Основные характеристики подземных вод. Характеристики гидрографической сети р. Тамга

Кыргызско – Российский Славянский университет

 

Естественно –  технический факультет

 

КАФЕДРА ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ, ЭКОЛОГИИ И ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Основные характеристики подземных вод. Характеристики гидрографической сети р. Тамга

 

 

 

 

 

 

Исполнитель: студентка гр. ЕГ-1-11 Качкынова  Жамиля

Руководитель КП: к.г.н., доц. каф. МЭО

Зыскова Э. Ю.

 

 

 

 

 

Бишкек 2013

 

РЕФЕРАТ

 

Курсовой проект: 23 стр., 13 рис., 6 таб., 12 источников.

 

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, ДЛИНА  РЕКИ, ИЗВИЛИСТОСТЬ, ПРОФИЛЬ, УКЛОН, ПЛОЩАДЬ, ДЛИНА, ШИРИНА, БАССЕЙН, ГРАФИКИ

 

Объектом исследования является река Тамга на Ыссык –Кульской котловине.

Цель проекта – измерить по топографической карте Кыргызстана №6: длину реки, извилистость, длину и ширину бассейна. А так же, построить: гидрографическую  схему речной  сети, продольный профиль и уклон реки, график нарастания площади бассейна.

Метод исследования и исходные данные – исследование-обзор научной литературы гидрологического режима подземных вод и расчет и анализ морфометрических характеристик бассейна реки Тамга на основании картографического метода исследования топографической карты №5 () масштабом 1:200 000.

В результате исследования получены данные по длине реки, ее извилистости и уклону, длине, ширине и площади бассейна, а также построены гидрографическая схема речной сети, продольный профиль дна, гипсографическая кривая реки.

Результаты исследований рекомендуются к практическому  использованию как важный элемент  прикладного речного описания территории.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

		Стр.
	ВВЕДЕНИЕ	4
1	ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД	5
1.1	Движение подземных вод	5
1.2	Определение направления  и скорости движения воды	8
1.3	Источники питания подземных  вод	9
2	ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРОГРАФИЧЕСКОЙ СЕТИ Р. ТАМГА	12
2.1.	Характеристики гидрографической сети	12
2.1.1	Длина реки. Извилистость	12
2.1.2	Гидрографическая схема  речной сети	13
2.1.3	Продольный профиль и  уклон реки	14
2.2	Морфометрические характеристики бассейна	16
2.2.1	Площадь водосбора	16
2.2.2	Длина и ширина бассейна	17
2.2.3	Коэффициенты, характеризующие  бассейн	18
2.2.4	График нарастания площади  бассейна по длине главной реки	19
2.2.5	График распределения  площадей по высотным зонам и гипсографическая кривая	19
	ЗАКЛЮЧЕНИЕ	22
	СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ	23

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно - выражение «вода - это жизнь». Подземные воды также подвергаются загрязнению и истощению. В связи с этим при решении проблем охраны и рационального использования окружающей среды подземные воды, которые являются одной из наиболее используемых, уязвимых и динамичных составляющих геологической среды, занимают особое место. 

Исследование гидрологического режима рек Кыргызстана стоит  на особом месте, так как речные воды достаточно широко используются во всех отраслях народного хозяйства и, в первую очередь в гидроэнергетике  и ирригационных системах водного  хозяйства.

Задачи работы:

• На основании научно-методического материала изучить структуру, движение, скорость и другие характеристики подземных вод;
• Рассчитать основные характеристики гидрологической сети реки Тамга;
• Построить и проанализировать продольный профиль р. Тамга;
• Рассчитать морфометрические характеристики бассейна;
• Построить и проанализировать нарастание площади бассейна по длине реки Тамга и распределение площади по высотным ступеням.

В первой главе исследованы основные характеристики подземных вод: структура, движение, направление и скорость движения воды.

Во второй главе рассчитаны и проанализированы: длина, извилистость и уклон реки Тамга, морфометрические характеристики бассейна, длина и ширина бассейна; построены и проанализированы: гидрографическая схема, продольный профиль реки Тамга, графики нарастания площади бассейна и распределения площадей по высотным зонам и гипсографическая кривая.

           Предмет исследования – изучение физических свойств природных вод и характеристик гидрографической сети р.Тамга.

Структура работы состоит из введения, основной части, заключения, списка используемой литературы и приложения. 

 

 

1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

 

1. Движение подземных вод

 

Подземные воды – воды, находящиеся  в толщах горных пород верхней  части земной коры в жидком, твердом  и газообразном состоянии. Они или свободно циркулирует по трещинам и порам горных пород и почв, подчиняясь силе тяжести, или находятся в физически и химически связанном состоянии с минеральными частицами почв, грунтов и горных пород.

Впитывание, или инфильтрация, – процесс проникновения влаги в почву. Передвижение ее от слоя к слою в условиях различной степени насыщения водой нижерасположенных горизонтов почвогрунтов относится к процессу просачивания. Процесс этот сложный и состоит из нескольких стадий. Чаще выделяют две стадии: впитывания и фильтрации. Вода атмосферных осадков, попадая на сухую почву, в начальный момент, подвергается действию сорбционных и капиллярных сил и интенсивно поглощается поверхностью почвенных частиц. Постепенно поры малого сечения заполняются, и движение воды в стадии впитывания осуществляется в виде пленочного и капиллярного перемещения. При полном насыщении всех пор движение воды в стадии фильтрации происходит под преобладающим действием силы тяжести и характеризуется законом ламинарного движения. В почвогрунтах всегда имеются крупные пустоты, трещины, ходы корневой системы растений, по которым вода с поверхности почвы в форме капельно-струйчатого (турбулентного) движения может проникать на ту или иную глубину. Этот процесс называют инфлюацией. Соотношение между всеми формами движения меняется в широких пределах в зависимости от влажности почвогрунтов, их механического состава, культурной обработки, наличия воздушных пробок и т. п.

Количественными характеристиками впитывания, или инфильтрации, являются интенсивность и суммарная величина. Под интенсивностью впитывания понимают количество воды в миллиметрах слоя, поглощенной почвой в единицу  времени (мм/мин). Суммарная величина впитывания характеризуется слоем воды, поглощенной почвой за некоторый промежуток времени, и выражается в мм.

Интенсивность впитывания зависит  не только от водных свойств почвогрунтов, но в значительной степени определяется и их влажностью. Если почва сухая, она обладает большой инфильтрационной способностью и в первый период времени после начала дождя интенсивность впитывания близка к интенсивности дождя. С увеличением влажности почвогрунтов интенсивность инфильтрации постепенно уменьшается и при достижении полной влагоемкости в стадии фильтрации становится постоянной, равной коэффициенту фильтрации данного почвогрунта.

Впитывание воды происходит и в мерзлую почву во время  снеготаяния, но такое состояние  почвы существенно замедляет  процесс инфильтрации и фильтрации. При этом интенсивность процесса зависит от начальной влажности  перед замерзанием.

Скорости движения воды в  мелкозернистых породах невелики и  измеряются метрами или даже сантиметрами в сутки (происходит ламинарное движение воды). В крупнообломочных и трещиноватых породах скорости движения воды значительно  больше; в них может происходить  турбулентное движение, свойственное открытым потокам. В обоих случаях  движение воды в водоносных слоях  со свободной поверхностью совершается  под влиянием гидростатического  напора от мест с более высоким  уровнем к местам с более низким уровнем. В естественных условиях вода передвигается по направлению к выходам источников, к открытым водоемам, если уровень в последних стоит ниже, чем уровень воды в водоносном пласте, и, наоборот, может уходить из водоемов в грунт при обратном соотношении уровней. Движение воды в водоносном пласте может быть вызвано искусственно откачкой воды из колодца, искусственным дренажем.

Наиболее изучен закон  движения воды в мелкозернистых породах  – в песках с мелкими, преимущественно  капиллярными порами. Движение воды в  случае фильтрации подчиняется закону Дарси, выражаемому формулой:

,                                                     (1.1)

где Q – количество воды (м³/с), протекающей в единицу времени через данное поперечное сечение породы площадью F (м²); К – коэффициент водопроводимости или коэффициент фильтрации; h – напор (м); l –длина пути фильтрационного потока (м).

Величина напора определяется по разности уровней в двух сечениях потока, т е. h = H₁ — H₂, где H₁ и H₂ – высота уровней в точках А и В (рис. 1). Под влиянием напора вода из сечения АА₁ перемещается в направлении сечения BB₁ Отношение h / l есть падение напора на единицу длины пути фильтрации, т. е. напорный градиент, или гидравлический уклон, и обозначается  .

Разделив обе части  равенства на площадь F, получим:

,                                                       (1.2)

где   носит название скорости фильтрации.

Скорость фильтрации не является действительной скоростью движения воды в порах породы, она представляет фиктивную (приведенную) скорость движения воды. Площадь поперечного сечения  потока F в формуле принята равной площади поперечного сечения породы, тогда как в действительности вода передвигается в породе только по порам и площадь сечения потока равна общей площади пор. Чтобы получить действительную скорость движения вод в порах грунта  и, надо расход воды Q разделить на площадь, занятую порами, т. е.

,                                                            (1.3)

где  р – коэффициент пористости.

Действительная скорость движения воды больше скорости фильтрации (и>v), так как коэффициент пористости меньше единицы. Коэффициент фильтрации численно равен скорости фильтрации при i = l и может быть выражен в см/с, м/сут и т.п. Это следует из формулы (1.3).

Величины коэффициента фильтрации горных пород приводятся в таблице 1.1. 

Таблица 1.1 - Ориентировочные значения коэффициента фильтрации рыхлых горных пород (по Н. Н. Биндеману)

Порода	Коэффициент фильтрации, м/сут	Порода	Коэффициент фильтрации, м/сут
Глина	0,001	Песок мелкозернистый	1 – 5
Суглинок легкий	0,05 – 0,10	Песок крупнозернистый	20 – 50
Супесь	0,10 – 0,50	Гравий	20 – 150
Лёсс	0,25 – 0,50	Галечник	100 – 500

 

Коэффициент фильтрации может  быть определен путем лабораторного  анализа в специальных приборах, загруженных испытуемым грунтом, а  также на основании механического  анализа грунта с последующим  применением эмпирических формул расчета.

Установлено, что коэффициент  фильтрации зернистых грунтов зависит  от величины пористости, действующей  величины зерен грунта и вязкости фильтрующейся воды, которая в  свою очередь зависит от температуры  воды. Все эти величины в явном  или скрытом виде входят в предложенные эмпирические формулы расчета коэффициента фильтрации. Хорошо известна формула  Газена-Замарина, применяемая для расчета коэффициента фильтрации в мелкозернистых породах (в м/сут). Она имеет вид:

,                                               (1.4)

где d_e – действующая величина диаметра зерен грунта в пределах 0,01– 3 мм; t – температура воды в градусах; C – эмпирический коэффициент, изменяющийся от 400 до 1200, учитывающий степень разнородности состава породы и отчасти пористости грунта; его можно вычислить по формуле С = 400+40(р – 26), где р – пористость в процентах.

Для сравнительно однородных крупнозернистых песков величину коэффициента фильтрации можно принять равной среднему диаметру зерен песка в  метрах, т.е. K=d_cр, м/сут. В практике гидрогеологических исследований широкое распространение получил полевой метод определения коэффициента фильтрации. Его преимущество заключается в непосредственном определении осредненных значений коэффициента фильтрации для всей толщи водоносной породы. Метод этот известен как метод опытных откачек. Теория этого метода и применение его на практике излагаются в специальных курсах гидрогеологии.

 

2. Определение направления и скорости движения воды

 

Скорость и направление  движения воды в водоносном пласте можно определить непосредственными  наблюдениями в поле. Полевой способ основан на введении в воду индикатора – раствора соли, например поваренной, или органической краски – и определении  скорости перемещения в воде введенного вещества. Индикатор вводят в опытную (пусковую) скважину. На некотором расстоянии от пусковой скважины закладываются  наблюдательные скважины по окружности или, если известно направление потока, по этому направлению. Отмечают время  введения раствора в опытную скважину, время появления введенного вещества в одной из скважин и момент наступления его максимальной концентрации. Для этой цели из наблюдательных скважин регулярно берутся пробы воды. Скважина, в которой введенный раствор появится раньше, будет находиться по направлению потока. Установив направление потока, определяют скорость движения воды и по формуле: