ГЛАВА VI. ЛАБОРАТОРНЫЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Лабораторные гидрогеологические исследования — неотъемлемая составная часть общего комплекса разведочных гидрогеологических работ. Необходимость в их проведении возникает на всех стадиях осуществления гидрогеологических исследований при решении самых разнообразных народнохозяйственных задач. Выполняются они в основном на базах полевых и стационарных лабораторий.

Лабораторные гидрогеологические исследования обычно включают определение водно-физических и фильтрационных свойств горных пород, а также физических свойств, химического, газового и бактериального составов подземных и поверхностных вод¹. Иногда возникает потребность в определении минералогического состава горных пород, их физико-механических и физико-химических показателей, засоленности, изотопного состава проб воды и выполнении других специальных опытов и определений. Задачи и объемы лабораторных исследований определяются для каждого конкретного объекта в зависимости от целевого назначения, характера и стадии выполняемых изысканий, возможностей лабораторной базы и других факторов. Существенное значение лабораторные методы имеют при различного рода гидрогеохимических исследованиях и на первоначальных этапах поисково-разведочных гидрогеологических работ, когда лабораторные определения проводятся в массовом количестве, в целях получения данных для ориентировочной сравнительной характеристики изучаемых гидрогеологических объектов.

§ 1. Лабораторные методы изучения водных, физических и фильтрационных свойств горных пород

При лабораторных гидрогеологических исследованиях объектом изучения являются горные породы вместе с заключенными в них водами и газами, образующие сложную трехфазную систему, основные показатели и свойства которой зависят от соотношения и взаимодействия ее фаз и влияния внешних естественных и искусственных факторов. В зависимости от целевого назначения и типа изучаемых горных пород лабораторные исследования могут быть направлены как на комплексное изучение параметров и показателей, характеризующих свойства и поведение отдельных фаз и системы в целом, так и на изучение свойств и поведения отдельных фаз (без учета или с частичным учетом влияния других фаз системы).

________________________

¹Детальнее лабораторные методы определения водно-физических и физико-механических свойств горных пород, а также физических свойств и химического состава вод рассматриваются в курсах «Аналитическая химия», «Общая гидрогеология», «Грунтоведение».

Так, при изысканиях для строительства в районах развития твердых (скальных и полускальных) горных пород в основном изучаются физико-механические свойства (без учета водно-физических и фильтрационных показателей), а при разведке и геолого-промышленной оценке в таких условиях месторождений подземных вод — главным образом фильтрационные свойства системы (без учета физико-механических свойств горных пород). Если объектом лабораторного изучения являются несвязные зернистые и особенно мягкие связные горные породы, то независимо от целевого назначения исследований необходимо изучать и учитывать и физико-механические, и водно-физические свойства горных пород, а также свойства и показатели отдельных фаз системы (физические свойства, химический и газовый состав подземных вод, физические и механические свойства твердой фазы и т. д.).

Таким образом, тесная взаимосвязь и взаимозависимость физико-механических и водно-физических свойств горных пород, физико-химических показателей воды и вмещающих горных пород требуют комплексного подхода к изучению системы вода — горные породы и в этой связи следует считать правильной наметившуюся тенденцию рассматривать и количественную оценку водоносных горных пород как единой механической системы, свойства и поведение которой обусловлены взаимодействием и соотношением составляющих ее фаз (7).

При лабораторном определении водных и фильтрационных свойств горных пород (влажности, влагоемкости, водоотдачи, недостатка насыщения, капиллярного поднятия, водопроницаемости, пьезопроводности и др.) изучаются также и некоторые физико-механические свойства (пористость, гранулометрический состав, объемная масса и плотность, сжимаемость и др.), с которыми они тесно взаимосвязаны и значения, которых используются при оценке расчетных гидрогеологических параметров. Некоторые показатели, характеризующие свойства пласта и фильтрующейся жидкости, мо­гут быть определены только в лабораторных условиях.

Пористость и гранулометрический состав являются важнейшими показателями, определяющими фильтрационные свойства горных пород. Количественно пористость nхарактеризуется отношением объема пор V_nк объему пористого образца V(коэффициент пористости n.= фаз (без учета или с частичным учетом влияния других фаз системы). (V_n/V) или к объему его скелета (коэффициент приведенной пористости ε = n/(1—n). Обычно различают три вида пористости — общую (n), открытую (n₀) и активную (динамическую n_а). Общая пористость характеризует объем всех пустот в породе; открытая — объем пустот, сообщающихся между собой; активная — объем пустот, по которым происходит движение свободной жидкости (3, 4, 9).

В лабораторных условиях определение пористости проводят расчетным путем (по данным определений плотности Δ и объемной массы γ горной породы) и с помощью специальных опытов на образцах (3—5, 7, 9, 10).

Расчетным путем коэффициент пористости определяется по формулам:

или , (VI.1)

где W_eи γ_с — соответственно массовая влажность образца (в долях единицы) и объемная масса скелета. Значения влажности W_e, плотности и объемной массы горных пород и скелета (Δ, γ и γ_c) должны быть известны или определены лабораторным путем (3,9,10).

Открытая пористость сцементированных пород определяется методом насыщения предварительно экстрагированного, высушенного и взвешенного образца керосином под вакуумом. Для определения п₀ используется формула

(VI.2)

где Gи G_к — масса сухого и насыщенного керосином образца в воздухе; G_кк— масса насыщенного образца в керосине.

Активная пористость может быть определена как разность между общей пористостью и. максимальной молекулярной влагоемкостью в объемном выражении. Для песчаных пород значения полной, открытой и активной пористостей близки между собой. В лаборатории активная пористость определяется методом капиллярного вытеснения жидкости газом из образца пород, помещенного в капилляриметр. Проведение опытов с изменением давления вытеснения и использованием параметрических палеток позволяет ориентировочно определять активную пористость и распределение пор по размерам.

Гранулометрический состав определяется с помощью гранулометрического анализа и используется для ориентировочного определения фильтрационных свойств, классификации горных пород, палеогидрогеологических реконструкций, подбора фильтров скважин и других целей (3, 5, 9, 10).

Методы лабораторного определения влажности (по разности массы влажных и высушенных пород), влагоемкости (по количеству воды, расходуемой на насыщение пород) и высоты капиллярного поднятия (по наблюдениям за капиллярным поднятием в трубках и капилляриметрах) общеизвестны и детально описаны в учебной литературе (3, 10). Следует лишь отметить, что наиболее важным видом влагоемкости является максимальная молекулярная влагоемкость, которая в лабораторных условиях определяется методами высоких колонн, влагоемких сред и центрифугирования (3, 6, 9, 10). Величина максимальной молекулярной влагоемкости W_макс(а для глинистых разностей полевой влагоемкости W_п) используется при лабораторном определении таких важнейших показателей емкостных свойств горных пород, как водоотдача и недостаток насыщения.

Водоотдача μ определяется отношением объема свободно стекающей гравитационной воды к общему объему осушенной породы (μ — величина безразмерная) и характеризует емкостные запасы гравитационной воды в водонасыщенных горных породах, которые могут быть получены при их осушении. Размер водоотдачи зависит от гранулометрического состава, активной пористости и скорости опускания уровня при осушении пород (3, 7, 9, 10).

Исходя из балансовых соотношений, размер водоотдачи определяется в лабораторных условиях по разности между полной влагоемкостью W(при полном насыщении всех пор водой) и максимальной молекулярной влагоемкостью W_макс(для глинистых пород полевой влагоемкостью W_п). Для песчаных пород ориентировочно величину водоотдачи можно определять как разность между пористостью п и максимальной молекулярной влагоемкостью W_макс(при этом не учитывается наличие защемленного воздуха). Применяется также лабораторный способ определения водоотдачи. На специальном приборе (рис. 49) измеряется объем воды, свободно вытекающей из насыщенного образца пород, и по соотношению объемов воды и пород определяется водоотдача.

Рис. 49. Прибор для определения водоотдачи горных пород:

1 — трубка с образцом горных пород: 2 — сливной кран; 3 — пьезометр с за­жимами; 4 — гравийный фильтр; 5—штатив; 6 — напорный бачок

При известном значении коэффициента фильтрации песчаных пород К размер водоотдачи может быть приближенно определен по эмпирической формуле П. А. Бецияского: μ = 0,117 , где К принимается в м/сут (7).

Аналогичным водоотдаче показателем, характеризующим способность горных пород принимать воду при их насыщении, является недостаток насыщения, который в лабораторных условиях определяется по разности между полной влагоемкостью (или пористостью) и естественной влажностью пород в рассматриваемых условиях (μ_н= W— W_е). Обычно для пород, залегающих на глубине более 3 м, яри практических расчетах недостаток насыщения принимают равным водоотдаче. Гравитационная водоотдача для различных типов пород ориентировочно изменяется в следующих пределах: суглинки песчанистые — 0,005— 0,05; супеси, пылеватые и глинистые пески, торфа — 0,05—0,1; тонкозернистые пески — 0,1—0,15; мелкозернистые пески — 0,15—0,2; среднезернистые пески — 0,2—0,25; крупнозернистые и гравелистые пески — 0,25—0,35; трещиноватые известняки — 0,001—0,1; трещиноватые песчаники 0,02—0,03.

Фильтрационные свойства горных пород, как известно, характеризуются коэффициентами фильтрации К и проницаемости К_п (3, 4, 9). Коэффициент фильтрации, зависящий от геометрии порового пространства и свойств фильтрующейся жидкости (плотности и вязкости), используется главным образом для характеристики водопроницаемости горных пород по отношению к пресным и слабоминерализованным подземным водам. При изучении фильтрационных свойств пород по отношению к подземным водам переменного состава, нефти, газам и многофазным жидкостям используется коэффициент проницаемости, зависящий только от геометрии порового пространства. Коэффициенты фильтрации и проницаемости связаны между собой соотношением

, (VI.3)

где η и v — коэффициенты динамической и кинематической вязкости фильтрующейся жидкости; γ и ρ — объемная масса и плотность фильтрующейся жидкости; g— ускорение силы тяжести.

Для практических расчетов при измерениях К в м/сут, К_п в дарси, π в г/см³, η — в сантипуазах можно использовать соотношение

или (VI.4)

В лабораторных условиях коэффициенты фильтрации и проницаемости определяют на основе эмпирических зависимостей по данным лабораторных определений пористости и гранулометрического состава (в основном для песчаных пород) и опытов по фильтрации жидкостей и газов через образцы горных пород нарушенной и ненарушенной структуры.

Эмпирические зависимости (формулы Хазена, Слихтера, Крюгера, Замарина, Козени, Терцаги, Цункера, Зауербрея и др.) рекомендуются для приближенной сопоставительной оценки коэффициента фильтрации песчаных пород на первоначальных стадиях исследований. При этом необходимо соблюдать пределы их применимости и обязательно контролировать результаты по данным опытно-фильтрационных работ.

Лабораторное определение водопроницаемости по данным опытных работ по фильтрации воды через образцы горных пород осуществляется на специальных приборах (прибор Тима, трубка Каменского, Спецгео, КФЗ, приборы конструкции Каменского, Маслова, МГРИ, Гидропроекта и др.). С помощью их определяется коэффициент фильтрации связных и рыхлых горных пород. Коэффициент проницаемости определяется с помощью приборов типа УИПК-1,тде в качестве фильтрующего реагента обычно используются керосин, газ или вода (4, 5, 9).

Лабораторные методы наиболее простые и дешевые, поэтому они широко используются при массовых определениях фильтрационных свойств для получения сравнительных характеристик изучаемых объектов. Однако лабораторные определения менее достоверны, чем результаты полевых опытно-фильтрационных работ. Этот недостаток объясняется следующими причинами: 1) определения ведутся на отдельных образцах (точечно), что не обеспечивает значительной их представительности; 2) неизбежно нарушается структура образцов при их отборе (даже в связных породах); 3) несовершенством конструкций применяемых для опытов приборов; 4) условия фильтрации при опыте могут отличаться от натурных. Как показали специальные исследования и сопоставительные оценки точности определения фильтрационных характеристик лабораторными и полевыми методами, лабораторные определения оказываются, как правило, заниженными и их использование в расчетах возможно лишь при внесении поправок, учитывающих систематические ошибки лабораторных опытов. Такие поправки устанавливаются на основе сопоставления результатов полевых и лабораторных определений и выявления корреляционных связей между ними (4, 5, 7, 9).

Таким образом, лабораторные определения водопроницаемости можно рассматривать как метод, обеспечивающий более обоснованную экстраполяцию и интерполяцию результатов полевых определений в пределах изучаемых территории и позволяющий в определенной, мере сокращать объемы более дорогих и трудоемких полевых опытно-фильтрационных работ за счет, массового применения лабораторных методов исследований. Следует отметить также, что лабораторные определения весьма удобны при изучении фильтрационных свойств небольших прослоев и линз горных пород, определении изменения коэффициента фильтрации под влиянием нагрузок или в зависимости от направления движения фильтрующейся воды, степени ее минерализации и температуры.

Коэффициенты пьезопроводности и уровнепроводности нередко определяют расчетным путем, используя результаты лабораторного изучения фильтрационных и упругих свойств, пласта и жидкости, а также водоотдачи горных пород.

Коэффициенты упругого сжатия, характеризующие способность пород и воды изменять свой объем под влиянием изменения давления (напора), определяются в приборах типа стабилометров, позволяющих осуществлять всестороннее сжатие образца породы или воды. Наиболее распространенные значения коэффициентов сжимаемости для воды — β_в= (2,7÷5) 10^-6 м^-1, для горных пород — β_п= (0,З÷2,0) 10^-6м^-1.

При известных значениях К, β_в, β_п и пористости п величину коэффициента пьезопроводности определяют по формуле

(VI.5)

где β* = nβ_в + β_п — коэффициент упругоемкости пласта; β* — упругая водоотдача, характеризующая способность напорного пласта отдавать воду в условиях упругого режима.

Для безнапорных водоносных горизонтов по аналогии с (VI.5) коэффициент уровнепроводности а определяется по значению водопроводимости Т и гравитационной водоотдачи μ:

(VI.6)

где n_ср— средняя мощность изучаемого водоносного горизонта. Наиболее надежные значения коэффициентов пьезо- и уровнепроводности получают по результатам кустовых откачек (см. гл. IV, §2).

§ 2. Лабораторное изучение физических свойств, химического, газового и бактериологического составов вод

Работы по изучению и оценке физических свойств, химического (в том числе и газового) и бактериологического составов подземных вод выполняются на всех стадиях гидрогеологических исследований. Состав и объемы лабораторных исследований зависят от целевого назначения, характера и стадии выполняемых гидрогеологических исследований. Основная цель таких исследований — изучение физических свойств, химического, газового и бактериологического составов подземных вод — обеспечивается проведением в полевых и стационарных условиях соответствующего комплекса лабораторных анализов (полевых, сокращенных, полных, бактериологических, специальных) и отдельных определений. Комплекс лабораторных исследований должен обеспечить успешное решение задач по выявлению и изучению закономерностей формирования и распространения подземных вод различного состава, всестороннюю оценку качества различных типов подземных вод и возможностей их использования в народном хозяйстве, оценку возможного отрицательного влияния подземных вод на различные инженерные сооружения и оборудование, на условия строительства и мелиоративное состояние земель, выявление и оценку перспектив изучаемой территории на различные виды полезных ископаемых и решение других задач и гидрогеохимических построений (см. гл. VIII, § 3). Основными объектами лабораторных исследований являются подземные воды всех изучаемых при поисково-разведочных работах гидрогеологических объектов (водоносных пластов, горизонтов, комплексов). Отбор проб воды из этих объектов осуществляется при гидрогеологическом обследовании и опробовании естественных и искусственных водопроявлений (мочажин, источников, скважин, колодцев, шурфов, ручьев и др.) в процессе съемочных работ, при пробных и опытно-эксплуатационных откачках, временных и стационарных режимных наблюдениях. Дополнительными объектами лабораторного изучения могут быть подземные воды смежных с изучаемыми водоносных горизонтов (комплексов), почвенные вытяжки, поровые растворы, воды поверхностных водотоков и водоемов, атмосферные осадки.

Физические свойства воды. При изучении проб воды, нередко непосредственно в полевых условиях, в первую очередь устанавливаются физические свойства вод изучаемого объекта, к которым относятся: температура, прозрачность, мутность, осадок, цвет, запах, вкус и привкус, плотность. При необходимости дополнительно определяются сжимаемость, вязкость и электропроводность воды.

Температура воды замеряется с помощью родниковых и ленивых термометров, электротермометров и термоэлементов непосредственно, в источниках, колодцах, скважинах. Прозрачность, мутность, осадок, цвет, запах, вкус и привкус определяются с помощью простейших приспособлений, стандартных шкал и органов обоняния общеизвестными методами (1, 2, 6, 8, 9). Плотность ориентировочно определяют с помощью ареометра, точно — с помощью пикнометра. Результаты определения плотности выражаются в виде отношения (Массы исследуемой воды при данной температуре к массе равного объема дистиллированной воды при той же температуре или температуре 4°С. .

Сжимаемость воды, характеризуемая коэффициентом упругого сжатия β_в, определяется в специальных приборах типа стабилометров. Необходимость в ее определении возникает при оценке упругоемкости пласта и коэффициента пьезопроводности расчетным методом.

Необходимость в определении вязкости воды, характеризуемой коэффициентами динамической η и кинематической вязкости v, возникает при изучении вод глубоких структурных горизонтов, имеющих переменный состав (плотность и вязкость). Определяется вязкость в специальных приборах — вискозиметрах позволяющих осуществлять измерения в условиях, близких к пластовым. Ориентировочно вязкость определяется по специальным графикам и номограммам в зависимости от температуры воды и количества растворенных в ней солей (4, 9).

Электропроводность воды, характеризуемая удельным электрическим сопротивлением, измеряется с помощью специальной двухконтактной установки при частоте питающего тока 1000 Гц. Этот показатель изменяется для подземных вод от 0,02 до 1 Ом-м и используется для соответствующей интерпретации каротажных диаграмм.

Химический и газовый состав воды. Природные воды являются растворами сложного состава, содержащими значительное количество химических элементов в виде ионов, недиссоциированных молекул (в том числе газов) и коллоидов. По данным многочисленных химических анализов в природных водах установлено более 60 элементов (гидрогенические элементы), однако большинство их присутствует в очень незначительных количествах (8). В связи с этим при анализе химического состава подземных вод обычно выделяют макрокомпоненты, встречаемые в природных водах в относительно повышенных концентрациях, и микрокомпоненты, содержание которых в воде обычно незначительно. Макрокомпоненты обусловливают в основном, минерализацию подземных вод, их плотность, физические свойства и химический состав, в связи, с чем они подлежат определению почти при всех видах химических анализов. Среди макрокомпонентов обычно определяются Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺(региональные макрокомпоненты, присутствующие во многих типах вод), а также органические вещества, соединения азота (главным образом, нитрат-ион NO₃^-), кремнекислота, Feи А1, присутствующие в отдельных типах вод и относящиеся к локальным микрокомпонентам (1, 2, 6, 9, 11). Микрокомпоненты (кроме некоторых токсических) определяются при полных химических анализах воды и при специальных гидрогеохимических исследованиях.

К числу важнейших показателей, определяющих состояние и многие свойства воды, относятся показатель концентрации водородных ионов рН и окислительно-восстановительный потенциал Eh. pHопределяется при всех видах лабораторных исследований с помощью универсальных индикаторов, стеклянных электродов и другими методами. Окислительно-восстановительный потенциал Ehопределяется при специальных гидрогеохимических исследованиях (предпочтительнее непосредственно у объекта опробования) для выявления условий миграции отдельных микрокомпонентов (4, 8, 9,11).

В результате изучения химического и газового состава подземных вод устанавливаются такие важные их показатели, как минерализация (сухой остаток), жесткость, щелочность, агрессивность воды по отношению к бетону и металлам (углекислотная, выщелачивания, общекислотная, сульфатная, магнезиальная, кислородная), окисляемость, галоидопоглощение, содержание нафтеновых кислот, фенолов, токсических элементов и некоторые другие, которые необходимы при оценке качества воды для народнохозяйственного использования в различных отраслях (1, 2, 4, 6, 8, 9, 11).

Типы химических анализов воды при гидрогеологических исследованиях.Для изучения физических свойств, химического и газового состава подземных вод в процессе гидрогеологических исследований выполняются (полевые, сокращенные, полные и специальные анализы.

Первые три типа анализов применяются для изучения и общей характеристики состава и свойств подземных вод. Специальные анализы (спектральные, экстракционно-колориметрические, полярографические, газовые, радиохимические, изотопные и др.) выполняются при специальных гидрохимических исследованиях и оценке качества промышленных и минеральных вод.

Полевой анализ проводится в полевых условиях с помощью полевых гидрохимических лабораторий (типа ПЛАВ, МЛАВ и др.) при массовых определениях для предварительной характеристики вод района (при поисково-съемочных работах).

Сокращенный анализ выполняется более точными методами в стационарных лабораториях. При сокращенном анализе обеспечивается контроль анализа по сухому остатку, поэтому он используется при изучении подземных вод на стадиях поисков (для контроля полевых анализов) и предварительной разведки.

Полные анализы проводятся для детальной характеристики подземных вод изучаемых объектов (обычно на детальной, реже на предварительной стадиях разведки). Они включают экспериментальное определение всех макрокомпонентов, выполняются более точными методами и обеспечивают проведение контроля определений по сухому остатку и по суммам миллиграмм-эквивалентов катионов и анионов.

При специальных гидрогеологических и гидрохимических исследованиях (оценка перспектив территории на обнаружение минеральных и промышленных вод, нефти, газа и других месторождений) необходимы определения состава спонтанных и растворенных газов (H₂S, СО₂, О₂, CH₄, N₂, Ar+ Kr+Xe, He+ Ne, тяжелые углеводороды), органических веществ, а также комплекса микрокомпонентов, образующих водные ореолы рассеяния (см. гл. VIII, § 3).

Результаты всех химических анализов выражаются в ионной, форме (содержание определяемых ионов в мг/л), являющейся исходной для всех определений. Для получения более полного представления о химическом составе изучаемых вод и сопоставления анализов используются миллиграмм-эквивалентная и процент-эквивалентная формы (выражения результатов анализа (3, 6, 8, 9).

Бактериологический состав подземных вод. Бактериологические исследования воды проводятся с целью санитарной оценки возможных источников водоснабжения, установления мероприятий по обеззараживанию воды и решения некоторых других специфических задач (бактериальная разведка на нефть и газ, оценка интенсивности биохимических процессов и др.).

Санитарное состояние воды, определяемое ее фекальной загрязненностью, контролируется и оценивается по косвенным показателям: по степени общего бактериального загрязнения (определяется общим количеством бактерий в 1 мл исследуемой воды) и по содержанию, в воде бактерий группы кишечной палочки (определяется количеством кишечных палочек в 1 л воды —коли-индексом или объемом воды, приходящимся на одну кишечную палочку — коли-титром). Согласно ГОСТ 2874—73 общее количество бактерий в воде хозяйственно-питьевого назначения не должно превышать 100 в 1 мл неразбавленной воды, коли-индекс не более трех и коли-титр — не менее 300. При несоответствии санитарного качества воды указанным требованиям она подлежит обеззараживанию (1,9).

Количество проб, отбираемых на бактериологический анализ, устанавливается по согласованию с органами Госсанинспекции. При детальной разведке месторождений подземных вод и оценке их эксплуатационных запасов для водоснабжения пробы на бактериологический анализ должны отбираться из всех водопунктов, используемых при подсчете запасов (9).

§ 3. Вопросы методики отбора проб воды для лабораторных исследований и сценка качества подземных вод

Одним из важнейших вопросов методики отбора проб является обеспечение их представительности. Положительное решение этого вопроса предполагает, что места отбора проб, их количество, условия и время их отбора обеспечивают достоверное изучение закономерностей изменения химического состава опробуемых объектов и исключают влияние различного рода естественных и искусственных факторов, существенных искажений и погрешностей либо обеспечивают возможность травести оценку и учет этих факторов. В значительной степени представительность каждой отдельной пробы и их совокупности зависит от соблюдения установленных правил отбора проб воды и газа, обеспечения их по объемам, соблюдения условий консервации проб, транспортировки и хранения. Такого рода правила установлены для всех основных видов химических анализов и определений и отражены в соответствующих руководствах (1, 2, 4, 6, 8, 9).

Определенная специфика отбора проб воды соблюдается при опробовании минеральных, промышленных и термальных подземных вод, при опробовании источников и скважин, при отборе проб газа, газирующих вод и специфических видах опробования (бактериологический, радиохимический, изотопный и другие виды анализов).

При отборе проб воды должны быть соблюдены условия, исключающие влияние элементов случайности: химическая чистота посуды, сохранность естественного солевого и газового состава воды, недопустимость застойности и загрязнения воды при отборе, достаточный объем пробы (0,5—1 л воды на полевой и сокращенный анализы, 1—2 л на полный и специальные), недопустимость смешения вод различных водоносных горизонтов, соответствующая консервация и регистрация проб и т. п. Отбор, хранение и транс­портировка проб воды на бактериологический анализ осуществляются по ГОСТ 5215—50. Выполнение всех анализов и определений должно осуществляться в короткий срок после отбора проб, а при возможности— на месте их отбора.

Пробы воды из источников, колодцев и открытых водоемов при небольшой их глубине отбираются непосредственно в бутылки с соблюдением соответствующих предосторожностей. При глубине отбора проб до 12—15 м можно использовать псевдобатометр Верещагина. Из более глубоких скважин вода отбирается на изливе (при откачках), с помощью желонок, приборов (прибор Симонова, водонос ВСЕГИНГЕО и др.), специальных пробоотборников (ППБ, ПГ, ПРИЗ-П, ПД-3, телескопического пробоотборника Симонова и др.).

Пробы газа отбираются с помощью газоотводных трубок, воронок, газоотделителей и пробоотборников специальных конструкций (ППБ, ПГ, ПРИЗ, ПД-3 и др.). Детальное описание методов и приборов для отбора проб воды и газа дается в специальной литературе (1, 2, 4, 8, 9).

Для изучения изменений химического и бактериального состава воды или подтверждения их неизменности во времени необходимо выполнять периодические контрольные определения, частота которых устанавливается с учетом конкретных условий изучаемых объектов.

Оценка качества подземных вод.Оценка качества подземных вод, предполагаемых для народнохозяйственного использования, осуществляется на основе сопоставления требований, предъявляемых соответствующими потребителями к качеству воды, и результатов лабораторного изучения подземных вод. Требования предъявляются к физическим свойствам, химическому и бактериологическому составу воды и зависят в основном от характера использования воды в народном хозяйстве или объекта ее отрицательного воздействия (хозяйственно-питьевое, производственно-техническое, лечебно-питьевое, горячее водоснабжение, орошение, извлечение солей и ценных для промышленности компонентов, горно-техническое строительство и т. п.), особенностей технологии водопотребляющих предприятий, условий водоснабжения и других факторов. Требования, предъявляемые к качеству воды, чрезвычайно разнообразны и могут изменяться во времени (изменение или совершенствование технологии работы предприятия, изменение кондиционных требований на промышленные, минеральные и термальные воды и т. д.).

При разрешении каждого конкретного задания для качественной оценки подземных вод руководствуются требованиями, установленными соответствующими ГОСТами, различными ведомственными нормами, техническими условиями, правилами, кондиционными требованиями (1, 2, 4, 9).

При оценке подземных вод как источников хозяйственно-питьевого водоснабжения руководствуются требованиями ГОСТ 2761—74 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения». При подаче воды потребителю, она должна отвечать требованиям, установленным ГОСТ 2874—73 «Вода питьевая» (введен в действие с 1 января 1975 г.). Ввиду того, что подземные воды используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения большей частью без очистки и обезвреживания, следует стремиться к тому, чтобы природное их качество, установленное в результате лабораторного опробования, удовлетворяло требованиям ГОСТ 2874—73.

В соответствии с этим ГОСТом к физическим свойствам воды предъявляются следующие требования: запах (при 20°С и при подогревании до 60° С) не более 2 баллов, привкус при 20°С не более 2 баллов, цветность по шкале не более 20°, мутность по стандартной шкале не более 1,5 .мг/л, запахи и привкус при хлорировании не более 1 балла. К химическому составу установлены следующие требования: сухой остаток не более 1000 мг/л (в виде исключения до 1600 мг/л), рН в пределах 6,5—8,5, общая жесткость не более 7 мг·экв/л (в виде исключения до 10 мг·экв/л). Содержание обнаруживаемых в воде токсических элементов в мг/л должно быть не более следующих значений: бериллий (Ве²⁺) — 0,002, молибден (Мо²⁺) —0,5, мышьяк (As³+, As⁵⁺) —0,05, нитраты (по N)—10,0, полиакриламид —2,0, свинец (Рb²⁺)—0,1, селен (Se⁶⁺)— 0,001, стронций (Sr²+)—2,0, фтор (F^-) —0,7—1,5, уран природный (U) и ²³⁸U—17, Предельное содержание радия — 226 (²²⁶Ra) и стронция—90 (⁹⁰Sr) в Ки/л (Кюри/л) соответственно должно быть не более 1,2·10^-10 и 4·10^-10.

Содержание веществ, влияющих на органолептические свойства воды, лимитируется следующими показателями (в мг/л): хлориды — 350, сульфаты — 500, железо (Fe²⁺, Fe³⁺) —0,3, марганец (Мn²⁺) — 0,1, медь (Си²⁺) —1,0, цинк (Zn²⁺) — 5,0, остаточный алюминий (А1³⁺) —0,5, гексаметафосфат (РО₄) —3,5, триполифосфат (РО₄) — 3,5.

Требования к качеству минеральных и промышленных подземных вод изложены в специальных руководствах (2, 4).

ЛИТЕРАТУРА

1.Вода питьевая. ГОСТ 2874—73. М, Стандартгиз, 1974, 8 с.

2.Воды минеральные, питьевые, лечебные и лечебно-столовые. ГОСТ 13273—73. М, Стандартгиз, 1975, 33 с.

3.Гавич И. К., Лучшева А. А., Семенова С. М. Сборник задач по общей гидрогеологии. М., «Высшая школа», 1964, 251 с.

4.Изыскания и оценка запасов промышленных подземных вод. М., «Недра», 1971, 244 с.

5.Калинка М. К. Методика исследования коллекторских свойств кернов. М., Гостоптехиздат, 1963, 224 с.

6.Методические указания по гидрогеологической съемке на закрытых территориях в масштабах 1:500000,. 1:200000, 1:50000. М., «Недра», 1968, 176 с.

7.Мироненко В. А., Шестаков В. М. Основы гидрогеомеханики. М., «Недра», 1974, 296 с.

8.Резников А. А., Муликовская Е. П., Соколов И. Ю. Анализ природных вод. Изд. 3-е. М., «Недра», 1970, 488 с.

9.Справочное руководство гидрогеолога. Т. 1 и 2. М., «Недра», 1967, 592 и 360 с.

10.Чаповский Е. Г. Лабораторные методы по грунтоведению и механике грунтов. Изд. 4-е. М., «Недра», 1975, 304 с.

11.Швец В. М. Органические вещества подземных вод. М., «Недра», 1973, 192 с.