Opublikowano: 20.1.1971 61748 KI. 42c,27 MKP G 01 v, 9/02 Wspóltwórcy wynalazku: Marian Jakubowski, Zygmunt Morawski, Józef Sapula Wlasciciel patentu: Uniwersytet Warszawski (Katedra Geologii Inzynierskiej), Warszawa (Polska) Sposób chemigraficznego okreslania kierunkufiltracji wód podziemnych oraz sonda do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób chemigraficznego okreslania kierunków filtracji wód podziemnych oraz sonda do stosowania tego sposobu w pojedynczym otwo¬ rze wiertniczym z wykorzystaniem znacznika chemiczne¬ go jako wskaznika.Znane sposoby wyznaczania kierunku filtracji z wy¬ korzystaniem jednego tylko otworu wiertniczego, po¬ dzielic mozna na dwie zasadnicze grupy: elektryczne i radiometryczne. Z elektrycznych najpopularniejszy jest sposób naladowanego osrodka, który polega na wyko¬ rzystaniu zjawiska wzrostu przewodnictwa elektryczne¬ go wody gruntowej w wyniku rozpuszczenia w niej soli bedacej silnym elektrolitem. Kierunek przemieszczania sie strefy elektrolitu wraz z przeplywajaca przez otwór wiertniczy woda gruntowa mozna sledzic z powierzchni ziemi, stosujac odpowiedni elektryczny uklad pomiaro¬ wy.Druga grupe reprezentuja sposoby, w których stosuje sie otwarte badz zamkniete zródla promieniowania joni¬ zujacego i ich elektroniczna lub radiograficzna detekcje.Zasada prowadzenia badan jest wspólna dla wszystkich znanych metod radiometrycznych.Do wywierconego w gruncie otworu, studni lub pie- zometru wprowadza sie roztwór izotopu promieniotwór¬ czego (lub soli o specjalnych wlasciwosciach), który przemieszcza sie wraz z filtrujaca woda. Nastepnie, do tego samego otworu wprowadza sie sonde do kierunko¬ wego pomiaru natezenia promieniowania gamma lub sonde kierunkowa zaopatrzona dodatkowo w zamkniete zródlo promieniowania neutronowego. 10 15 20 25 30 Pomiary natezenia promieniowania prowadzi sie ko¬ lejno dla róznych polozen szczeliny kolimacyjnej sondy ustawianej z powierzchni ziemi pod róznymi azymutami w granicach kata pelnego, przy pomocy stolika gonio- metrycznego. Natezenie promieniowania posiada war¬ tosci ekstremalne na kierunkach maksymalnej koncen¬ tracji wskaznika odsorbowanego na sciankach otworu wiertniczego. Wartosci otrzymane z pomiarów poddawa¬ ne sa specjalnej interpretacji, w wyniku której otrzy¬ muje sie dane o kierunkach filtracji wód gruntowych.Znany sposób polega na radiograficznym okreslaniu miejsc najwiekszej adsorpcji znacznika radioizotopowe¬ go, co eliminuje koniecznosc poslugiwania sie aparatura elektroniczna.Opisane sposoby posiadaja liczne wady. Sposób nala¬ dowanego osrodka ma maly zasieg glebokosciowy, po¬ nadto zakres mozliwosci jej stosowania ograniczony jest do okreslonych warunków geologicznych, topogra¬ ficznych i klimatycznych. Wady sposobów radioizotopo¬ wych wynikaja przede wszystkim z koniecznosci uzywa¬ nia zródel promieniowania jonizujacego. Stosowanie ich wymaga szeregu zabiegów wykonywanych przez wysoko kwalifikowanych specjalistów, w celu zapewnienia pel¬ nej ochrony przed szkodliwymi skutkami promieniowa¬ nia zarówno prowadzacym prace jak i otoczeniu. Czesto z róznych wzgledów istnieja przeciwwskazania do jakie¬ gokolwiek skazenia radioaktywnego wód gruntowych, na¬ wet wówczas gdy stosuje sie izotopy o krótkim okresie polowicznego rozpadu. Dalsze wady wynikaja z koniecz¬ nosci stosowania skomplikowanej i bardzo kosztownej 6174861748 x aparatury elektronicznej, która w warunkach polowych jest na ogól zawodna.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wyznacza¬ nia kierunków przeplywu wód podziemnych, który nie wykazywalby opisanych wyzej wad, a jednoczesnie za¬ pewnialby nie mniejsza od znanych sposobów precyzje w okreslaniu tego parametru oraz wykonanie sondy.Cel ten zostal osiagniety przez opracowanie sposobu polegajacego na tym, ze w otworze wywierconym w grun¬ cie umieszcza sie krystaliczny zwiazek chemiczny roz¬ puszczalny w wodzie, na przyklad wywolywacz fotogra¬ ficzny. Roztwór wywolywacza jest niesiony przez prze¬ plywajaca przez otwór wode w kierunku jej przeplywu i na*$wej drodze wchodzi w reakcje z innym zwiazkiem chemicznym na przykfad emulsja uprzednio naswietlone¬ go papieru fotograficznego. Powstale w wyniku reakcji strefowe zaczernienie na papierze pozwala okreslic kieru¬ nek przeplywu Wpdy. \ Sonda jest" wykonana w postaci perforowanego cylin¬ dra oslonietego od wewnatrz siatka filtracyjna, w którym umieszczony jest perforowany dowolnie naswietlony pa¬ pier fotograficzny oraz wypelniajacy material porowaty na przyklad srednioziarnisty piasek, który otacza osiowo umieszczona perforowana tulejke stanowiaca przedluze¬ nie przewodu zamocowanego do wieczka cylindra.Wynalazek zostanie blizej objasniony na przykladzie wykonania sondy przedstawionej na rysunku, na któ¬ rym fig. 1 przedstawia sonde w przekroju pionowym, a fig. 2 przedstawia sonde w przekroju poprzecznym.Sonda sklada sie z metalowego lub wykonanego z in¬ nego materialu cylindra 1 perforowanego przynajmniej w 15—20%, wewnatrz którego na obwodzie umieszczo¬ na i umocowana jest siatka 2 o wymiarze oczek od 0,4 do 0,5 mm. Do siatki przylega papier fotograficzny 3 perforowany drobnymi szczelinami, przy czym szczeliny powinny zajmowac od 30 do 40% powierzchni papieru.Wnetrze cylindra wypelnione jest materialem porowa¬ tym 4, którym moze byc na przyklad srednioziarnisty piasek. Cylinder zamkniety jest od dolu przykrecanym denkiem 5 zaopatrzonym w otwory, od góry wieczkiem 6, w którym centralnie przymocowany jest przewód 7, stanowiacy zakonczenie przewodu przelotowego na któ¬ rym opuszcza sie sonde do otworu wiertniczego.Dolny odcinek przewodu 7, lejkowato zwezony, zakon¬ czony jest drobno perforowana tulejka 8, w której osa¬ dza sie wypelniony krystalicznym wywolywaczem foto¬ graficznym pojemnik perforowany 9 opuszczany przez przewód na lince 10. Pojemnik 9 ma w swej górnej czesci uszczelke gumowa 11 i obciaznik 12.W celu okreslenia kierunku filtracji, przed opuszcze¬ niem sondy do otworu umieszcza sie na jej obwodzie dowolnie naswietlony papier fotograficzny 3 i zaznacza jego polozenie w stosunku do sondy. Wnetrze sondy wy¬ pelnia sie materialem porowatym 4, którego wysypywa¬ niu sie zapobiega siatka 2. Sonde opuszcza sie nastep¬ nie na sztywnym wewnatrzprzelotowym przewodzie do otworu na zadana glebokosc i orientuje wedlug stron swiata przy pomocy jednego ze znanych sposobów na przyklad znaku na przewodzie lub przy pomocy urza¬ dzenia zyroskopowego.Po pewnym okresie czasu, potrzebnym na wygasnie¬ cie zawirowan w wodzie wywolanych zanurzaniem i prze¬ suwaniem sondy, przez przewód 7 opuszcza sie na lince 10 pojemnik 9 wypelniony krystalicznym wywolywa- 5 czem fotograficznym. Obciaznik 12 ulatwia szybkie dojs¬ cie pojemnika 9 do dna perforowanej tulejki 8 a jed¬ noczesnie zapewnia przyleganie uszczelki 11 do lejkowa¬ tego zwezenia przewodu 7. Uszczelnienie to zabezpie¬ cza przed niepozadanym grawitacyjnym splywem z prze- 10 wodu 7 do wnetrza sondy wody, zawierajacej pewna ilosc rozpuszczonego wywolywacza.Przeplywajaca przez otwór i sonde woda gruntowa rozpuszcza wywolywacz w pojemniku 9 i przenosi stru¬ mien roztworu w kierunku zgodnym z przeplywem, jak 15 to zaznaczono strzalkami i linia przerywana na fig. 2.Znajdujacy sie na obwodzie sondy papier fotograficz¬ ny 3 zostaje od chwili dojscia do niego roztworu wywo¬ lywacza zaczerniony.Sonda pozostaje w otworze od 2 do 4 godzin, w zalez- 20 nosci od predkosci filtracji wody gruntowej.Przed wyciagnieciem sondy z otworu, przez przewód 7 wlewa sie silny roztwór utrwalacza fotograficznego, w celu utrwalenia miejsc zaczernionych na papierze i zneutralizowania reszty czynnego wywolywacza. 25 Zaczerniony w okreslonym miejscu papier fotograficz¬ ny stanowi fotogram z którego, uwzgledniajac jego uprzednia orientacje w stosunku do równiez zorientowa¬ nej wobec stron swiata sondy, mozna latwo odczytac azymut przeplywu wody gruntowej. 30 PL