометрическую поверхность, на которой давление равно атмосферному, и характеризуются активной связью с наземной гидросферой и атмосферой.

Под водоупором понимаются слабо водопроницаемые слои горных пород. Чаще всего это горизонты глин. Площадь распространения грунтовых вод называется грунтовым бассейном. Сверху грунтовые воды ограничены естественно сформировавшейся свободной поверхностью и не имеют напора. Свободная поверхность - зеркало грунтовых вод. В разрезе положение верхней границы водоносного горизонта характеризуется линией, которая называется уровнем грунтовых вод. Глубина залегания зеркала зависит от местных метеорологических и геологических условий и изменяется от 0 до 50 м и более. В том случае, когда зеркало грунтовых вод совпадает с дневной поверхностью, наблюдается заболачивание местности. По берегам рек, в пониженных участках местности зачастую наблюдаются источники - ключи, родники. Это явление связано чаще всего с выходом грунтовых вод на поверхность.

Грунтовые воды находятся в постоянном движении. Они перемещаются путём фильтрации через породы от участков с повышенными отметками зеркала грунтовых вод к пониженным участкам, образуя потоки. Потоки могут быть прямолинейными, криволинейными, плоскими, радиально сходящимися и радиально расходящимися.

Гидрогеологическую обстановку того или иного участка принято изображать с помощью гидрогеологических карт, в частности карт гидроизогипс.

Карты гидроизогипс отражают рельеф зеркала грунтовых вод с помощью гидроизогипс, то есть линий равных отметок. Эти линии аналогичны горизонталям рельефа местности. Карты гидроизогипс строятся по данным замеров глубины залегания зеркала грунтовых вод в скважинах (шурфах).

На данном участке (рис.3) пробурено 9 скважин и 4 шурфа. В таблице 2 отражены результаты замеров глубины залегания статического уровня от устья в каждой скважине и абсолютная отметка устья. На основе этих данных определяем абсолютную отметку зеркала грунтовых вод. Далее приступаем к построению карты гидроизогипс. Построение начинаем от любого треугольника, опирающиеся на любые три скважины или шурфы.

Точки с одинаковыми отметками находятся на сторонах треугольника методом интерполяции между отметками зеркала в соседних скважинах. Далее производим построение в рядом расположенных треугольниках, постепенно закрывая всю площадь. Точки с одинаковыми отметками соединяем плавными линиями -гидроизогипсами. Затем выбираем ленту тока для определения расхода потока по Дарси и оцениваем токсичность с помощью анализа гидрохимического состава подземных вод.

На данной схеме гидроизогипс мы видим, что потоки направлены к реке, накопитель формирует водораздел, поэтому фильтрующиеся стоки попадают в водоносный горизонт, а следовательно и в реку.

С помощью карты гидроизогипс решается ряд важных гидрогеологических задач: установление направления потока грунтовых вод, определение величины гидравлического градиента (J), скорости фильтрации (V), расхода единичного потока (q), глубины залегания горизонта грунтовых вод. Карта гидроизогипс необходима для заключения об инженерно-геологических условиях строительства различных видов сооружений (гидротехнических, промышленных, гражданских, дорожных и т.д).

1.6 Определение расхода потока для безнапорных вод

Рассчитываем расход для ленты тока, обозначенной на карте гидроизогипс:

Qi =k*F*I

где k = 0,7-7 м/сут для мелкозернистых песков; kср=3,85 м/сут

В1 = 12 м, B2 = 26 м, B3 = 12 м - ширина потока;

L1 = 64 м, L2 = 60 м, L3 = 50 м - длина, которую прошел поток от одной гидроизогипсы к другой;

Находим расход, учитывая масштаб карты 1:10000:

Q1 = 3,85*12*1/64 = 0,90 м3/сут.

Q2 = 3,85*26*1/60 = 1,70 м3/сут.

Q3 = 3,85*12*1/50 = 0,95 м3/сут.

Тогда можно будет узнать полный сток в реку грунтовых вод по указанному участку карты:

Q =Qi = Q1+ Q2+Q3 = 0,90 + 1,70 +0,95 = 3,55 м3/сут.

2. Гидрохимический состав подземных вод

Формирование химического состава подземных вод в естественных природных условиях определяется общими геолого-тектоническими, природными ландшафтно-климатическими и литолого-фациальными условиями. Зона активного водообмена, где подземные воды находятся под непосредственным воздействием природных факторов, в условиях интенсивной циркуляции и дренажа. Основные факторы, определяющие химический состав и минерализацию подземных вод - климат, почвенно-растительный покров и литологический состав водовмещающих пород.

Однако в условиях растущей техногенной нагрузки на окружающую среду и подземные воды подвергаются загрязнению. Техногенные компоненты обнаруживаются уже не только в верхних, слабо защищенных, водоносных горизонтах, но и в глубоких артезианских резервуарах.

Под антропогенным загрязнением подземных вод понимают ухудшение качества воды (химических, физических, биологических свойств). Антропогенное влияние на подземные воды стало особенно ощутимым в текущем столетии в связи с развитием и интенсификацией промышленности и сельского хозяйства, ростом крупных городов и расширением урбанизированных территорий. Оно проявляется в истощении запасов подземных вод и ухудшении их качества. При этом в подземных водах может увеличиться содержание компонентов, характерных для природных подземных вод (хлориды, сульфаты, железо и др.), но могут также появиться компоненты и соединения, связанные исключительно с деятельностью человека - поверхностно-активные вещества, ядохимикаты, синтетическая органика и др.

Понятие "загрязнение" относится, прежде всего, к подземным водам питьевого назначения. Качество воды питьевого назначения должно удовлетворять гигиеническим нормам, предусматривающим безопасность воды в эпидемическом отношении, безвредность химического состава и благоприятные органолептические свойства.

Химическое загрязнение подземных вод связано с поступлением промышленных сточных вод, утечками технологических жидкостей, растворением атмосферными осадками сырья, твердых отходов и продуктов промышленности, загрязнением атмосферного воздуха, неправильным использованием сельскохозяйственных удобрений и ядохимикатов.

Загрязнение подземных вод не является локальным процессом, оно тесно связано с загрязнением окружающей природной среды в целом. Содержащиеся в подземных водах зоны активного водообмена загрязнения в конечном итоге попадают в реки и озера (области разгрузки).

2.1 Методика расчета и анализа

Анализ химического состава подземных вод открывает пути для изучения генезиса, пригодности для различных потребителей, определения уровня их агрессивности для бетонных и металлических конструкций. Результаты химических анализов воды могут быть выражены в весовой, эквивалентной и процент-эквивалентной формах.

Весовая форма -- представление ионно-солевого состава воды в миллиграммах (граммах) в 1 дм3 или 1 кг воды.

В зарубежной литературе результаты анализа могут быть приведены в частях на миллион, что соответствует концентрации мг/дм3.

Эквивалентная форма записи состава вод позволяет определить соотношение между ионами с точки зрения их способности участвовать в химических реакциях, оценить качество анализа, установить генезис вод.

В расчетах используется форма записи:

[ мг-экв/дм3] = [(мг/дм3)/Э] = [(мг/дм3)*(1/Э)] = [(мг/дм3)*К],

где Э -- химический эквивалент иона;

К = 1/Э -- переводный коэффициент.

При выражении содержания какого-либо иона в эквивалентной форме перед символом иона ставится знак r, например rСа2+, rНСОз- и т. д. На основе эквивалентной формы выражения состава можно определить погрешность анализа воды. Эта оценка основана на принципе электронейтральности раствора: сумма концентраций катионов (мг-экв/дм3) равна сумме концентраций анионов.

Анализ воды считается удовлетворительным, если погрешность определения менее 5%.

Процент-эквивалентная форма показывает относительную долю участия того или иного иона в формировании ионно-солевого состава воды.

Для вычисления процентного содержания анионов (катионов) их сумму принимают за сто процентов и рассчитывают процент содержания каждого аниона (катиона) по отношению к их сумме. Процент-эквивалентная форма позволяет устанавливать черты сходства вод, различающихся по минерализации (таблица 4).

Таблица 4 - Химические эквиваленты и переводные коэффициенты наиболее распространенных ионов природных вод

Минерализация воды (МH20) -- это сумма минеральных веществ в граммах или миллиграммах, содержащихся в 1 дм3 воды. Для определения МН20 суммируют содержание всех ионов, определенных химическим анализом и выраженных в весовой форме.

Жесткость воды определяется содержанием в ней солей Сa2+ и Мg2+. Различают: общую, карбонатную, временную (устранимую), некарбонатную, неустранимую (постоянную) жесткость.

Общая жесткость Ж0 определяется как сумма мг-экв ионов Са2+ и Mg2+ в 1 дм3 воды и слагается из карбонатной Жк и некарбонатной Жнк жесткости:

Ж0 = Жк + Жнк ; Ж0 = Са+2 + Mg2+

2.2 Данные для расчета и анализа гидрохимического состава подземных вод

В таблицах 5, 6 и 7 приведены все необходимые данные для расчета и анализа гидрохимического состава подземных вод.

Таблица 5 - Результаты химического анализа природных вод, мг/дм3, макрокомпоненты

Таблица 6 - Результаты химического анализа природных вод, мг/дм3, микрокомпоненты

Таблица 7 - Результаты химического анализа природных вод, другие показатели

2.3 Гидрохимический анализ природных вод