Ші Дәріс. Гидрогеология негіздері

Тау жыныстарындағы су түрлері. Тау жыныстарының куыстары мен жарықтарында әрдайым бу, сүйық және катты күйде су болады. Тау жыныстарындағы су турлерінің түрліше жіктеулері бар. Тау жыныстарындағы судың күйі мен қасиетін алғаш рет А. Ф. Лебедев зерттеген. Ол 1930 жылы тау жыныс-тарындағы су турлерінін мынадай жіктеуін усынды: бу күйіндегі су, гигроскопиялық су, жарғақ су, гравитациялык су, қатты күйдегі су, кристалдық және химиялық байланысқан су.

С. И.Долговтың. В. А. Приклонскийдің, А. А. Роденін, Е. М..Сергеевтің т. б. еңбектері аркылы дәлелденген бүл жіктеуді мына түрде ұсынуға болады:

I. Бу куйіндегі су.

II. Физикалық байланыстағы су.

1) Берік байланысқан, адсорбтанған, яғни гигроскопиялық су (А. Ф. Лебедев бойынша).

2) Іркілдек байланысқан, босаң байланысқан немесе жарғақ су (А. Ф. Лебедев бойынша).

III. Еркін су.

1) Капилляр су:

а) қуыстардың бұрыштарындағы су;
ә) салпыншақ су;

б) нағыз капилляр су (капиллярлык жиектер).

2) Гравитациялық су:

а) сінбе су (иңфильтрация немесе инфлюация арқылы);

ә) сулы горизонттардын, қанығу аймақтарындағы су.

IV. Катты күйдегі су (мұз туріндегі су).

V. Минералдарда химиялык байланысқан су:

а) кристалдаушы су;

ә) цеолиттік су;

б) түзілістік (конституциялық) су.

Тау жыныстарының қуыстарындағы судың буы атмосферадағы су булары және тау жыныстарындағы судын басқа да турлерімен динамикалық байланыста болады. Тау жыныстарындағы судың козғалуы оның серпімділігінің градиенті жағдайында өтеді; қыста температураның маусымдық ауытқуларыиың аймағында судың буы көбінесе төменнен жоғары карай қозғалады, ал жазда керісінше жоғарыдан төмен карай қозгалады.

Физикалық байланыстағы су негізінен ұсақ дисперсті сазды минералдардың жыныстарында тараған. Соңғыларының бетінде бұрыс зарядты электростатикалык өріс пайда болады. Кос зарядты (дипольді) келетін су молекулалары минерал бетіне өзінін. он заряды арқылы тартылады. Су молекуласынан басқа минералдар бетіне куыстағы су ерітіндісінің катиондары да тартылады. Жыныстар бөлшектерінің. бетіне бірнеше мың атмосфера күшімен тікелей тартылған су молекулалары жыныстар көлемінде буға ауыскан күйде ғана козғыла алады. Қалындығы бір молекула өлшеміндей осы су берік байланысқан немесе гигроскопиялык су деп аталады. Белгілі бір грунттағы онық ең жоғары шамасы ек жоғары (максимал) гигроскопиялық ылғал сыйымдылық деп аталады. Берік байланысқан су төңірегінде іркілдек судың кабаты (А. Ф. Лебедев бойынша жаргак судыққабаты) немеседиффузиялық қабат қалыптасады. Грунт бөлшектері мен су дипольдерінің (оған қоса диффузиялык. қабаттың катиондарының да) арасындағы байланыстардың беріктігі жыныс бөлшектерінің бетінен алыстаған сайын кеми түседі. Іркілдек байланысқан су жыныс бөлшектерінің бетіндегі қалындау келген үлқен қабықтан жұқалау үлшек қабыққа қарай ақырындап козғалып орын ауыстырады.

Іркілдек байланыскан судың қозғалу жылдамдығы температураға да байланысты. Іркілдек байланысқан су гидростатикалық қысым түсірмейді, тұздарды еріту қабілеті төмен болады, нөлден төменгі температурада қатады.

Еркін су. Қапиллярлық суға ауырлық күші ыкпал етеді, бірақ гравитациялық куштен басым келетін капиллярлық күштіқ әсеріне шалынады. Капиллярлық судың мынадай түрлері болады: жыныс бөлщектерінің түйісуіне жақын аралығында беттік керілу арқылы ұсталып түратын оқшауланған су (түйісу аралығының суы немесе қуыстардың бұрышындағы су), төмен қарай тамуға капиллярлық менискінің үйкеліс күші ұстап тұратын салпыншақ су (әдетте, аэрация аймағының жоғары бөлігінде кішкене жаңбырдан кейін пайда болады), грунт сулары деңгейінің бет жағын ала орналасқан капиллярлық жиекті түзейтін су. Гравитациялық су тау жыныстарының ішіндегі өлшемі мен пішіні түрліше келген қуыстардағы су арынының градиентінен (төмендеуінен) немесе еңістеуінен қозғалады. Гравитациялық сулар негізінен гидрогеологияда зерттеледі.

Қатты күйдегі су қабатшалар мен желілер түріндегі мұздың жеке кристалдары мен шоғырлары түрінде келеді. Химиялық байланысқан су минералдардың құрамына кіреді және оның мынадай түрлері болады:

1) кристалдаушы су әрбір минерал үшін су молекуласының тұрақты сандық мөлшері түрінде кристалдық тордың құрамына кіреді (мысалы.гипс Са5О4*2Н₂О) 300—400°С-ге дейін қыздырғанда бұл су бөлініп шығады да, минералдың кристалдық торы, қайта құралады.

2) Ц е о л и т т і к су молекула түрінде минералдардың кристалдық торына кіреді, бірақ кристалдаушы суға қарағанда молекула саны өзгермелі келеді.

3) Т ү з і л і стік (конституциялық) су минералдың кристалдық торына (мысалы, слюдаларда) Н+ және ОН~ -тың иондары түрінде енеді. 400°С-тан жоғары температураға дейін қыздырғанда сутегі пен гидроксил иондары белінеді. Бұл екеуі қосылып су молекуласын түзеді. Су молекуласының түзілу процесі жылуды жұту арқылы жүреді.

Жер асты суларының пайда болуы. Жер асты суларының пайда болуын түсіндіруге бірінші болып талаптанғандар көне грек философтары — Платон мен Аристотель. Платон (біздік заманымыздан бүрынғы 427—347 жылдар) жер асты сулары теңіздің тузды суларының есесінен түзіледі деп болжады. Оның топшылауынша тау жыныстарынык қуыстарын бойлай козғалған теңіз суы өзінің тұзынан арылып тазарады да жер бетіне түщы бүлақтар түрінде шығады. Аристотель (біздін заманымыздан бұрынгы 384—322 жылдар) жер асты сулары тау жыныстарының куыстарындагы суык ауаңың коюлануы нәтижесінде пайда болады деп санады.

Қазір жаралу тегіне жер асты сулары инфильтрациялық, конденсациялық, тұнбалық (седиментациялық) және ювенил суларға ажыратылады.

Инфильтрациялық сулар атмосфера жауын-шашыны мен жер беті суларының тау жыныстарыны сіңіуі (инфильтрация) есесінен түзіледі. Жер асты суларының басым көпшілігі осы жолмен қалыптасады. Сіңетін судық шамасы көптеген факторларға байланысты. Мұндай факторларга климат, бедер, өсімдік, тау жыныстарының құрамы мен олардың су сіңіргіштігі, адамнық еңбек әрекеті жатады.

Конденсациялық сулар серпімділік айырмасының әсерінен атмосферадан жер қыртысына қарай, ал тау жыныстарындабір горизонттан екіншігоризонтка қарай орын ауыстырып қозғалатын су буларынық коюлануы (конденсациясы) әсерілен қалыптасады. Әйтсе де осы жолмен жиылатын жер асты суларының шамасы оның жалпы корының аз ғана бөлігін кұрай алады.

']' ұ н б а л ы қ (седиментациялық) немесе ж ұ рна қ су шөгінді жыныстарға сіңіп жиылған және қазірге дейін сақталып келе жаткан көне алаптардағы калдық су болып табылады. Осы көмілген сулар гидрогеологиялық және мұнайлы-газды жабык құрылымдардың терен бөліктерінде сақталып калады. Өзінің жоғарғы минералдылығымен ерекшеленетін осы сулар химия өндірісінің, щикізаты болып табылады, емдік мақсаттар үшін де пайдаланылады (Н. И. Андрусов, В. И. Вернадский, Г. Н. Қаменский).

Ю в е н и л (кіршіксіз) немесе тереңде пайда болатын сулар жердің терен, қойнауларынан (магмалық және метаморфтык аймақтардан) жоғары көтерілген ыстық будың суынып қоюлануы есесілеп жиналады. Жер дамуының қазіргі сатысында бұл сулардың айтар лықтай мәні жоқ (Э. Зюсс). Әдетте, табиғаттагы жер асты суларыаралас жолмен калыптасады. Муны осы сулардың химиялықжәне газдық құрамы, режимі, пьезо-метриялық арындардын деректері дәлелдеп отыр. Аралас жолмен тараған сулар өзге сулардык бәрінен де көбірек тараған.

Жер асты суларын жіктеу. Жер асты суларын жіктеу мәселелерімен көптеген зерттеушілерайналысты. Булардын қатарында Б. Л. Личков, Ф. В. Савареискей. О. К. Ланге, А. Т. Овчинников, И. К. Зайцев, Н. Н. Бяндеман, Н. И.Толстыхин, П. П. Климентов т. б. бар. Қөптеген жіктеу схемалары усынылады, бірак. осы кезге деііін жер асты сулары-ның кепшілік кабылдаған бірыцгай жіктеуі жок. Бірыйғай жіктеу жасаудыц қиыидығын жер асты суларынын жатъіс жағдайларынын алуан турлі болуымен, жылжы-малылығымен түсіндіруге болады.

Жер асты суларың жіктеудін негізше әр түрлі белгілер кабылдайғані. Олар: су ұстаушы жыныстардын литологиялык құрамы мен жасы, жер асты суларының физикалық қасиеттері мен химиялық құрамы, жыНыс қабатгарындағы жатыс сипаттары, гидравликалык қасиеттері т. б. Су сыйыстырушы жыкыстардың жасына карай жер асты сулары осы атпен аталады. Мысалы, карбон сулары, юра сулары, бор сулары, палеоген сулары, неоген сулашлт. б. Температурасына қаран жер асты сулары салкын (температурасы 20°С-тан төмен), жылы (20— 37°С)7ыстық (37—42°С), өте ыстық (42°С-тан жогары) болып ажыратылады.Минералдану дәрежесіие, яғин еріген тұздардың мөлшёріне қарай, В. И. Вернадскнй бойынша, жер асты сулары тұщы (еріген заттар, мөлшері 1 г/л-ге дейін) тұзғылт (1 —10 г/л), тузды (10—50 г/л) және тұздык (50 г/л-даи жоғары) болып ажыратылады.

Әдетте, жер асты суларын сипаттау мен баға беруде еріген туздардың жалпы мөлшері ғана емес, сонымен бірге олардың құрамы да едеулі орын алады. Еріген туздар аниондарылың басымдығына байланысты жер асты сулары гидрокарбоиатты сульфатты, хлоридті, ал катиондары бойынша, натрийлі болып ажыратылады. Жер асты суларында еріген тұздардан баска көбінесе көмір кышқылы, азот, кукіртсутегі т. б. газдар болады. Бул газдардардың кейде елеулі практика-лык мәні де болады.

Еріген газдардың, кұрамына қарай жер асты сулары көмір қышқылды, күкіртсутекті, радонды болып бөліне-ді. Бүл сулардың көбінесе емдік мәні бар. Белгілі бір емдік қасиеттері бар суларды бальнеологияльщ суаар деп атайды.

Белгілі элементтердің еріген күйде бөліп аларлық мөлшері бар жер асты сулары үндірістік сулар деп аталады. Құрамындағы элемснттеріне қарай бұл сулар иодты, бромды-иодты, бромды т. б. болып бөлінеді.

Гидравликалық касиеттеріне қарай жер асты сулары арынсыз және арынды болып келеді. Алдынғысының бе-ті кедергісіз еркін шаралы болады. Сонғысында сулы горизонт жоғарғы жағынан су өткізбейтін жыныспсн жабылып, ал одан төмендегі гидростатикалық кысым түскен жер асты суында арын пайда болады.

Тау жыныстары саңылауларынын. сумен канығу дә-режесіне карай жер қыртысыиыц жогарғы бөлігі 2 ай-мақка бөлінеді (3.1-сурет). Онық жоғарғысы аэрация аймағы (I), төменгісі қанығу аймағы (II) деп аталады.

Аэрация аймағыжер беті меп грунт суы деңгейінің арасынан орын алады.

3.1-сурет. 1— капиллярлык жиек; 2— грунт суларының деңгейі.

Атмосфера және топырақ жамылғысы мен тікелей байланысқан осы аймақта атмосфера жауыншашыны мен жер беті суларының тереңге, қанығу аймагына карай өтуі байкалады. Аэрация аймағыйдағы тау жыныстары азынаулак қана суға толады, ал қалған бөлігін ауа толтырып тұрады. Жер асты суларының калыптасуында аэрация аймағы маңызды орын алады. Аэрация аймағынан су буы, гигроскопиялык, капилляр, жарғақ, салпыншак, гравитациялық сулар және мүз орын алады. Аэрация аймағының калындығы батпақты ойдымдарда миллиметр шамасында, ал бедері пәрменді мүшеленген таулы аймақтарда бірнеше жүздеген метрге дейін жетеді.

Жер асты суларының бетінен жоғары ылғалдылығы жоғары болып саналатын капиллярлық жиек орналасады.Жиектің калыңдығы тау жыныстарының қүрамы мен кұрылысына байланысты.

Тау жыныстарының қанығу аймағы грунт суларының денгеиінен төменіректе орналасады.. Бул аймақта барлық саңылаулар, жарықтар, ойықтар сияқты қуыстар гравитациялық суға толады. Қаиығу аймағындагы жер асты сулары грунт, артезиан, жарықшақтық сулар турінде үнемі айналыста болады. Аэрация аймағының калыңдығы секілді канығу аймағынын калыңдығы да грунт сулары денгейінің өзгеруіне сәйкес өзгеріп отырады.

Қалқыма су. Аэрация аймағынан орын алған және шағын аумақта тараған гравитациялық судың қабаты калкыма (3.2-сурет) су деп аталады. Қалқына суда қалындығы тұракты су өткізбейтін қабат болмайды.

3.2-сурст, а — калкыма су.

■

Егер ондай қабат бар болған жағдайда ол су өткізгіштік біршама жоғарылау жыныстар арасындағы өткізгіштігі біршама баяу келетін тау жынысының шағын линзасы немесе қалыңдығы әр-келкі болып үзілмелі келетін қабат болып табылады. Судың төмен карай өтуін біршама уақытка ғана салыстырмалы түрде су өткізбейтін жыныстар болып табылатын кабат ұстап түрады. Едәуір мөлшерде ылғал сыйыстырушы жартылай су өткізгіш түріндегі осы қабаттың өзі тез канығады да, толық ылғалсыйымдылыққа ие болады. Линзаны қоршаған тау жынысының суы буланса немесе төмен қарай өтіп кетсе кабаттың өзі калқыма суды үс-тай алады. Осы жағдайда қалқыма су толықтай салпыншак суға айналады, өйткені су сыйыстырушы қат-қабатында оны жүккен судың үйкеліс күші (мениск) ғана үс-тап түрады.

Грунт сулары. Су өткізбейтін жыныстардыц бірінші горизонтынын бетінде орналасқан, белгілі бір уакыт аралығында турақты болып келетін едәуір аумақты қамтитын гравитациялық судың қабаты (горизонты) грунт сулары деп аталады.

Грунт суларының жатыс терендігі бірнеше сантиметрден әлденеше ондаған метрге дейінгі шамада болады. Кей жағдайда олар жер бетіне шығып, бірсыпыра аумақты батпақты жерге айналдырады.

Грунт суларын бұрғылау скважинасы немесе күдык аркылы ашқанда олардын. денгейі сол кездескен тереңдікте орнығады. Жекелеген учаскелерде грунт суларыныңжергілікті арыны болады. Бұл арын азын-аулақ орындарда тараған жұқа қабаттарымен жабылуының нәтижесінде пайда болады (3.3-сурет).

3.3-сурет. Жергілікті орын

Грунт сулары жер бетіне таяу орналасады, сондықтан оларды оңай пайдалануға болады. Бірак жер бетінен сіңген сулардың. келіп қосылуынан олар оңай ластанады. Грунт сулары көбінесе топырак кабатының өсім дік тамырлары жайылаған бөлігінің шамадан тыс ылғал-дануына себепші болады. Мұндай ылғалдануға грунт суының жер бетінен тайызда орналасуы, ойдымды орын-дарда мүлде жер бетіне шығуьі, беткейлерде суйірлене барып бітуі себепші болады (3.4-сурет). Грунт сулары қуыстық, карстык, жарыкшақтық больіп ажыратылады.

Таралу алаңына карай грунт сулары бетінің орны изосызықтар немесе гидроизогипстер бойынша сипатталады. Грунт сулары шарасының жатыс тереңдіктеріиің картадағы бірдей нүктелерін косатын сызықтар гидро-изогипстер (2) деп аталады. Гидроизогипстері топогра-фиялық карталарда (1). әдетте белгілі бір кезең (уақыт) үшін тұрғызады. Мұндай картаны^ гидроизогипстер картасы деп атайды (3,5-сурет). Гидроизогипстер картасының үлкен практикалық мәні бар. Бұл карта бойынша грунт суларының жатыс терендігін, грунт сулары тасқынының бағыты мен еңістік шамасын анықтауға болады. Грунт сулары таскынының бағытын гидроизогипстердің үлкен мәнінен кіші мәніне (биіктік шамасьіна) карай перпендикуляр жүргізумен анықтайды (3,6-сурет). Жебе тәріздес келген осы перпендикуляр грунт суы таскьнының бағытымен сәйкеседі. Грунт суы тасқынының анықтау үшін гидроизогипстер картасының белгілі учаскесі аумағындағы шеткі гидроизогипстер биіктігінің арасындағы айырманы осы екеуінің арасындағы кашықтыкка бөледі. Грунт сулары деңгейінің жатыс терендігі горизонталдар мен гидроизогипстердін қиылысу нүктелерінің, арасындағы абсолют биіктіктердін айырмасы бойынша аныкталады (3.5-сурет),

3.5-сурет

Пластаралық сулар. Екі су өткізбейтін қабаттын арасында орналасқан сулы горизонттарды (қабаттарды) пластаралық сулар деп атайды. Жатыс жағдайларына байланысты бұл сулардың беті еркін (ашық) немесе арынды (бүркеулі) болып

3.7-сурет. 1 — сулы горизонт; 2 — пьезометрлік сызық; Н — арын; АА\ —ВВ,—сулы горизонттын, қоректендіру аймағы; АхВі — арынды сулы горизонттың тарау аймағы.

ажыратылады. Сулы горизонттың төменгі және жоғарғы беттері су өткізбейтін жыныстармен шектелген, едәуір тереңдікте орналасқан және гидростатикалық қысымы бар суларды пластаралық арынды немесе артезиан сулары деп атайды. Бұл сулардың аты Францияның Артуа (Артезия) аймағының атынан шыққан (қазіргі Па-де-Кале департаменті). Осы аймақтың суы XII ғасырда алғашқы рет сумен қамтамасыз ету үшін пайдаланылған.

Артезиан (арынды) сулардың жатыс жағдайлары түрліше болады. Сулы қабаттың синклиналдық (мульда іспетті немесе ойыс) жатыс пішіні жиі кездеседі (3.7-сурет). Артезиандық сулы горизонттарды сыйыстырушы геологиялық құрылымдарды артезиан алаптары деп атайды. Артёзиан алаптарының таралу алаңдары бірнеше оңдаған, жүздеген, мыңдаған квадрат километр жерді қамтиды.

Арынды сулы горизонтқа жеткізіле бүрғыланған скважинадан көтерілген судың келіп жетіп тоқтаған деңгейі пьезометрлік деңгей (пьезометрлік сызық, бет) деп аталады. Сулы горизонт бетінен пьезометр-лік деңгейге дейінгі тік (вертикал) бағыттағы аралық арын деп аталады. Жер бетінің биіктігіне байланысты пьезометрлік деңгей жер бетінен жоғары не төмен бо-луы мүмкін. Пьезометрлік деңгей жер бетінен жоғары болғанда су скважинадан фонтан түрінде атқылайды (1-скважина). Сонымен бірге артезиандық сулы горизонттың кейбір скважиналарынан су өздігінен ағады, ал осы горизонттың әзге скважиналарынан су әздігінен құйылмауы мүмкін.

Скважинадан (құдықтан) суды тарта бастағанға дейінгі деңгей статикалық, ал скважинаны (құдықты) пайдалану барысындағы деңгей динамикалық деп аталады. Динамикалық деңгей алынатын судың шамасына байланысты. Неғұрлым скважинадан су молырақ алынса, он-дағы судың деңгейі соғұрлым төменірек болады. Деңгей 1 м төмендегенде артезиан құдығы суының мөлшері меншікті дебит (берім) деп аталады. Әр скважинаның ме.ншікті дебиті түрліше келеді. Артезиан құдығындағы меншікті дебит мыналарға байланысты болуы мүмкін: 1) сулы пластың калыңдығы; 2) сулы пластағы судын козғалу жағдайлары; 3) артезиандық сулы горизонттын қоректену аймағының су алынып жатқан орыннан жатыс биіктігі.

Артезиан сулары жердің батпақтануына себепші болады. Сулы пластағы арынының күшімен қозғалған су беткі су өткізбейтін жұқа жабыннан өтіп жоғары көтеріліп іркіледі де өсімдік тамыр жайған топырақ қабатын мол ылғалдандырады.

Арынды сулар беткі жабын жыныстардағы жарылыстар арқылы еркін көтеріліп өсімдіктер тамыр жайған топырақ қабатына сіңгенде немесе тікелей жер бетіне шығып жайылған жағдайларда жердің батпақтануы ана-ғұрлым жиі болады (3.8-сурет). Артезиан суларының хи-миялық күрамы сулы горизонттың жатыс тереңдігіне және оның қоректену аймағынын, алыстығына байланысты. Қоректену аймағына таяу орындарда және жоғарғы тайыз сулы горизонттардан, әдетте, тұщы, көбінесе гидрокарбонатты, кальцийлі сулар орын алады.

3.8-сурет. I— батпақ; 2.— арынды сулардың өтуі; 3— арынды сулы горизонттар; 4— жабын.

Төменгіпластарда су минералдылығы арта түседі, көбінесе темнературасы едәуір жогары келеді.

Артезиан суларының халық шаруашылығьшдағы маңызы зор. Гигиенаның барлыц талаптарына сай келетіндіктен, олар ауыз сумеи камтамасыз етуге пандаланылады.

Жер асты суларының химиқалық құрамы және оны орнектеу әдістері. С удын, құрамында 60-тан астам элемент болатыны аныкталды. Жер асты суынын курамында иондарға диссоцияланған еріген заттар, коллоидтык бөлшектер, газдар, микроорганизмдер болады. Бұл кұраушылар жер асты суларына тау жыныстарынан, атмосферадан және жер бетінің суларынан келіп косылады. Табиғи сулардағы молырак тараған элементер: Cl;, S, С, Si, N, О, Н, К, Na, Mg, Ca, Fe, A1, баска элеметтер бipaз сирек жэне эдетте аз мөлшерде кездеседі.

Жер асты су­ларының қасиеті ондагы epireн иондар (катиондар мен аниондар) түріндегі туздардың сандык мөлшері және өзара катынасы бойынша аныкталады. Иондар ішіндеі практикалык жағынан мәні зор болып келетіндері: ка­тиондар —Н+, К⁺, Mg²⁺, Ca²+, Fe²⁺, Mri²⁺, Fe³+, аниондар— ОН-, Gl-, SO4^2-, НСОз-. Диссоциацияланбаған косылыстар ішінде ең жиі ұширитындары SiO₂, Ре₂Оз, А1₂О₃, газдардан СО₂, СН₄, О, NH₂S, кейде Не, Rn т. б.

Судың жалпы минералдануы оның құрамындағы иондардың, ұшпайтын әр түрлі органикалық заттар мен коллоидтардың жиынтығы (косындысы) болып табылады. Судыц жалпы минералдануын оны кайнатып буға айналдыру және кайнатудан калган курғак калдыкты, (какты) 110°С - температурара дейін кептіру арқылы аныктайды. Оның мөлшері г/л немесе мг/л аркылы өлшейді. Жалпы минералданудың шамасына карай жер асты сулары тұщы (1 г/л-ге дейін), әлсіз минералданган (1—3 г/л), тузғылт (3—10 г/л), тузды (10—25 г/л), аса тұзды (2.5—50 г/л) болып ажыратылады.

Жер асты суларының қозғалысы. Жер асты сулары ауырлық күшінін әсеріне байла-нысты қоректену аймағынан арылу аймағына қарай козғалады. Грунт суларының, козғалу бағыты бедердің еңістену бағытына сәйкес келеді борпылдақ және катты жыныстардың саңылаулары мен жарықтары сумен бүтіндей толған жағдайдағы осыларды бойлай қозғалуы фильтрлену (сүзілу) деп аталады. Егер су тау жынысының бүтіндей толып бітпеген саңылаулары мен жарыктары арқылы қозғалатын болса, оны инфильтрлену дсп атайды. Жауын-шашын суының, жер беті суларының қатты жыныстардын, жарықтарына құйылуы инфлюация деп аталады. Жер асты суларының қозғалысы ауанды (ламинарлық) және ұйтқымалы (турбуленттік), анықталған және анықталмаған, бірқалыпты және бірқалыпсыз болып ажыратылады. Ауанды (ламинарлық) немесе параллель қозғалыс жылдамдықтың ауытқуынсыз өтеді. Бұл қозғалыс сүзілудің сызықтық (бірқалыпты) заңына бағынады. Ұйтқымалы (турбуленттік) немесе құйынды қозғалыс жылдамдықтың екпінді түрде ауытқуымен сипатталады. Соған байланысты судың әр қабаты турліше жылдамдықпен козғалады. Турбуленттік қозғалыс фильтрленудің сынык. сызықтық (бірқалыпсыз) заңына бағынады.

Жер асты сулары қозғалысының заңдары. Сүзгіленудің бірқалыпты заңы (Дарси заңы). Жер асты суларының қозғалысы сүзілудің біркалыпты заңына бағынады. Дарси заңы деген атпен белгілі бұл заң, былайша өрнектеледі: Q=K/W мүндағы Q — сүзілу тасқынының шығыны, яғни тасқының көлденең қимасы аркылы уақыт бірлігі ішінде ағып өтетін судың мелшері, м³/тәул. К —тау жынысының сүзілу коэффициенті, м/тәул. J — арын градиенті (яғни гидравликалық еңістік); W — таскынның көлденен, кимасы.

Арын градиенті грунт суларының еркін бетінің еңістігін немесе арынды сулардын пьезмотрлік, деңгейін сипаттайды. Арын градиенті мына формула бойынша есептеледі (3.9-сурет):

мүндағы Н_{ —грунт сулары деңгейінің немесе арынды сулардың пьезометрлік деңгейінің қимасы бойынша

3.9-сурет.

биіктігі, Н₂—II қимасы бойынша грунт сулары деңгейініңнемесе арынды сулардың пьезометрлік деңгейінің биіктігі; егер су өткізбейтін жыныс қабаты горизонтал күйде орналасса, онда Н₁ мен Н₂ грунт сулары үшін горизонттың қалыңдықтары һ₁ мен һ₂-ге теңеседі, l —I және II қималарының ара қашықтығы немесе сүзгі жолы. Грунт суларының арын градиентін гидроизогипстер (грунт сулары бетінің бірдей биіктіктерін қосатын сызықтар) арқылы аныктауға болады. Арын градиентінің шамасы бедердің ецістігіне, оның мүшеленгендігінін. шамасына, сулы жыныстардың сипатына, су өткізбейтін қабаттың еңістігіне, қоректену және арылу (кәріздену) биіктіктерінің өзара қатысына, осы екеуінің бір-бірінен қашықтығына т. б. факторларға байланысты. Арын градиентінің шамасы уақыт ішінде тұрақты болып қалмайды. Бүл грунт суларының қоректенуі күшейгенде артып, қоректе-ну бәсеңдегенде кемуі мүмкін.

Сүзілу коэффициентін анықтау әдістері. Сүзілу коэффициенті тау жыныстарының су еткізгінітігінің (сіңіргіштігінің, жұтқыштығының) көрсеткіші болып табылады.

Қатты жыныстардың су өткізгіштігі онын, жарық-шақтығына, негізінен жарықшалардың өлшеміне, олардың мөлшеріне байланысты. Жарықтың қимасы (өлшемі) үлкен болған сайын сүзілу коэффициентінің мәні де жоғары болады. Көптеген шөгінді тау жыныстарының су өткізгіштігі олардың гранулометриялық құрамына, қуыстар мен саңылауларға байланысты. Қуыстар мен саңылаулар көп болған сайын сүзілу коэффициенті арта түседі. Жыныс құраушы түйірлердің әр түрлілігі (мысалы, малтатастардағы қүмды фракция, қүмдағы сазды фракциялар). осы жыныстардың су өткізгіштігін төмендетеді.

Температура жоғарылаған сайын, сүзілу коэффициенті де арта түседі. Сузілу коэффициентін лабораторияда, даладағы жүмыс басында анықтайды. Ең сенімді де-ректерді даладағы жұмыста, тау жыныстарының табиғи жатысы сақталған жағдайда алуға болады. Сүзілу коэффициентін анықтаудың кейбір әдістерін қарастырамыз.

Сүзілу коэффициентін лабораторияда анықтау. Лабораториялық әдістер қүрылымы бұзылған немесе табиғи күйінде сақталған тау жыныстарынан алынған сыналатын үлгілер салынатын конструкциясы түрліше келген аспаптарды пайдалануға негізделген. Байланыспаған грунттар үшін Тим аспабы, Каменский түтігі, Арнайгео түтіктері; байланысқан грунттар үшін Тим, Каменскиндің, Н. В. Коломенскийдің, Б. М. Гуменскийдің т. б. аспаптары қолданылады.. Аспаптардың көбінде сүзілу коэффициентін анықтау принципі қолдан реттелетін арын әсерінен тау жынысы арқылы өтетін судың шамасын өлшеуге негізделген. Арын мен аспаптың ауданы белгілі болғанда судың шығыны арқылы сүзілу коэффициентін табады. Тау жыныстарының су өткізгішін анықтаудың лабораториялық әдістеріне арнаулы нұсқауларда сипаттама беріледі.

Даладағы жұмыс басында сүзілу коэффициентін анықтау. Сүзілу коэффициентін даладағы жұмыс басында анықтағанда ең сенімді нәтижелерге қол жетеді. Өйткені мұндай жағдайда судың қозғалысы езінің табиғи жатыс қалпы сақталған жыныстарда тікелей анықталады. Гидрогеологиялық іздестірулер практикасында суды тарту, тәжірибелік су құю және шурфтардан инфильтрация жүргізу әдістері кеңінен қолданылады.

Бұл әдістердің алдыңғысы сүзілу коэффициентін сулы горизонттардың аумағында, ал өзгелері аэрация ай-мағының шегін анықтағанда қолданылады.

Негізгі әдебиет: 2 [40-52], 4 [130-132; 136-147; 151-154; 167-168; 176-179; 183-194]

Бақылау сұрақтары:

1. Гидрогеология нені оқытады?

2. Жерасты суларының қандай түрлері бар?

3. Агрессивті түрі бойынша жерасты сулары қалай бөлінеді?

4. Жерасты суларының режимі дегеніміз не?

5. Гидрогеологиялық карталардың қандай түрлері бар?

6. Жазық және радиандық ағын дегеніміз не?

7. Жазық және радиандық ағын қозғалысы қандай теңдеумен сипатталады?

8. Құрылыстық котловандарда су ағыны қалай анықталады?

Дата добавления: 2015-12-08