Подземные воды являются важным источником пресной воды на планете. Для рационального использования подземных вод необходимо знать их основные гидравлические характеристики. В этой статье мы рассмотрим, как с помощью формулы Курлова можно рассчитать скорость движения подземных вод, коэффициент фильтрации и другие важные параметры.
История создания и назначение формулы Курлова
Формула Курлова была предложена в 1928 году советским гидрогеологом Михаилом Григорьевичем Курловым. Она предназначена для краткой записи химического состава подземных вод и наглядного представления результатов анализов.
Со временем формула претерпела некоторые изменения, ее дополнили данными о температуре воды, величине рН и дебите источника.
Основные задачи, которые решает формула Курлова:
- систематизация различных анализов химического состава воды;
- классификация подземных вод по преобладающим анионам и катионам;
- выявление закономерностей формирования химического состава;
- расчет гидравлических характеристик водоносных горизонтов.
Основные компоненты формулы
Формула Курлова записывается в виде дроби, где:
- В числителе указываются анионы в порядке убывания их содержания;
- В знаменателе записываются катионы также по убывающей;
- Перед дробью обозначается общая минерализация М и специфические компоненты;
- После дроби указываются дополнительные характеристики: рН, температура, дебит.
Например:
M 1.2 СО2 0.7 [Cl- 48 SO42- 40 HCO3- 12] / [Na+ 60 Ca2+ 28 Mg2+ 12] pH 7.0 T 15 °C
Данная формула обозначает слабощелочную, холодную углекислую хлоридно-сульфатную натриево-кальциевую воду с минерализацией 1.2 г/л.
Зная химический состав подземных вод, можно рассчитать скорость их движения, возраст, коэффициент фильтрации и другие характеристики.
Расчет скорости движения подземных вод
Для этой цели используется формула Дарси:
V = K√I / n
где:
- V – скорость фильтрации, м/сут;
- K – коэффициент фильтрации, м/сут;
- I – гидравлический градиент;
- n – пористость водоносного горизонта, доли единицы.
Значения K и n можно оценить по составу воды из формулы Курлова. Гидравлический градиент I рассчитывают по картам или разрезам. Подставив все значения в формулу Дарси, получим скорость движения подземных вод V.
Определение коэффициента фильтрации
Формула Курлова расчет коэффициента фильтрации имеет вид:
| K = (0,76logM + 15,6)10-5 |
где M - общая минерализация из формулы Курлова, г/л. Подставив M, получим приближенное значение K.
Более точный K можно рассчитать если известен химический тип воды. Например, для хлоридных натриевых вод:
K = 1.15(0.76logM + 15.6)10-5 [м/сут]
Графическое представление результатов
Для наглядности данные химического состава изображают с помощью различных графиков и диаграмм:
- График Роджерса
- Треугольник Ферре
- Круговая диаграмма
Эти графики позволяют визуально оценить соотношение основных ионов в воде из большого количества анализов.
Пример графика Роджерса
В таком представлении сразу видно, что проба No 1 более минерализована и содержит преимущественно хлориды натрия; проба No 2 содержит гидрокарбонаты кальция; проба No 3 – смешанного состава с преобладанием гидрокарбонатов и сульфатов.
Графики и диаграммы удобно строить в программах типа MSExcel или Matlab. Это позволяет визуализировать большое количество данных по составу воды.
Применение формулы на практике
Знание химического состава помогает оценивать общие запасы и качество подземных вод. Рассмотрим некоторые примеры.
Название воды по формуле Курлова
Имеется следующий анализ:
M 2.7 Cl- 39 SO42- 23 HCO3- 38 / Na+ 66 Ca2+ 28 Mg2+ 6 pH 7.6 T 8 °C
По формуле Курлова вода называется: хлоридно-гидрокарбонатная натриево-кальциевая.
Оценка общих запасов подземных вод
Из формулы видно, что минерализация данной воды составляет 2.7 г/л. Это означает, что пласт сложен чистыми кварцевыми песками без примеси глин. Содержание хлоридов указывает на возможную близость морских отложений. Наличие гидрокарбонатов свидетельствует о активном водообмене с атмосферными осадками. Такой тип коллектора содержит значительные запасы пресной воды.
Для точного подсчета запасов необходимо знать площадь, мощность и пористость водоносного горизонта. Но уже только по химическому составу можно предположить высокую обводненность пласта.
Мы рассмотрели лишь некоторые примеры использования формулы Курлова на практике. Эта формула является удобным инструментом для гидрогеологов и позволяет быстро оценивать основные характеристики подземных вод по данным химических анализов.
