Диденков Ю.Н., Чернов А.Ю. Полевые методы гидрогеологических исследований. Методическое пособие - файл n1.doc

Диденков Ю.Н., Чернов А.Ю. Полевые методы гидрогеологических исследований. Методическое пособие
Скачать все файлы (2485.3 kb.)

Доступные файлы (2):
n1.doc2283kb.06.12.2012 08:01скачать
n2.doc203kb.06.12.2012 08:02скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОТКАЧКИ



Обработка результатов опыта проводится в два этапа.

1 этап. Производится вычисление дебита по известным значениям извлеченных объемов воды в фиксированные интервалы времени

(31)

где V- объем откаченной воды, л;

t- величина интервала времени, с.

Далее строится график зависимости дебита от времени Q=f(t) (приложение 5).

По результатам наблюдений за восстановлением уровня после откачки строится график зависимости понижения уровня от времени с начала восстановления Sв=f(tв). Целесообразнее принимать Sв в метрах, tв – в минутах (приложение 6).
2 этап. При стабильном значении дебита при заданном понижении (установившийся режим фильтрации) определяется удельный дебит
(32)
Расчет коэффициента фильтрации производится по приближенным формулам Форхгеймера для установившегося режима фильтрации
– при полусферической форме дна:
(33)

- при плоском дне:
(34)
Здесь S 0- понижение уровня, м;

r0 - приведенный радиус колодца, м

(35)
F – площадь зеркала воды в колодце, при прямоугольном сечении

(36)
где a и b длины стенок колодца,

Q – установившийся дебит, м3/сут
1 л/c = 86.4 м3/сут
По результатам восстановления уровня определяется коэффициент водопроводимости Т2/сут]. Для напорных вод Т=km, для безнапорных вод T=khср.

Здесь k –коэффициент фильтрации, m и hср. соответственно мощность напорного и средняя мощность безнапорного водоносных горизонтов. Таким образом, коэффициент водопроводимости в неявном виде учитывает коэффициент фильтрации и мощность водоносных пород и характеризует водообильность разреза.

Для определения Т используется графоаналитический метод - способ временного прослеживания. Строится график в координатах S*=f(lgtв).

S* - так называемое остаточное понижение, вычисляемое как разность между понижением на конец откачки и текущим понижением (рис. на стр. 62).

Расчеты ведутся как при обработке откачек воды из скважин (см. предыдущий раздел).


5. ГИДРОМЕТРИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

ПРИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
1. Задачи:
1.1. Для оценки естественных ресурсов подземных вод при гидрогеологической съемке в программу работ включены наблюдения за поверхностным стоком. На речках и ручьях исследуемой территории должны производиться измерения расходов воды, для чего необходима организация временных или стационарных водомерных постов и гидрометрических створов. В результате этих наблюдений должны быть получены данные, позволяющие установить закономерности взаимосвязи поверхностных и подземных вод в различных гидрогеологических условиях. Эти материалы позволяют также увязать результаты отдельных замеров на неизученных или малоизученных реках со стационарными наблюдениями гидрометеостанций и постов гидрометслужб. Кроме того, наблюдения за режимом поверхностного стока дают возможность известными методами выделить величину подземной составляющей.

1.2. Ниже приводятся некоторые рекомендации по измерению расхода воды гидрометрической вертушкой и поверхностными поплавками, способы увязки между собой этих замеров, указания по эксплуатации вертушек, а также оценке расхода заданной обеспеченности.

2. Понятия о расходе воды и гидрометрическом створе

2.1. Расходом воды (Q) называется количество ее, протекающее через данное поперечное сечение реки в единицу времени.

Измерение расхода воды на реках производится путем промера глубин и измерения скорости течения в водном сечении реки гидрометрической вертушкой или поплавками. Величина расхода воды Q3/с) вычисляется в этом случае как произведение площади водного сечения реки F2) на скорость течения V (м/с)

Q=F*V

2.2. Поперечник через реку, в котором промеряются глубины и измеряются скорости течения воды, называется гидрометрическим створом. Гидрометрический створ назначается перпендикулярно среднему направлению течения на участке, отвечающему следующим условиям:

а) участок реки должен быть прямым, характерным для исследуемой реки, берега не заросшими кустарником;

б) русло свободно от водной растительности;

в) течение по возможности параллельно-струйное (ламинарное);

г) не должно быть подпора от плотин и впадающих ниже притоков;


  1. Измерение расхода воды гидрометрической вертушкой


3.1. Работы по измерению расхода воды производятся в следующем порядке:

а) наблюдение за уровнем воды;

б) промер глубин по гидроствору;

в) измерение скоростей течения воды.

3.2. Уровень воды наблюдается на постоянном или временном водомерном посту перед началом и после окончания измерения скоростей течения. Особенно это важно в периоды быстрых подъемов и спадов уровня. На нестационарных постах наблюдения за уровнем не обязательны.

3.3. Промер глубин производится через равные расстояния с таким расчетом, чтобы при ширине реки более 5 м было не меньше 20 промерных вертикалей. Так, например, при ширине реки 10 м расстояния между промерными вертикалями берутся через 0.5 м.

При ширине реки менее 5 м число промерных вертикалей может быть уменьшено, но так, чтобы расстояния между ними были не более 0,25 м.

Измерение глубин производится штангой, наметкой, рейкой и т.д. в зависимости от глубины реки дважды в каждой точке.

Отсчеты и запись глубин не зависимо от способа измерения и значения глубины производятся с точностью до 1см. Измерения глубин производят от уреза воды одного берега до уреза другого берега.

По результатам измерений строится поперечный профиль водного сечения (Рис. 11).


Рис. 11. Поперечный профиль водного сечения

(h - глубины промерных вертикалей, м; b - расстояния между промерными вертикалями, м; f - площади водного сечения между вертикалями, м2)
3.4. Для измерения скорости течения воды применяются гидрометрические вертушки, действие которых заключается в том, что текущая вода вращает лопастной винт, насаженный на ось вертушки. Чем больше скорость течения воды, тем быстрее вращается лопастной винт, тем больше он сделает оборотов за единицу времени. Для определения скорости течения по числу оборотов у каждой вертушки имеется тарировочная кривая. Число оборотов лопастного винта учитывается по сигналам, которые получаются в результате электрического контакта после определенного числа оборотов лопастного винта. У вертушек типа К-З, ГР-21, ГР-21М и САНИИРИ сигнал дается через 20 оборотов, у ЛАГУ - через 25.

3.5. Сигнал осуществляется по следующей электрической схеме (Рис. 12):



Рис. 12. Схема подключения гидрометрической вертушки

к источнику тока и сигнальному устройству.


1 - корпус гидрометрической вертушки; 2 - электрическая лампочка; 3 - электрический звонок; 4 – переключатель; 5 –источник тока; 6-хвостовик вертушки; 7-клеммы
В качестве сигнального устройства может применяться звонок (3) или лампочка от карманного фонаря (2), переключение на которую осуществляется переключателем (4). Провод от клеммы элемента, обозначенной знаком «плюс», обязательно соединяется с клеммой вертушки, соединенной непосредственно с корпусом вертушки (1). Вторая клемма у вертушки изолирована от корпуса эбонитовой втулкой. К ней подводится провод от клеммы элемента, обозначенной знаком «минус».

Провод, идущий от положительного конца элемента можно присоединять к верхнему концу штанги (при условии надежного контакта).

3.6. В последнее время широко применяются гидрометрические вертушки с механическим счетчиком оборотов (вертушки типа ГР-99).

  1. Количество скоростных вертикалей и расстояние между ними определяется шириной реки. При ширине реки более 5 м назначать скоростные вертикали надо с таким расчетом, чтобы число их было не менее 8. При ширине реки менее 5 м число вертикалей может быть уменьшено до 5. По глубине скоростной вертикали намечается положение точек, в которых следует устанавливать вертушку для измерения скорости течения. Наиболее точное значение средней скорости течения на вертикали может быть получено, если измерение производится при свободном от водной растительности и льда русле в следующих 5 точках по глубине.

Первая точка - "у поверхности". Ось вертушки устанавливается возможно ближе к поверхности воды, но так, чтобы лопастной винт не выходил из воды.

Вторая, третья и четвертая точки рассчитываются в долях 0,2; 0.6: и 0,8 рабочей глубины (h), считая от поверхности.

Например: при глубине 1,20 м ось вертушки устанавливается следующим образом:

на 0,2 h - 1,20 х 0,2 = 0,24 м от поверхности воды или

1,20 - 0,24 =0,96 м от дна

на 0,6 h - 1,20 х 0,6 = 0,72 м от поверхности воды или

1,20 - 0,72 =0,48 м от дна и т.д.

Если измерение скорости течения производится вертушкой, укрепленной на штанге, то положение точки берется относительно дна, что соответствует делениям штанги. Если же вертушка подвешивается на тросе, то положение точки берется относительно поверхности воды, что сразу дает глубину погружения вертушки.

Пятая точка - "у дна". Ось вертушки в точке "у дна" устанавливается в зависимости от диаметра лопастного винта возможно ближе ко дну, но так, чтобы при вращении лопастной винт не задевал дна. При гравелисто-галечном неровном русле для предупреждения поломки лопастного винта ось вертушки следует устанавливать несколько выше, так, чтобы перекатывающаяся по дну галька не ударяла в лопасти. Записи наблюдений рекомендуется вести по форме, приведенной в приложении 7.

3.8. Средняя скорость по вертикали определяется по аналитическим формулам, приведенным в п. 4.1.2. Весьма близкое значение к средней скорости течения на вертикали получается, если измерения производить только в двух точках - на 0,2 и 0,8 глубины. При небольших глубинах измерение скорости производится в одной точке на 0,6 или 0,5 рабочей глубины.

В таблице 3 приводятся значения глубин, при которых следует переходить на измерение в 3, 2 и в одной точках.

Таблица 3

Вертушки




Ж-3, ВЖМ-3, ЛАГУ

Ж 2-4, типа Х и САНИИРИ

Положение точек по глубине на вертикали

d=12-13 см

d=5-7 см




рабочие глубины, м




Более 1,00

Более 0,60

В 5 точках (поверхность, 0,2h, 0,6h, 0,8h, дно)

0,60-1,00

0,40-0,60

В 3 точках (0,2h, 0,6h, 0,8h)

0,35-0,60

0,20-0,40

В 2 точках (0,2h и 0,8h)

0,20-0,35

0,10-0,20

В 1 точке (0,6h)

0,10-0,20

0,07-0,10

В одной точке (0,5h)

Менее 0,10

Менее 0,07

Измерения вертушкой не допустимы


3.9. Вертушку на штанге следует устанавливать всегда перпендикулярно к направлению гидрометрического створа. Для этой цели вертушка на штанге обязательно закрепляется и на верхней части штанги, выступающей над водой, устанавливается указатель, направление которого совмещается с направлением корпуса вертушки. При работе вертушкой на штанге прикрепление хвоста не обязательно. Хвост надевается лишь при больших скоростях течения, когда вертушку трудно опустить и удерживать против течения.

3.10. После опускания вертушки в воду в нужную точку по глубине, через один-два сигнала, по которым убеждаются, что сигнализация в порядке, включается секундомер и начинается счет сигналов. Включение секундомеров, отсчеты времени и остановка секундомера производятся по концу сигнала. При малых скоростях, когда сигнал становится очень продолжительным, пускать секундомер и отсчитывать время следует по началу сигнала, так как продолжительный контакт бывает прерывистым, что может ввести в заблуждение наблюдателя. Первый сигнал, по которому включается секундомер, в счет не принимается, он называется нулевым. Если в течение 100 с поступит 4-5 и более сигналов, то по следующему сигналу (первому, поступившему по истечении 100 с) секундомер останавливается и измерение прекращается. При большей скорости течения, когда сигналы поступают чаще чем через 2 с измерение прекращается на 50 сигналах, вне зависимости от времени. Если в течение 100 с поступают только 2 или 3 сигнала, то наблюдение продолжается обязательно до четвертого сигнала. При малой скорости течения, когда промежуток времени между сигналами превышает 60-80 c, измерение вертушкой не рекомендуется, так как возможны большие недопустимые погрешности.

3.11. При счете сигналов следует обращать внимание на равномерность их поступления. Если сигналы поступают очень неравномерно, то измерение в точке прерывается. Вертушка вынимается из воды и проверяется, не тормозится ли чем-либо вращение лопастного винта, исправлен ли контакт у вертушки, в порядке ли сигнальное устройство и электрические провода.

При малой скорости, когда сигналы поступают очень редко, для проверки равномерности их поступления следует следить за временем поступления каждого сигнала; например, первый сигнал поступил на 34 с, следовательно, второй сигнал должен поступить примерно на 68 с, а третий на 102 с. Отклонений при таких показателях должно быть не более чем на 5 с.

3.12. При редких сигналах (небольших скоростях течения) записывается отсчет времени поступления каждого сигнала, а при частых сигналах (больших скоростях) - через один или несколько сигналов. Число сигналов, поступающих за промежуток времени между записями, называется "приемом". Для решения вопроса о числе сигналов за прием первые 2-3 сигнала пропускаются без записи. В зависимости от промежутка времени между сигналами, устанавливается следующее число сигналов на прием.


Промежуток времени между сигналами, с

Число сигналов

на прием

Более 20

1

10-20

2

5-10

3

4-5

4

3-4

5


При поступлении сигналов чаще, чем через 3-5 с следует переходить на упрощенный способ измерения, с записью только общего числа оборотов за время измерения.
4. Вычисление расхода воды
4.1. Вычисление расхода воды производится по формуле:
( 37)

где Q - полный расход воды, м3/c;

V1,2...N - средние скорости на вертикалях № 1, 2 ......N, м/с;

F0 - площадь водного сечения между берегом и первой скоростной вертикалью, м2;

F1, F2- площадь водного сечения между вертикалями № 1 и № 2 и т.д., м2;

FN - площадь водного сечения между последней вертикалью и берегом, м2.

  1. Коэффициенты К для скоростей V1 и VN на прибрежных скоростных вертикалях № 1 и № N принимаются равными:

а) пологий берег с нулевой глубиной на урезе - 0,7;

б) обрывистый берег - 0,8;

в) гладкая стенка - 0,9;

г) при наличии мертвого пространства 0,5;

4.1.2. Расчет средних скоростей аналитическим способом производится по формулам в зависимости от количества точек на скоростной вертикали (5, 3, 2, 1)

5 точек - Vср.= 0.1*(Vпов.+ 3V 0.2 +3V0.6 +2V 0.8 + V дно) (38)

3 точки - Vср.= 0.25*(V 0.2 +2V0.6 +V 0.8) (39)

2 точки - Vср.= 0.5*(V 0.2 +V 0.8) (40)

1 точка - Vср.= V0.6 (41)

Vср.= K*V 0.2 (K принимается = 0.9) (42)

  1. Площади водного сечения береговых участков вычисляются по следующим формулам:

(43) и (44)

где h0,h1,hN - глубины промерных вертикалей, м

b0,bN - расстояния между крайними промерными вертикалями и урезами, м.



  1. Площади водного сечения между промерными вертикалями определяются по следующей формуле:

(45)

где b - расстояния между промерными вертикалями, м;

h - глубины промерных вертикалей, м

4.2. Вычисление расхода воды производится в следующей последовательности:

а) вычисляются рабочие глубины вертикалей и проверяются глубины погружения вертушки;

б) по числу приемов и количеству сигналов за прием подсчитывается суммарное количество оборотов лопастного винта вертушки;

в) по числу приемов и количеству сигналов за прием подсчитывается суммарное количество оборотов лопастного винта вертушки за все время измерения в точке;

г) по найденному числу оборотов за 1 секунду в тарировочной таблице находятся соответствующие величины скорости течения, округляемые во всех случаях до 0.01 м/с;

д) вычисляется средняя скорость по вертикали;

е) вычисляются площади живого сечения между скоростными вертикалями;

ж) вычисляются полусуммы скоростей на соседних скоростных вертикалях и последующим умножением их на площадь живого сечения между этими же вертикалями вычисляются частичные расходы воды;

з) в результате суммирования частичных расходов определяется величина всего расхода воды.
5. Правила эксплуатации гидрометрической вертушки

5.1. Точность измерения расходов воды вертушкой в сильной степени зависит от правильности ее эксплуатации и хранения. Вертушка требует бережного обращения; ее необходимо оберегать от механических повреждений и ржавчины. После измерения расхода воды в тот же день вертушка должна быть разобрана, вычищена и промыта чистым бензином. После просушки все части вертушки протираются тряпкой, смоченной в масле. Применять разрешается только трансформаторное масло. Разборку и сборку вертушки следует производить осторожно над куском материи или плотной бумаги с загнутыми краями, чтобы не утерять какую-либо мелкую деталь (подробнее о правилах обращения и ухода за гидрометрическими вертушками см. «Наставление …» [1]).

5.2. Перед выездом в поле необходимо удостовериться, нет ли необходимости произвести тарировку вертушки заново. Повторное тарирование производят после определения не свыше 50 расходов. Тарирование вертушек производится в специальных тарировочных бассейнах, но иногда приходится тарировать вертушку и в полевых условиях: выбирают озеро или пруд, где течение отсутствует, и устанавливают створы, между которыми лодка с наблюдателем передвигается, по возможности, равномерно. К корме и к носу лодки прикрепляется бечева, при помощи которой лодка передвигается рабочими. Наблюдатель, находящийся в лодке, опускает вертушку на штанге в воду; при проходе лодки через створы, по секундомеру определяют число секунд между звонками. Скорость движения лодки несколько раз меняется; для равномерности движения бечева наматывается на ворот. Затем строится графическая зависимость между числом оборотов лопасти в секунду и скоростью движения лодки.
6. Определение расхода поплавками

6.1. Определение расхода воды поверхностными поплавками наиболее простой и удобный метод, особенно в экспедиционных условиях. Измерение расхода воды производится путем определения промерами площади живого сечения потока и поверхностных скоростей. Отсутствие ветра является необходимым условием при измерении расхода воды этим способом.

6.2. На выбранном участке реки, отвечающем условиям, изложенным в п. 2.2., прокладывают магистраль параллельно направлению течения, а на прямом участке реки - параллельно линии уреза воды. Под прямым углом к магистрали разбивают три створа -
1   2   3   4   5   6   7   8   9
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации