СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД Российский патент 1997 года по МПК G01V9/02 G01V3/08 

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, гидрогеологии, к поиску подземных вод в предгорьях и в карстовых регионах для фильтрационных исследований в зонах водопонижения при производстве различных строительных работ. Данный геофизический способ может быть использован при проведении крупномасштабных модельных исследований на сооружениях из каменно-грунтовых материалов, сооруженных из суглинка, глины, супеси и других грунтов.

Известен геофизический способ определения положения уровня грунтовых вод, основанный на применении для этой цели метода естественного электрического поля [1] Данный способ позволяет определять гипсометрическое положение депрессионной кривой (или депрессионной поверхности) грунтовых вод путем производства замеров естественного электрического поля (фильтрационного) непосредственно на исследуемой дневной поверхности грунта. Недостаток данного метода заключается в том, что привязку последовательных измерений к действительным отметкам уровня грунтовых вод измеряемого электрического поля по профилям необходимо производить предварительно (или в последующем) на измерительных точках, где известно расстояние от дневной поверхности грунта до уровня грунтовых вод.

Наиболее близким по технической сущности к данному способу является способ поиска грунтовых вод [2] основанный на применении для этих целей измерений градиентов напряженности электрического (электростатического) поля в приземном воздушном пространстве, возникающего вследствие инфильтрации поверхностных вод в подпочвенные (подземные) коллекторы грунтовых вод. Глубина залегания подземных вод по данной технологии определяется по формуле:

где R глубина залегания подземных вод (м);
ΔR - расстояние между точками измерений (по вертикали) (м);
E_A и E_В напряженность электрического поля в точках А и В.

По данной технологии поиск грунтовых коллекторных вод осуществляется только лишь при полевых исследованиях золовых аккумулятивных форм рельефа, к вторым приурочены, как правило, отрицательные аномалии электрического поля интенсивностью в несколько десятков вольт на метр.

Полевые исследования, проведенные многочисленными исследователями за несколько последних десятилетий, а также проведенные автором публикации [1] показали, что причиной возникновения электрического поля на поверхности земли и приземном слое атмосферы является не только инфильтрационные процессы в зоне коллекторных вод, как отмечает автор изобретения [2] Поле, которое характеризуется наличием двойного электрического слоя (электростатического), образуется во всех случаях в пористой среде (грунте), когда есть в исследуемой зоне подземные воды (граница раздела зона аэрации грунтовые воды). Это и является причиной возникновения как на прилегающей земной поверхности, так и в сопредельной атмосфере (воздушном пространстве) единого электрического поля с отрицательным зарядом, напряженность которого постепенно ослабевает по направлению от источника, его породившего (двойной электрический слой на контакте подземные воды аэрированная зона вышерасположенного грунта), по направлению в приземное воздушное пространство. Резюмируя изложенное, можно сделать вывод, что данная технология, отличительной особенностью которой является определение градиентов исследуемого электрического и нахождение по ним коллекторных зон по формуле (1), после некоторой коррекции вышеуказанной формулы приемника для исследований различных фильтрационных полей, ареалов подземных грунтовых вод различного характера, существование которых всегда порождает вышеописанное электрическое (электростатическое) поле. Авторство данной формулы принадлежит М.М. Мельничуку, который успешно применял ее при магниторазведке.

На практике данное изобретение может реализовываться, как минимум, следующими тремя вариантами:
1. На исследуемой поверхности земли динамическим флюксометром или градиентомером, например, используя традиционную ортогональную сетку с любым необходимым интервалом или вариант измерений по произвольно выбранному профилю в измерительных точках, производят измерения в приземном слое градиента напряженности электрического поля (его вертикальной составляющей). После этого глубину залегания грунтовых вод определяют по формуле:

где h расстояние от дневной поверхности грунта до уровня грунтовых вод (м);
l расстояние по вертикали между точками, в которых измеряют напряженность электростатического поля (м);
E₁ и E₂ напряженности электростатического поля в точках 1 и 2;
n коэффициент, учитывающий форму (характер) окружающего рельефа и исследуемых подземных вод (фильтрационные в зонах гидротехнических сооружений, грунтовые воды предгорий, речных долин и.т.п.). Значения данного коэффициента могут варьировать от 0,4 до 0,8.

2. На исследуемой земной поверхности в приземном воздушном пространстве произвольно находят измерительные точки, где отмечаются максимальные напряженности (отрицательные) электрического поля по вышеуказанной методике. Глубина залегания подземных вод также определяется по формуле (2).

3. датчик градиентомера размещают на прицепном устройстве, например, автомобиля. Замер градиента электрического поля производится или дискретно, или непрерывно при движении автомобиля. В местах существенных градиентов отрицательной напряженности электрического поля производится определение уровня грунтовых вод также по вышеуказанной формуле (2).

Данный способ является экспрессивным, высокоэкономичным и особенно эффективен при неглубоком залегании грунтовых вод (до 40-50 м). В будущем возможности его могут значительно повыситься с созданием более совершенной измерительной аппаратуры по измерению градиентов напряженности электрического поля.

Использование: гидрогеология, гидротехническое строительство для определения глубины уровня грунтовых вод. Сущность изобретения: измеряют в приземном слое атмосферы градиент вертикальной составляющей напряженности электрического поля, а затем определяют глубину уровня грунтовых вод по формуле , где h - расстояние от дневной поверхности грунта до уровня грунтовых вод, м; l - расстояние по вертикали между точками, в которых измеряют напряженность электростатического поля, м; E₁ и E₂ - напряженности электрического поля в точках 1 и 2, (В/м); n - коэффициент, учитывающий форму окружающего рельефа и исследуемых подземных вод.

Способ определения глубины уровня грунтовых вод, включающий измерение в приземном слое атмосферы вертикальной составляющей напряженности электрического поля и в месте ее максимального отрицательного значения производят замер вертикального градиента напряженности электростатического поля, отличающийся тем, что по результатам указанных измерений глубину уровня грунтовых вод определяют по формуле

где h расстояние от дневной поверхности грунта до уровня грунтовых вод, м;
l расстояние по вертикали между точками, в которых измеряют напряженность электростатического поля, м;
Е₁ и Е₂ напряженность электростатического поля в точках 1 и 2, В/м;
n коэффициент, значения которого могут варьировать от 0,4 до 0,8, учитывающий форму окружающего рельефа и исследуемых подземных вод, фильтрационные в зонах каменно-земляных гидротехнических сооружений и примыканий к ним, грунтовые воды предгорий, речных долин, подземные воды карстовых регионов, грунтовые воды в зонах водопонижения при производстве строительных работ.