Методическая разработка для студентов по гидрогеологии

Методическая разработка для обучающихся по гидрогеологии.

Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?

Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.

Быстро и объективно проверять знания учащихся.

Сделать изучение нового материала максимально понятным.

Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.

Наладить дисциплину на своих уроках.

Получить возможность работать творчески.

=> ПОЛУЧИТЬ СУПЕРСПОСОБНОСТИ УЧИТЕЛЯ <=

Просмотр содержимого документа
«Методическая разработка для студентов по гидрогеологии»

Министерство образования и науки Челябинской области

государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Миасский геологоразведочный колледж»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

«Графоаналитический метод определения гидрогеологических параметров водоносного горизонта»

по ПМ.01 ВЕДЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ГИДРОГЕОЛОНИЧЕСКИХ И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ПОИСКОВО-РАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТАХ

для специальности 21.02.09 Гидрогеология и инженерная геология

Автор: Ермолаева Валентина Викторовна

Миасс

2020

Содержание

Пояснительная записка…………………………………………………………...3

Технологическая карта……………………………………………………………4

Алгоритм выполнения практической работы № 1……...……...…..…………..7

Задание для практической работы №1…………………………………………10

Алгоритм выполнения практической работы № 2……...……...…..…………12

Задание для практической работы №2…………………………………………15

Дидактические материалы………………………………………………………17

Библиографический список…………………………………………………….20

Пояснительная записка

Методические рекомендации по выполнению практических работ составлены в соответствии с рабочей программой ПМ.01 Ведение технологических процессов гидрогеологических и инженерно-геологических исследований при поисково-разведочных работах.

МДК.01.01 Основы технологии гидрогеологических и инженерно-геологических работ предназначены для студентов 3 и 4 курса специальности 21.02.09 «Гидрогеология и инженерная геология».

Практические работы по темам: «Расчеты гидрогеологических параметров водоносного горизонта способом временного прослеживания уровня», «Расчеты гидрогеологических параметров водоносного горизонта способом площадного прослеживания уровня», направлены на систематизацию, углубление и закрепление полученных теоретических знаний по гидрогеологии по теме: „Определение гидрогеологических параметров при неустановившемся движении. Графоаналитический метод”.

Данные темы практических работ являются частью главы „Гидрогеологические расчёты” курсового и дипломного проектов по гидрогеологии.

Также они являются главой любого производственного проекта или отчёта для целей орошения или водоснабжения населённых пунктов.

Методическая разработка включает в себя следующие разделы:

1. Технологическая карта урока;

2. Алгоритм выполнения работы;

3. Задание для практической работы;

4. Дидактическое обеспечение урока.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА УРОКА

Преподаватель: Ермолаева Валентина Викторовна

Учебная дисциплина		Гидрогеология
Дата урока		В течение учебного года
№ группы, профессия/специальность обучающихся		21.02.09 «Гидрогеология и инженерная геология»
Раздел/тема Программы		Неустановившееся движение подземных вод
Тема урока		Определение гидрогеологических параметров при неустановившемся движении. Графоаналитический метод
Цели урока:		Обучающая: Формирование и углубление знаний по определению гидрогеологических параметров способами временного и площадного прослеживания уровня подземных вод. Научиться делать выводы о качестве проведенной откачке и выполненных расчетов.
		Развивающая: Развитие умения правильно обобщить, проанализировать данные и сделать вывод о правильности расчетов.
		Воспитательная: Развитие чувства ответственности за порученное дело, исполнительности, аккуратности.
Тип урока		Урок совершенствования знаний, умений и навыков
Технологии, методы, приёмы обучения		Беседа, демонстрация, упражнения обучающихся, групповой метод
Формы организации деятельности обучающихся		Групповая
Основные понятия, термины		Коэффициент водопроводимости, коэффициент фильтрации, коэффициент пьезопроводности, коэффициент уровнепроводности, радиус влияния депрессионной воронки, упругая водоотдача, гравитационная водоотдача
Оснащение урока		Компьютер, колонки, проектор, дидактические материалы.
Планируемые результаты
Личностные		Сформированность к пониманию сущности и социальной значимости своей будущей профессии, проявлению к ней устойчивого интереса; готовность и способность к самостоятельной, творческой и ответственной деятельности.
Метапредметные		Умение продуктивно применять полученные знания; готовность и способность к самостоятельной информационно-познавательной деятельности, включая умение ориентироваться в различных источниках; умение самостоятельно выполнять расчеты и делать вывод об их правильности.
Предметные		Организовывать собственную деятельность, определять методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность
Учебные действия		Умение анализировать и синтезировать новые знания и делать выводы
ХОД УРОКА
Элементы внешней структуры урока	Элементы внутренней (дидактической) структуры урока		Задачи этапа урока	Деятельность преподавателя	Деятельность обучающихся
1. Подготовите льный этап	Организацион ный момент		Определить готовность группы к занятию Создать благоприятную психологическую обстановку	Приветствие, представление, проверка готовности студентов к обучению.	Готовятся к уроку
	1.2.Целевая установка		Мотивировать обучающихся на продуктивную учебную деятельность	Произносит вступительное слово Задает вопросы о неустановившемся движении подземных вод, их классификации по гидравлическим свойствам, формулирует тему занятия	Слушают вступительное слово Отвечают на вопросы преподавателя
	1.3. Актуализация опорных знаний и опыта обучающихся		Определить готовность обучающихся к изучению темы занятия	Обсуждает с обучающимися вопрос: «Какие гидрогеологические параметры существуют?»	Вспоминают известные им гидрогеологические параметры
2. Основной этап	2.1.Формирование новых знаний и умений		Создать условия для восприятия и совершенствования знаний, умений и навыков обучающимися	Дает студентам алгоритм выполнения задания. Организует работу по выполнению задания	Слушают преподавателя Выполняют работу под руководством преподавателя
	2.2. Закрепление усвоенных знаний и освоенных умений Подтверждение реализованной цели		Создать условия для закрепления обучающимися усвоенных знаний (организовать деятельность обучающихся и управлять ею)	Обсуждает со студентами результаты проделанной работы Задает контрольные вопросы, которые есть в задание	Ведут дискуссию и отвечают на поставленные вопросы
	2.3. Выдача домашнего задания		Создать условия для усвоения обучающимися содержания домашнего задания и требований к его выполнению (организовать деятельность обучающихся и управлять ею)	Выдает каждому обучающемуся индивидуальное задание	Фиксируют домашнее задание
3. Заключите льный этап	3.1. Подведение итогов урока		Подвести итоги занятия, проверить реализацию его целей	Уточняет, что нового узнали студенты на занятии Выставляет оценки	Обсуждают занятие

Практическая работа № 1

Графоаналитический метод определения гидрогеологических параметров водоносного горизонта. Способ временного прослеживания понижения уровня.

Алгоритм выполнения работы

Способ временного прослеживания заключается в прослеживании понижения или восстановления уровня во времени по замерам в одной или нескольких скважинах.

Напорные воды

Искомыми параметрами являются коэффициенты пьезопроводности (а) и водопроводимости (km), радиус влияния депрессионной воронки (R) и упругая водоотдача (μ^*), для их определения необходимо:

1. используя данные откачки, которые сведены в таблицу:

t, время от начала откачки (сут, час, мин)

lg t

S, м

построить график зависимости S = f (lg t).

2. По большинству точек, которые ложатся на прямую, проводим линию с помощью линейки. Точка пересечения прямой графика с осью ординат представляет собой величину А, которая называется начальной ординатой, отсекаемой прямой графика по оси ординат ( y ). Определяем угловой коэффициент графика B, для этого берём на прямой графика две произвольные точки, и спроектировав их на оси абсцисс и ординат, получим величины, по которым определяется угловой коэффициент графика В, используя формулу:

3. Рассчитываем гидрогеологические параметры:

3.1 определяем коэффициент водопроводимости Т по формуле:

, [м²/сут]

при этом дебит должен быть постоянным;

3.2 используя значения А (начальная ордината) и В (угловой коэффициент), снятые с графика зависимости S = f (lg t), по формуле определяем значение коэффициента пьезопроводности (а):

, [м²/сут]

где r (м) – для центральной скважины куста и для одиночной скважины –

это радиус фильтра расчётной скважины в метрах. Для

наблюдательных – это расстояние от центральной скважины до

наблюдательной в метрах.

Затем берут анти lg a и определяют значение коэффициента пьезопроводности (а).

Размерность коэффициента пьезопроводности a зависит от того, в каких единицах построен график lg t. Если в сутках, то ответ получаем в м²/сут. Если в часах, то ответ м²/ч·24=м²/сут. Если в минутах, то ответ м²/мин·1440=м²/сут.

3.3 определяем радиус влияния депрессионной воронки (R) по формуле:

R = 1,5 , [м]

где а – коэффициент пьезопроводности, м²/сут;

t – время эксплуатации водозабора 25 лет или 10⁴ суток.

3.4 вычисляем упругую водоотдачу (μ^*) по формуле:

4. делаем вывод о правильности выполненных расчетов и качестве откачки.

Грунтовые воды

Грунтовые воды отличаются от напорных вод тем, что их мощность при откачках уменьшается, т. е. является величиной переменной. Но этим фактором можно пренебречь, если величина понижения (S) к концу откачки не превышает 20% начальной мощности водоносного горизонта: S ≤ 0,2H. Тогда все графики и формулы, предложенные для напорных вод, будут справедливы и для грунтовых.

Если S 0,2H при откачках, то для определения гидрогеологических параметров строят аналогичные рассмотренные для артезианских вод графики, только по оси ординат откладывают не S, a (2H-S)S.
Искомыми параметрами являются коэффициенты уровнепроводности (а_у) и фильтрации (k), радиус влияния депрессионной воронки (R) и гравитационная водоотдача (μ), для их определения необходимо:

1. используя данные откачки, которые сведены в таблицу:

t, время от начала откачки (сут, час, мин)

lg t

S,м

(2Н-S)S

построить график зависимости (2Н-S)S = f (lg t).

3. Рассчитываем гидрогеологические параметры:

3.1 определяем коэффициент фильтрации k по формуле:

, [м/сут]

при этом дебит должен быть постоянным;

3.2 используя значения А (начальная ордината) и В (угловой

коэффициент), снятые с графика зависимости (2Н-S)S = f (lg t), по

формуле определяем значение коэффициента уровнепроводности

(а_у):

, [м²/сут]

где r (м) – для центральной скважины куста и для одиночной скважины

– это радиус фильтра расчётной скважины в метрах. Для

наблюдательных – это расстояние от центральной скважины

до наблюдательной в метрах.

Затем берут анти lg a и определяют значение коэффициента уровнепроводности (а_у).

Размерность коэффициента уровнепроводности a_у зависит от того, в каких единицах построен график lg t. Если в сутках, то ответ получаем в м²/сут. Если в часах, то ответ м²/ч·24=м²/сут. Если в минутах, то ответ м²/мин·1440=м²/сут.

3.3 определяем радиус влияния депрессионной воронки (R) по формуле:

R = 1,5 , [м]

где а_у – коэффициент уровнепроводности, м²/сут;

t – время эксплуатации водозабора 25 лет или 10⁴ суток.

3.4 вычисляем гравитационную водоотдачу (μ) по формуле:

4. делаем вывод о правильности выполненных расчетов и качестве откачки.

Задание для практической работы №1

Определить гидрогеологические параметры путём построения графиков зависимости S=f (lg t) или (2Н-S)S = f (lg t) , имея таблицу с данными понижения (S) и времени (t).

Обеспеченность задания: 1. Таблица с данными понижения и времени.

2. Последовательность выполнения расчёта.

3. Образец выполненной работы.

Содержание отчёта: На основании выданного задания (таблицы с данными) отчет оформить в следующей последовательности:

1. Построение графика зависимости S=f (lg t) или (2Н-S)S = f (lg t).

2. Определение на графике значения начальной ординаты А и углового

коэффициента В.

3. Вычисление гидрогеологических параметров:

3.1 определение коэффициентов водопроводимости (Т) или фильтрации (k);

3.2 определение коэффициентов пьезопроводности (а) или

уровнепроводности (а_у);

3.3 определение радиуса влияния депрессионной воронки (R);

3.4 определение упругой водоотдачи (μ^*) или гравитационной водоотдачи

(μ^*).

4. Вывод о правильности расчётов, исходя из гидравлических свойств

водоносного горизонта.

Контрольные вопросы:

1. Дать определение напорному и безнапорному водоносному горизонту.

2. Дать определение гидрогеологическим параметрам.

3. В какой последовательности выполняется расчёт параметров?

4. Что определяется по графику зависимости S=f (lg t) или (2Н-S)S = f (lg t)?

5. На основании, каких фактов делается вывод о качестве выполненных

расчётов?

Задача

Из напорного водоносного горизонта была выполнена опытная откачка с постоянным дебитом 1,0 л∕с из скважины радиусом 0,1 м. Наблюдения за понижением уровня велись по центральной скважине. Результаты замеров приведены в таблице 1. Уровни воды в последние 12 часов не изменились, поэтому откачка была прекращена.

Определить коэффициенты водопроводимости (km) и пьезопроводности (а), а также величину радиуса влияния на конец откачки (R) и значение упругой водоотдачи (μ^*).

таблица 1

t, час.

lg t

S, м.

t, час.

lg t

S, м.

t, час.

lg t

S, м.

0,30

0,6

0,78

0,9

5,70

6,00

6,12

6,28

6,38

1,08

1,2

1,3

1,38

1,45

6,45

6,55

6,65

6,71

6,75

1,5

1,56

1,6

1,64

1,68

6,80

6,90

Практическая работа № 2

Графоаналитический метод определения гидрогеологических параметров водоносного горизонта. Способ площадного прослеживания понижения уровня.

Алгоритм выполнения работы

Обработка изменений уровня в зависимости от расстояния наблюдательных скважин до центральной, т. е. по площади опытного участка, осуществляется способом площадного прослеживания уровня.

Этот способ применяют при обработке опытной кустовой откачки, когда имеется не менее 3-х, 4-х наблюдательных скважин.

Напорные воды

1. используя данные откачки, которые сведены в таблицу:

номер скважины

r, м

lg r

S, м

построить график зависимости S = f (lg r).

В таблице будет столько строчек, сколько наблюдательных скважин.

2. По большинству точек, которые ложатся на прямую, проводим линию с помощь линейки. Точка пересечения прямой графика с осью ординат представляет собой величину А, которая называется начальной ординатой, отсекаемой прямой графика по оси ординат ( y ). Определяем угловой коэффициент графика B, для этого берём на прямой графика две произвольные точки, и спроектировав их на оси абсцисс и ординат, получим величины, по которым определяется угловой коэффициент графика В, используя формулу:

3. Рассчитываем гидрогеологические параметры:

3.1 определяем коэффициент водопроводимости Т по формуле:

, [м²/сут]

при этом дебит должен быть постоянным;

3.2 используя значения А (начальная ордината) и В (угловой

коэффициент), снятые с графика зависимости S = f (lg r), по формуле

определяем значение коэффициента пьезопроводности (а):

, [м²/сут]

где t (сут) – время в пределах квазистационарного режима, на которое

взяты понижения по всем наблюдательным скважинам в

кусте. Если построить графики для разного времени t, то

прямые будут параллельны.

Затем берут анти lg a и определяют значение коэффициента пьезопроводности (а).

3.3 определяем радиус влияния депрессионной воронки (R) по формуле:

R = 1,5 , [м]

где а – коэффициент пьезопроводности, м²/сут;

t – время эксплуатации водозабора 25 лет или 10⁴ суток.

3.4 вычисляем упругую водоотдачу (μ^*) по формуле:

4. делаем вывод о правильности выполненных расчетов и качестве откачки.

Грунтовые воды

Искомыми параметрами являются коэффициенты уровнепроводности (а_у) и фильтрации (k), радиус влияния депрессионной воронки (R) и гравитационная водоотдача (μ) для их определения необходимо:

используя данные откачки, которые сведены в таблицу:

номер скважины

r,м

lg r

S, м

(2Н-S)S

построить график зависимости (2Н-S)S = f (lg r);

В таблице будет столько строчек, сколько наблюдательных скважин.

величины, по которым определяется угловой коэффициент графика В, используя формулу:

3. Рассчитываем гидрогеологические параметры:

3.1 определяем коэффициент фильтрации k по формуле:

, [м/сут]

при этом дебит должен быть постоянным;

3.2 используя значения А (начальная ордината) и В (угловой

коэффициент), снятые с графика зависимости (2Н-S)S = f (lg r), по

формуле определяем значение коэффициента уровнепроводности

(а_у):

, [м²/сут]

где t (сут) – время в пределах квазистационарного режима, на которое

взяты понижения по всем наблюдательным скважинам в кусте.

Если построить графики для разного времени t, то прямые будут параллельны.

Затем берут анти lg a и определяют значение коэффициента

уровнепроводности (а_у).

3.3 определяем радиус влияния депрессионной воронки (R) по формуле:

R = 1,5 , [м]

где а_у – коэффициент уровнепроводности, м²/сут;

t – время эксплуатации водозабора 25 лет или 10⁴ суток.

3.4 вычисляем гравитационную водоотдачу (μ) по формуле:

4. делаем вывод о правильности выполненных расчетов и качестве откачки.

Задание для практической работы № 2

Определить гидрогеологические параметры путём построения графиков зависимости S=f (lg r) или (2Н-S)S = f (lg r) , имея таблицу с данными

понижения (S) и расстояния от центральной скважины до наблюдательных (r).

Обеспеченность задания: 1. Таблица с данными понижения и расстояния.

2. Последовательность выполнения расчёта.

3. Образец выполненной работы.

1. Построение графика зависимости S=f (lg r) или (2Н-S)S = f (lg r);

2. Определение на графике значения начальной ординаты А и углового

коэффициента В;

3. Используя значения графика А и В, рассчитать гидрогеологические

параметры:

3.1 определение коэффициентов водопроводимости (Т) или фильтрации(k);

3.2 определение коэффициентов пьезопроводности (а) или

уровнепроводности (а_у);

3.3 определение радиуса влияния депрессионной воронки (R);

3.4 определение упругой водоотдачи (μ^*) или гравитационной водоотдачи

(μ^*).

4. Вывод о правильности расчётов и качестве выполненных работ.

Контрольные вопросы:

1. Чем отличаются расчеты для напорного и безнапорного водоносных

горизонтов?

2. В каких случаях применяется способ площадного прослеживания уровня?

3. В какой последовательности выполняется расчёт параметров?

4. Что определяется по графику зависимости S=f (lg r) или (2Н-S)S = f (lg r)?

5. На основании, каких фактов делается вывод о правильности выполненных

расчётов и о качестве проведенных работ?

Задача

Из безнапорного водоносного горизонта, мощностью 30 м, была выполнена опытная кустовая откачка с постоянным дебитом 640 м³/сут. Куст скважин состоял из одной центральной и четырёх наблюдательных. Откачка продолжалась 15 суток. Данные заносились в таблицу 1.

Требуется определить коэффициенты фильтрации (k) и уровнепроводности (а_у), радиус влияния (R) и гравитационную водоотдачу (μ).

таблица 1

номер

скважины

r, м

lg r

S, м

(2H-S)S

1н

2н

3н

4н

105

1,54

1,74

1,84

2,02

2,83

2,54

2,42

2,13

161,8

145,9

139,3

123,3

Дидактическое обеспечение урока

Образец работы

Практическая работа № 1

Тема: «Графоаналитический метод определения гидрогеологических параметров

водоносного горизонта. Способ временного прослеживания понижения

уровня»

Задача

Определить гидрогеологические параметры: коэффициенты фильтрации (k) и уровнепроводности (а_у), радиус влияния депрессионной воронки (R) и гравитационную водоотдачу (μ) трещиноватых известняков, имеющих свободную поверхность. Опытная кустовая откачка производилась с постоянным дебитом 1130 м³/сут., из водоносного горизонта мощностью 38 м. За понижением уровня следили по наблюдательной скважине, находящейся на расстоянии 80 м от центральной.

Данные заносились в таблицу 2.

таблица 2

t, сут

lg t

S, м

(2H-S)S

t, сут

lg t

S, м

(2H-S)S

0,3

0,48

0,6

0,7

0,6

0,82

0,99

1,11

1,2

23,64

32,1

38,61

43,16

46,56

0,78

0,84

0,9

0,95

1,28

1,34

1,4

1,45

1,49

49,3

52,0

54,0

55,8

57,5

1. По данным таблицы строим график зависимости (2H-S)S = f(lg t)

2. А = 33

В =

3. определяем гидрогеологические параметры:

3.1 k = 15,32 (м/сут)

3.2 l g a_y = 2lg r – 0,35+ = 2 lg 70 – 0,35 + = 4,55

a_y = 35481,3 (м²/сут)

a_y ≈ 3,5 · 10⁴ (м²/сут)

3.3 R = 1,5 = 1,5 = 28254,6 (м)

t = 10⁴ (сут)

3.4 μ = = 0,016

4. Вывод: Исходя из значения коэффициента уровнепроводности ( a_y ≈ 3,5 · 10⁴ м²/сут)

расчёт выполнен верно, откачка проведена качественно.

Образец работы

Практическая работа № 2

Тема: «Графоаналитический метод определения гидрогеологических параметров

водоносного горизонта. Способ площадного прослеживания понижения

уровня»

Задача

Опытная кустовая откачка выполнялась из куста, состоящего из 5 скважин: одной центральной и четырёх наблюдательных. Откачка выполнялась 18 суток с постоянным дебитом 900 м³/сут. Данные о понижении уровня заносились в таблицу 2.

Требуется определить коэффициенты пьезопроводности (а) и водопроводимости (km), радиус влияния (R) и упругую водоотдачу (µ^*).

таблица 2

номер скважины

r, м

lg r

S, м

1н

2н

3н

4н

120

1,3

1,7

1,9

2,1

1,4

1,1

0,9

0,6

1. По данным таблицы строим график зависимости S = f(lg r)

2. А = 1,55

В = = = 0,46

3. Определяем гидрогеологические параметры:

3.1 Т = km = = = 716,1 (м²/сут)

3.2 lg a = - 0,35 – lg t = - 0,35 – lg 18 = 5,15

а = 141253,7 (м²/сут)

а = 1,4·10⁵ (м²/сут)

3.3 R = 1,5 = 1,5 = 56375,6 (м)

t = 10⁴(сут)

3.4 μ^* = = = = 0,005

4. Вывод: Исходя из полученных значений коэффициента пьезопроводности

(а = 1,4·10⁵ м²/сут) можно сказать, что расчёт выполнен правильно и откачка

произведена качественно.

Библиографический список

Гордеев, П. В. Гидрогеология / П. В. Гордеев, В. А. Шемелина, О. К. Шулякова. – М.: Высшая школа, 1990. – 448 с.

Климентов, П. П. Динамика подземных вод / П. П. Климентов, В. М. Кононов. – М.: Высшая школа, 1973. – 440 с.

Ленченко Н.Н. Практикум по динамике подземных вод: Учеб. пособие для студентов вузов: В 2 ч. / Ленченко Н.Н., Фисун Н.В. – М.: ООО «Недра – Бизнес- центр», 2008.- Ч.1 -120 с.

Мироненко, В. А. Динамика подземных вод / Мироненко В. А.- М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2001. – 519 с.

Шестаков, В. М. Практикум по динамике подземных вод / В. М. Шестаков, И. П. Кравченко, Р. С. Штенгелов. – М.: МГУ, 1987. – 224 с.