Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Лабораторная работа «Физические свойства и химический состав подземных вод»




Заказать ✍️ написание работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение
   
1 Основы гидрогеологии
1.1 Лабораторная работа «Состав и свойства подземных вод»
1.2 Лабораторная работа «Построение карт гидроизогипс. Определение направления фильтрационного потока»
1.3 Лабораторная работа «Определение параметров водоносных горизонтов по данным откачек из скважин. Расчеты водопритоков к скважинам и горным выработкам»
   
2 Основы инженерной геологии
2.1 Лабораторная работа «Определение водных свойств грунтов»
2.2 Лабораторная работа «Вычисление классификационных показателей грунтов»
   
3 Инженерно-геологическая карта. Построение инженерно-геологических разрезов. Оценка инженерно-геологических условий территории
3.1 Лабораторная работа «Построение геологической колонки буровой скважины»
3.2 Лабораторная работа «Построение инженерно-геологического разреза по данным буровых скважин»
   
Список литературы
   
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
Приложение Д

 


ВВЕДЕНИЕ

Лабораторные занятия по курсу «Гидрогеология и инженерная геология» представляют собой весьма важную и сложную часть этого курса. Они имеют своей задачей ознакомить студентов специальности 050706 – «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» с условиями формирования химического состава подземных вод, основами расчетов, определяющих движение подземных вод в естественных условиях и при откачках воды из скважин. В методических указаниях изложены сведения об инженерно-геологических и гидрогеологических картах и разрезах. Даны основные приемы гидрогеологической и инженерно-геологической оценки территорий месторождений полезных ископаемых.

 


ОСНОВЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ

 

Лабораторная работа «Физические свойства и химический состав подземных вод»

 

1.1.1 Теоретическая часть

Свойства и химический состав подземных вод

Вода представляет собой химическое соединение водорода (11,11%) и кислорода (88,89%). Показателями физического состояния и свойств подземных вод служат: температура, прозрачность, цвет, запах, вкус, плотность, сжимаемость, вязкость, электропроводность, радиоактивность.

Состав подземных вод отражает историю геологического развития Земли, условия взаимодействия их с горными породами, органическим веществом, микроорганизмами газами, характер и интенсивность антропогенных воздействий на геологическую среду.

В природных водах в той или иной степени рассеяния присутствует более 60 из известных устойчивых элементов периодической системы Д.И. Менделеева. В состав подземных вод входят: ионы, недиссоциированные молекулы, коллоиды, органические вещества и микроорганизмы, нерастворенные взвешенные частицы, газы.

Среди ионов различают: макрокомпоненты, включающие элементы и комплексные соединения, составляющие основу подземных вод; микрокомпоненты, включающие элементы или соединения в количестве менее 10, редко 100 мг/л; ультрамикрокомпоненты (Rb, Au, Hg), содержание которых редко превышает 0,1 мг/л.

Макрокомпоненты (О, Ca, Mg, Na, K, Cl, S) составляют основную часть минерального состава природных вод. В пресных водах содержится свыше 90-95% макрокомпонентов, в высокоминерализованных более 99%. Микрокомпоненты (Li, B, F, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ba) не определяют химический тип воды, однако оказывают значительное влияние на специфические особенности их состава.

Типизация и классификация подземных вод по химическому составу производится по макрокомпонентам. В одной из классификаций (О.А. Алехина) подземные воды разделены на классы, группы и типы в зависимости от преобладающих ионов и соотношений между главными ионами (Приложение В).

Воды первого типа – маломинерализованные, второго – мало- и среднеминерализованные (подземные воды, воды рек и озер), третьего типа – сильноминерализованные (воды океанов, морей, реликтовые воды), четвертого типа – кислые.

Из недиссоциированных соединений в подземных водах распространены SIO2, Fe2 O3, Al2O3, из газов – O2, H2S, CO2, H2, CH4 и тяжелые углеводороды (этан, пропан, бутан).

Для выявления химического состава выполняют химические анализы подземных вод (полевые, сокращенные, полные и специальные). Выбор типа анализа определяется целевым назначением и требуемой точностью определений.

Сумма минеральных веществ, выделенных из воды при помощи химических анализов, определяет ее химическую минерализацию. Величину минерализации оценивают по сухому остатку, получаемому путем выпаривания и высушивания пробы воды или по сумме ионов, определенных химическим анализом. Общая минерализация подземных вод изменяется от нескольких десятков мг на литр до 650 г/л.

Содержание компонентов выражается в миллиграммах на литр и процентах, содержание обменного комплекса и жесткость воды - в миллиграмм-эквивалентахна литр. Принимая эквивалентное содержание суммы катионов и анионов за 100%, можно найти процентное содержание каждого иона.

При сопоставлении целого ряда анализов, выяснении генезиса вод удобно выражать анализы в виде предложенного Н.И. Толстихиным графика–квадрата, иногда комбинированного с треугольником Ферре (Приложение Г).

В практике производственных лабораторий для обозначения единичных химических анализов широко используются формулы М.Г. Курлова, И.Ю. Соколова.

Формула Курлова записывается в виде псевдодроби:

 

А; М рH; Т; Q,

 

где А - специфический элемент, содержащийся в воде, мг/л; М - общая минерализация, г/л; Т - температура воды, оС; Q - расход источника (дебит скважины), м3/сут.

Анионы и катионы выражают в процентах в убывающем порядке их содержания; ионы с содержанием менее 10 в формуле не учитываются.

Оценка качества воды для питьевых целей производится по ГОСТ 2874-82, определяющим пределы допустимых концентраций (ПДК) тех или иных компонентов в воде. В качестве предельно допустимой, принимается концентрация отдельных компонентов, которая полностью исключает вредное воздействие на организм человека.

Органические примеси установливаются по окисляемости - количество кислорода или марганциево-кислого калия, расходуемого на окисление этих примесей. В питьевой воде окисленность должна быть не более 10 мг/л.

О концентрации микроорганизмов судят по результатам анализов, определяющих количество бактерий в данном объеме жидкости. Общее количество бактерий в 1 см3 воды не должно превышать 100. Наиболее важный показатель бактериальной чистоты воды - коли-титр-количество воды, содержащее одну кишечную палочку.Для водоснабжения пригодна вода с коли-титром 300.

Жесткость воды

Жесткостью оценивается возможность использования воды для хозяйственно-питьевых целей. Она зависит от присутствия Ca2+ и Mg2+. Различают общую жесткость, связанную с содержанием в воде всех солей кальция и магния; карбонатную (временную), связанную с наличием бикарбонатов кальция и магния; постоянную, остающуюся после удаления бикарбонатов. Жесткость воды оценивают в мг экв/л Ca и Mg. 1 мг экв/л соответствует содержанию 20,04 мг/л Ca или 12,16 мг/ л Mg.Жесткость природных вод изменяется от нескольких до десятков сотен мг экв/л.

Щелочность воды

Наличие в воде гидратов натрия, карбонатов и бикарбонатов натрия определяет ее щелочность. Различают гидратную, карбонатную, бикарбонатную, фосфатную и силикатную щелочности.

Концентрация иона водорода (pH воды)

Концентрацией водородных ионов оценивается степень кислотности воды. При нейтральной реакции воды рН = 7, при кислой - меньше 7, при щелочной - больше 7. Для выражения концентрации водородных ионов принято пользоваться логарифмом концентрации их (т.е количества грамм эквивалентов этого иона в 1 л воды), взятым с обратным знаком :

pН= - lg(Н+)

Оценка агрессивных свойств воды

Агрессивной является вода, содержащая сверх допустимого количества сульфаты и агрессивную углекислоту. Разрушающее действие вода может оказывать на бетон в виде: кристаллизации в бетоне новых соединений с увеличением его объема или выщелачивания из бетона его составных частей, растворимых в воде. И то и другое приводит к разрушению бетона.

Сульфатная агрессия наблюдается при наличии в воде сульфатов SО42- свыше 250 мг/л и одновременном содержании иона Cl- свыше 1000 мг/л. При этом в бетоне образуется гипс с увеличением объема в 2-3 раза и сульфат-алюминат кальция – бетонная бациллас увеличением объема в 2,5 раза.

При углекислой агрессии происходит растворение и выщелачивание извести CaSO4, составляющей основу цемента.

Агрессивность выщелачивания – агрессия по временной (бикарбонатной) жесткости. Если содержание щелочи меньше 1,5 мг экв/л, происходит растворение и вымыв из бетона извести.

Общекислотная агрессия обусловлена низкими значениями водородного показателя рН (менее 7 при временной жесткости менее 8,6 мг экв/л и менее 6-7 при временной жесткости более 8,6 мг экв/л), вызывающее усиленное растворение извести.

Магнезиальная агрессия приводит к разрушению бетона при проникновении в него воды с содержанием Mg +2 ,более 1000 мг экв/л.

 


1.1.2 Задания для лабораторных работ

Задание 1

Химическим анализом установлена приведенная концентрация водородных ионов. Определите рН и наименование воды по его значению в соответствии с вариантом таблицы 1.

Таблица 1 - Исходные данные к заданию 1

№ варианта
Концентрация водородных ионов, г-моль/л 10-5 10-6 10-8 10-10 10-3 10-2 10-3 10-6 10-9 10-8

 

10-7 10-9 10-4 10-5 10-6 10-7 10-9 10-5 10-4 10-2 10-9

Пример решения задачи для варианта № 0

Дано:

Н+ = 10-5 г-моль/л

Найти: рН, наименование воды

 

Решение:

Для выражения концентрации водородных ионов принято пользоваться логарифмом концентрации их, взятым с обратным знаком pН= - lg (Н+), следовательно pН= - lg (10-5) = 5.

Для ответа используйте классификацию воды по значению водородного показателя (приложение А).

Вывод: по величине pH - вода кислая.

 

Задание 2

Используя результаты химического анализа подземной воды, приведенные в таблице 2, определите ее класс, группу и тип по классификации О.А. Алекина и номер воды по графику-квадрату Н.И. Толстихина.

Таблица 2 - Исходные данные к заданию 2

№ варианта Содержание ионов, мг экв/л
HCO3- SO42- Cl- Na+ Ca2+ Mg2+
5,79 2,62 4,74 10,74 0,40 2,14
5,00 1,56 1,64 5,22 2,46 0,46
6,32 10,42 1,86 3,67 12,29 2,60
2,31 3,67 5,14 2,42 6,07 2,63
2,87 0,12 0,39 0,26 2,30 0,82
2,45 4,11 0,54 5,62 3,21 0,68
- 3,43 60,69 52,94 1,23 5,10
5,79 2,45 1,65 3,21 2,13 3,422
2,62 6,51 6,24 2,13 4,12 3,54
4,74 4,32 2,34 1.24 2,56 2,45
15,25 4,32 3,12 5,22 0,87 0,98
2,30 2,34 3,12 3,72 1,28 0,76
2,86 5,24 0,96 2,34 2,69 1,25
- 4,12 60,68 51,23 5,43 4,91
6,33 1,26 1,23 0,34 5,23 2,13
2,56 2,34 3,24 5,34 4,90 2,14
5,46 3,42 6,45 3,56 5,01 1,24
4,78 1,32 2,34 5,12 4,32 5,12
3,65 1,53 5,43 3,21 1,09 2,34
7,65 2,31 6,12 4,21 1,34 1,80
2,55 3,12 2,67 1,23 2,09 1,09

Пример решения задачи для варианта № 0

Дано:

HCO3- = 5,79 мг экв/л;

SO42- = 2,62 мг экв/л;

Cl- = 4,74 мг экв/л;

Na+= 10,74 мг экв/л;

Ca2+ = 0,40 мг экв/л;

Mg2+ = 2,14 мг экв/л;

Найти: наименование воды по классификации О.А. Алекина и номер воды по графику-квадрату Н.И. Толстихина

 

Решение:

Выразите химический состав воды в % экв. Сумма катионов и анионов каждая в отдельности принимается равной 100%. Далее рассчитывается % экв каждого аниона и катиона.

Сумма анионов-13,15 мг экв/л – 100%, 5,79 мг экв/л HCO3- равен 5,79 ´ 100% и разделить на 13,15. Равно 44%. Данные заносят в таблицу 3.

 

Таблица 3 – Химический состав подземных вод

Анионы Содержание Катионы Содержание
мг/л мг-экв/л %-экв мг/л мг-экв/л %-экв
HCO3-   5,79 Na+   10,74
SO42-   2,62 Ca2+   0,40
Cl-   4,74 Mg2+   2,14
итого   13,15 итого   13,28

 

Затем по приложениям В, Г определите наименование и номер.

Вывод: по классификации О.А. Алекина вода относится к классу - гидрокарбонатной, группе – натриевой, I типа (HCO3-> Ca2+ + Mg2+). По Н.И. Толстихину № 58.

 

Задание 3

Запишите приведенные ниже в таблице 4 результаты химического анализа подземной воды в виде формулы М.Г. Курлова. Определите вид жесткости и дайте наименование воды с учетом информации, полученной в результате химического анализа.

Таблица 4 - Исходные данные к заданию 3

№ варианта Сухой остаток рН Температура,оС Содержание ионов, мг/л
HCO3- SO42- Cl- Na+ Ca2+ Mg2+
7,3
8,3
7,6
8,4 -
7,9
7,0
6,6
3,1 -
2,3
4,5
6,4
7,5
8,6
9,7
8,5
7,6
8,5 -
4,5
3,7
8,4
4,6

 

Пример решения задачи для варианта № 0

Дано:

М = 1000 мг/л;

рН = 7,3;

Т = 12 оС;

HCO3- = 930 мг/л;

SO42- = 76 мг/л;

Cl- = 24 мг/л;

Na+= 81,09 мг/л;

Ca2+ = 194 мг/л;

Mg2+ = 45 мг/л;

Найти: вид жесткости, написать формулу Курлова, наименование воды

 

Решение:

Теоретические суммы анионов и катионов, выраженные в мг-экв форме должны быть равны, поэтому для решения задачи необходимо пересчитать данные анализа из мг/л в мг-экв/л, используя пересчетные коэффициенты (приложение Б). Результаты вычислений записывают в таблицу 5 и суммируют содержание катионов и анионов. Далее выражают химический состав воды в % -экв форме.

Таблица 5 – Химический состав подземных вод

Анионы Содержание Катионы Содержание
мг/л мг-экв/л %-экв мг/л мг-экв/л %-экв
HCO3- 15,25 Na+ 4,05
SO42- 1,58 Ca2+ 9,68
Cl- 0,68 Mg2+ 3,70
итого 17,51 итого 17,43

Формула М.Г. Курлова представляет собой дробь (ложную), в числителе которой записывают анионный состав воды (в %-экв) в убывающем порядке, а в знаменателе- катионный. Запись ионов с содержанием менее 10 %-экв не производится. Перед дробью записывают содержание газов и специфических элементов, если они имеются в воде и общую минерализацию М в г/л, после дроби указывают температуру воды и дебит источника или скважины. Название воды записывают через черточку: сначала анионный, затем катионный составы.

В данном случае формула имеет вид:

 

М1,0 tº12, pH 7,3

 

Общую жесткость определяют как сумму катионов кальция и магния, выраженных в мг-экв/л: 9,68+3,70=13,38 мг-экв/л. По этому показателю вода классифицируется как очень жесткая (приложение А).

Учитывая общую минерализацию, химический состав, содержание ионов водорода (рН), температуру и вычисленную жесткость, окончательно дают воде наименование по приложению А.

Вывод: вода пресная, гидрокарбонатная кальциево-натриево-магниевая, холодная, щелочная, очень жесткая.


Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015- 2022 megalektsii.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7