Наука изучающая подземные воды. Лекции по гидрогеологии. Гидрогеология. Этапы развития гидрогеологии

24.11.2019

Страница 2 из 6

История изучения подземных вод.

Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен , ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. Искусство сооружения копаных колодцев до нескольких десятков метров было известно за 2000-3000 тысячи лет до н.э. в Египте, Средней Азии, Индии, Китае. В этот же период появилось и лечение минеральными водами.

В первом тысячелетии до нашей эры появились первые представления о свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и круговороте воды на Земле (в работах Фалеса и Аристотеля – в Древней Греции; Тита Лукреция Кара и Витрувий – в Древнем Риме, и др.).

Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением, строительством каптажных сооружений (например, кяризов у народов Кавказа, Ср. Азии), добычей соленых вод для выпаривания соли путем копания колодцев, а затем и бурения (территория России, 12-17 века ). Позже возникли понятия о водах ненапорных , напорных (поднимающихся снизу вверх) и самоизливающихся . Последние получили название артезианских — от провинции Артуа (древнее название «Артезия») во Франции.

В эпоху Возрождения и позднее подземным водам и их роли в природных процессах были посвящены работы многих ученых — Агриколлы, Палисси, Стено и др.

В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М.В. Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.).

Отрасли науки, изучающие подземные воды.

До середины 19 века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии. Затем оно обособляется в отдельную дисциплину — гидрогеологию . Общая гидрогеология изучает происхождение подземных вод, их физические и химические свойства, взаимодействие с вмещающими горными породами.

Изучение подземных вод в связи с историей тектонических движений, процессов осадконакопления и дианогенеза позволило подойти к истории их формирования и способствовало появлению в 20 веке новой отрасли гидрогеологии — палеогидрогеологии (учение о подземных водах прошлых геологических эпох).

Динамика подземных вод изучает движение подземных вод под влиянием естественных и искусственных факторов, разрабатывает методы количественной оценки производительности эксплуатационных скважин и запасов подземных вод.

Учение о режиме и балансе подземных вод рассматривает изменения в подземных водах (их уровне, температуре, химическом составе, условиях питания и движения), которые происходят под воздействием различных природных факторов (атмосферных осадков, и условиях их инфильтрации, испарения, температуры и влажности воздуха и почвенного слоя, влияния режимов поверхностных водоемов, рек , техногенной деятельности человека).

Во второй половине 20 века начали разрабатываться методы прогноза режима подземных вод , что имеет важное практическое значение при эксплуатации подземных вод, гидротехническом строительстве, орошаемом земледелии и решении других вопросов.

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями!

В этой статье мы рассмотрели тему История изучения подземных вод. Далее читайте:

Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами называют гидрогеологией.

Для строителей подземные воды в одних случаях служат источником водоснабжения, а в других выступают как фактор, затрудняющий строительство. Особенно сложным является производство земляных и горных работ в условиях притока подземных вод, затапливающих котлованы, карьеры, траншеи, подземные горные выработки: шахты, штольни, туннели, галереи и т.п. Подземные воды ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых пород могут выступать в роли агрессивной среды по отношению к строительным материалам, вызывают растворение многих горных поре (гипс, известняк и др.) с образованием пустот и т. д.

Строители должны изучать подземные воды и использовать их в производственных целях, уметь сопротивляться их негативному воздействию при строительстве и эксплуатации зданий сооружений.

Водные свойства горных пород

Горные породы по отношению к воде характеризуются следующими показателями: влагоемкостью, водоотдачей и водопроницаемостью. Показатели этих свойств используются при различных гидрогеологических расчетах.

Влагоемкостъ - способность породы вмещать и удерживать в себе воду. В том случае, когда все поры заполнены водой, порода будет находиться в состоянии полного насыщения. Влажность, отвечающая этому состоянию, называют полной влагоемкостью W n . B:

wfi.b = Л/Рек,

где п - пористость; р ск - плотность скелета породы.

Наибольшее значение W a B совпадает с величиной пористости породы. По степени влагоемкости породы подразделяют на весьма влагоемкие (торф, суглинки, глины), слабовлагоемкие (мергель, мел, рыхлые песчаники, мелкие пески, лёсс) и невлагоемкие, не удерживающие в себе воду (галечник, гравий, песок).

Водоотдача W e - способность пород, насыщенных водой, отдавать гравитационную воду в виде свободного стока. При этом считают, что физически связанная вода из пор породы не вытекает, поэтому принимают W z = W n .„ - W MMB .

Величина водоотдачи может быть выражена процентным отношением объема свободно вытекающей из породы воды к объему породы или количеством воды, вытекающей из 1 м 3 породы (удельная водоотдача). Наибольшей водоотдачей обладают крупнообломочные породы, а также пески и супеси, в которых величина W B колеблется от 25 до 43 %. Эти породы под влиянием гравитации способны отдавать почти всю имеющуюся в их порах иоду. В глинах водоотдача близка к нулю.

Водопроницаемость - способность пород пропускать гравитационную воду через поры (рыхлые породы) и трещины (плотные породы). Чем больше размер пор или чем крупнее трещины, тем выше водопроницаемость пород. Не всякая порода, которой присуща пористость, способна пропускать воду, например, глина ff: пористостью 50-60 % воду практически не пропускает.

Водопроницаемость пород (или их фильтрационные свойства) характеризуется коэффициентом фильтрации k $ (см/с, м/ч или м/сут), представляющим собой скорость движения подземной воды при гидравлическом градиенте, равном 1.

По величине kф породы разделяют на три группы: 1) водопроницаемые - &ф > 1 м/сут (галечники, гравий, песок, трещиноватые породы); 2) полупроницаемые - k li > = 1...0,001 м/сут (глинистые пески, лесс, торф, рыхлые разности песчаников, реже пористые известняки, мергели); 3) непроницаемые - & ф < 0,001 м/сут (массивные породы, глины). Непроницаемые породы принято называть водоупорами, а полупроницаемые и водопроницаемые - единым термином водопроницаемые, или водоносными, горизонтам

§ 3. Химический состав подземных вод.

Вода как агрессивная природная среда к строительным конструкциям

Все подземные воды содержат в растворенном состоянии определенное количество солей, газов, а также органических соединений.

Растворенные в воде газы (О, СО 2 , СН4, H2S и др.) обусловливают степень пригодности воды для питьевых и технических целей. Количество растворенных солей не должно превышать 1 г/л. Не допускается содержание вредных для здоровья человека химических элементов (уран, мышьяк и др.) и болезнетворных бактерий.

В подземных водах наибольшее распространение имеют хлориды, сульфаты и карбонаты. Подземные воды разделяются на пресные (до 1 г/л растворенных солей), солоноватые (от 1 до 10 г/л), соленые (10-35 г/л) и рассолы (более 35 г/л). Количество и состав солей устанавливается химическим анализом в миллиграммах на литр (мг/л) или в миллимолях на литр (ммоль/л).

Присутствие солей придает воде такие свойства, как жесткость и агрессивность.

Жесткость подземных вод обусловлена количеством растворенных в воде ионов Са 2+ и Mg 2+ и выражается в миллимолях на литр. Различают

1. общую жесткость, вызванную содержанием в воде всех солей кальция и магния: Са(НСО 3) 2 ; Mg(HCO 3) 2 , CaSO4, MgSO 4 , CaCl 2 , MgCI 2 ;

2. карбонатную, или временную , обусловленную содержанием бикарбонатов кальция и магния, удаляемых кипячением (выпадают в °садок в виде карбонатов);

3. некарбонатную, или постоянную , остающуюся в воде после устранения бикарбонатов. По общей жесткости природные воды разделяют на 5 групп:

Оценка воды Жесткость, ммол/л

Очень мягкая до 1,5

Мягкая 1.5-3,0

Умеренно мягкая 3-6

Жесткая 6-9

Очень жесткая выше 9

Жесткие воды образуют накипь в котлах, в них плохо образуется мыльная пена и т. п.

Агрессивность подземных вод выражается в разрушающем воздействии растворенных в воде солей на строительные материалы, в частности на портландцемент. В существующих нормах, оценивающих степень агрессивности воды по отношению к бетону, кроме химического состава воды, учитывается коэффициент фильтрации пород.

1. Агрессивность по содержанию бикарбонатной щелочности (агрессивность выщелачивания) определяется по величине карбонатной жесткости. Поземная вода агрессивна к бетону при карбонатной жесткости 4-2,14 ммоль/л (в зависимости от типа цемента в составе бетона),а при более высоких показателях вода становится неагрессивной.

2. Агрессивность по водородному показателю (общекислотная агрессивность) оценивается по величине рН. В пластах с высокой водопроницаемые она агрессивна при рН=6,7-7,0, а в слабопроницаемых- при рН=5

3. Агрессивность по содержанию свободной углекислоты (СО 2) (углевая агрессивность) устанавливается по содержанию диоксида углерода Различают свободную, связанную и агрессивную углекислоту.

Агр ессивная углекислота определяется экспериментально и расчетом, вода считается агрессивной при содержании углекислоты >15 ммол/л в хорошо проницаемых грунтах и >55 ммоль/л для слабоводопроницаемых грунтов.

4. Агрессивность по содержанию магнезиальных солей определяется содержанию иона Mg 2+ . В слабофильтрующих грунтах воды агрессивны при содержании магния >2000 мг/л, а в остальных грунтах > 1000мг/л.

5. Агрессивность по содержанию едких щелочей оценивается по количеству ионов К + и Na + . Воды агрессивны к бетону при содержании этих ионов >80 г/л в хорошо водопроницаемых и >50 г/л в слабопроницаемых грунтах.

6. Сульфатная агрессивность. Этот тип агрессивности определяется по содержанию ионов SО 4 2- . В высоко водопроницаемых грунтах она зависит от содержания иона С1 - . При содержании сульфат-ионов менее 250-300 мг/л во всех грунтах вода неагрессивна, во всех остальных случаях - агрессивна, даже к специальным цементам.

Агрессивность по содержанию хлоридов, сульфатов, нитратов и других солей и едких щелочей связана обычно с искусственными источниками загрязнения грунтовых вод при суммарном содержании (агрессивных ионов >10 г/л.

Агрессивность подземных вод устанавливают сопоставлением данных химических анализов воды с требованиями СНиП 2.02.11-85. Для борьбы с ней используют специальные цементы, производят гидроизоляцию подземных частей зданий и сооружений, понижают уровень грунтовых вод устройством дренажей и т. п.

4. Классификация и характеристика типов подземных вод

Подземные воды классифицируют по гидравлическому признаку - безнапорные и напорные, и по условиям залегания в земной коре-верховодка, грунтовые воды, межпластовые воды (рис. 50). Помимо этих главных типов существует еще ряд подземных вод, таких как трещинные, карстовые, минеральные и т.

Верховодка. Верховодкой называют временные скопления вод в зоне аэрации, которые располагаются над горизонтом грунтовых вод, где часть пор грунта занята воздухом. Верховодка образуется над небольшими водоупорами типа линзы глин и суглинков в песке, над прослойками более плотных пород и т. д. (рис. 50), при инфильтрации воды в период обильного снеготаяния, дождей. В остальное время вода верховодки испаряется и просачивается в нижеследующие грунтовые воды.

В целом для верховодки характерно: временный, чаще сезонный характер, небольшая площадь распространения, малая мощность и безна-порность. Залегая в пределах подземных частей зданий и сооружений (подвалы, котельные и др.), она может вызвать их подтопление, если заранее не были предусмотрены меры дренирования или гидроизоляции.

При инженерно-геологических изысканиях, проводимых в сухое время года, верховодка не всегда обнаруживается. Поэтому ее появление для строителей может быть неожиданным.

Грунтовые воды. Грунтовыми называют постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод залегающие на первом от поверхности водоупоре.

1. Грунтовые воды безнапорны, имеют свободную поверхность, которая называется зеркалом (или уровень). Положение зеркала в какой-то мере отвечает рельефу данной местности. Глубина залегания уровня от поверхности различна - от 1 до 50 м и более. Водоупор, на котором лежит водоносный слой, называют водоупорным ложем, а расстояние от него до

уровня подземных вод-мощностью водоносного слоя (рис. 51).

2. Питание грунтовых вод происходит за счет атмосферных осадков,

водоемов и рек. Территория питания совпадает с площадью распространения грунтовых вод. Грунтовая вода открыта для

загрязнения различными вредными примесями.

3. Грунтовые воды образуют потоки, которые направлены в сторону уклона водоупора (рис. 51).

4. Количество, качество и глубина залегания грунтовых вод зависят

геологии местности и климатических факторов.

В практике строительства чаще всего приходится встречаться именно

грунтовыми водами. Они создают большие трудности при производстве

строительных работ (заливают котлованы, траншеи и т. д.) и мешают

нормально эксплуатировать здания и сооружения.

Межпластовыми водами называют водоносные горизонты, располагающиеся между водоупорами. Они бывают ненапорными и напорными, последние иначе называют артезианскими.

Межпластовые ненапорные воды встречаются сравнительно редко,

водоносные слои заполнены водой лишь частично (рис. 51).

Напорные (артезианские) воды связаны с залеганием водоносных

слоев под наклоном к горизонту или в виде изгиба (складки) (рис. 50

и 52). Площадь распространения напорных водоносных горизонтов называют артезианским бассейном.

Отдельные части водоносных слоев залегают на различных высотных

отметках. Это и создает напор подземных вод. Область питания, как

правило, не совпадает с площадью распространения межпластовых вод.

Напорность вод характеризует пьезометрический уровень. Он может

быть выше поверхности земли или быть ниже ее. В первом случае, выходя

через буровые скважины, вода фонтанирует, во втором - поднимается

лишь до пьезометрического уровня.

Многие артезианские бассейны, например Доно-Донецкая впадина, занимают огромные площади, содержат ряд водоносных горизонтов являются важным источником питьевой воды.

Тема: Гидрогеология как наука. Вода в природе.

1. Гидрогеология. Этапы развития гидрогеологии.

Вспомним определение науки гидрогеология. Гидрогеология - наука о подземных водах, изучающая их происхождение, условия залегания и распространения, законы движения, взаимодействие с водовмещающими породами, формирование химсостава и др.

Рассмотрим кратко историю развития этой науки.

1.1 Этапы развития гидрогеологии

В истории изучения подземных вод в СССР выделяют 2 периода:

1) дореволюционный;

2) послереволюционный.

В дореволюционном периоде можно выделить 3 этапа изучения подземных вод:

1. накопление опыта использования подземных вод (X - XVII в-в.)

2. первых научных обобщенных сведений о подземных водах (XVII - середина XIX века)

3. становление гидрогеологии как науки (вторая половина XIX века и начало XX века)

В 1914 г. на инженерном факультете Московского сельскохозяйственного института (ныне Московский гидромелиоративный институт) была организована первая в России кафедра гидрогеологии.

Период послереволюционный можно разделить на 2 этапа:

1. довоенный (1917- 1941 гг.)

2. послевоенный

Для подготовки инженеров гидрогеологов в 1920 году в Московской горной академии была учреждена гидрогеологическая специальность: несколько позже она была введена и в других институтах и университетах. В институтах стали преподавать наиболее видные ученые гидрогеологи Ф.П. Саваренский, Н.Ф. Погребов, А.Н. Семихатов, B.C. Ильин и др.

К началу первой пятилетки (1928г.), а также в течении последующих пятилеток гидрогеологические исследования проводились в Донбассе, в Восточном Закавказье, в Средней Азии, на Севере Украины, в Казахстане, Туркмении и во многих других областях страны.

Для дальнейшего развития гидрогеологии огромное значение имел Первый всесоюзный гидрогеологический съезд, проходивший в 1931г. в Ленинграде.

В 30-х годах впервые были составлены сводные карты (гидрогеологическая, минеральных вод, гидрогеологического районирования), которые имели большое значение для планирования дальнейших гидрогеологических исследований. В то же время под редакцией Н.И. Толстихина начали издаваться тома «Гидрогеология СССР». До Велико Отечественной войны было издано 12 выпусков этой многотомной работы.

Послевоенный этап характеризуется накоплением материалов по глубоко залегающим водам.

Для более глубокого научного анализа и широко регионального обобщения материалов по подземным водам было принято решение подготовить к опубликованию 45 томов «Гидрогеология СССР», и кроме того, составить 5 сводных томов.

2. Вода в природе. Круговорот воды в природе.

На земном шаре вода находится в атмосфере, на поверхности земли и в земной коре. В атмосфере вода находится в нижнем ее слое - тропосфере - в различных состояниях:

1. парообразном;

2. капельножидком;

3. твердом.

Поверхностная вода находится в жидком и твердом состоянии. В земной коре вода встречается в парообразном, жидком, твердом, а также в виде гигроскопической и пленочной воды. В совокупности поверхностные и подземные воды составляют водную оболочку - гидросферу.

Подземная гидросфера сверху ограничена поверхностью земли, нижняя ее граница достоверно не изучена.

Различают большой, внутренний и малый круговороты. При большом круговороте, влага испаряющаяся из поверхности океанов, переносится в форме водяных паров воздушными течениями на сушу, выпадает здесь на поверхность в виде осадков, а затем возвращается в моря и океаны поверхностным и подземным стоком.

При малом круговороте влага, испаряющаяся из поверхностей океанов и морей. Здесь же выпадает в виде осадков.

Процесс круговорота в природе в количественном выражении характеризуется водным балансом, уравнение которого доля замкнутого речного бассейна имеет вид для многолетнего периода:

X = y+Z-W (по Великанову),

где х - осадки на площадь водосбора, мм

у - речной сток, мм

Z - испарение за вычетом конденсации, мм

W - среднемноголетнее питание глубоких водоносных горизонтов за счет осадков или поступления подземных вод на поверхность в пределах речного бассейна.

Внутренний круговорот обеспечивается той частью воды, которая испаряется в пределах материков - с водной поверхности рек и озер, с суши и растительности и там же выпадает в виде осадков.

3. Виды воды в минералах и горных породах.

Одна из наиболее ранних классификаций видов воды в гонных породах была предложена в 1936 году А.Ф. Лебедевым. В последующие годы предложен ряд других классификаций. Исходя из классификации Лебедева большинство ученых выделяют следующие виды воды:

1. Парообразная вода

Находится в форме водяного пара в воздухе, присутствующем в порах и трещинах горных пород и в почве, передвигается вместе с токами воздуха. При определенных условиях путем конденсации может переходить в жидкую форму.

Парообразная вода - единственный вид, способный передвигаться в порах при незначительной их влажности.

2. Связанная вода

Присутствует главным образом в глинистых породах, удерживается на поверхности частиц силами, значительно превышающими силу тяжести.

Различают прочно- и рыхлосвязанную воду.

а) прочносвязанная вода (гидроскапическая) она находится в виде молекул в поглощенном состоянии, удерживается на поверхности частиц молекулярными и электростатическими силами. Она имеет высокую плотность, вязкость и упругость, свойственна тонкодисперсным породам, не способна растворять соли, не доступна для растений.

б) рыхлосвязанная (пленочная) располагается над прочносвязанной водой, удерживается молекулярными силами, более подвижна, плотность близка к плотности свободной воды, способна передвигаться от частиц к частице под влиянием сорбционных сил, способность растворять соли пониженная.

3. Капиллярная вода

Находится в капиллярных порах горных пород, где удерживается и передвигается под влиянием капиллярных (менисковых) сил, действующих на границе воды и воздуха, находящихся в порах. Она подразделяется на 3 вида:

а) собственно капиллярная вода находится в порах в виде влаги капиллярной поймы над УГВ. В зависимости от гранулометрического состава зависит мощность капиллярной поймы. Она изменяется от нуля в галечнике до 4-5 м в глинистых породах. Собственно капиллярная вода доступна для растений.

б) подвешенная капиллярная вода располагается преимущественно в верхнем горизонте породы или в почве и не находится в непосредственной связи с УГВ. При повышении влажности породы сверх наименьшей влагоемкости вода стекает в нижележащие слои. Эта вода доступна для растений.

в) вода углов пор удерживается капиллярными силами в порах песчаных и глинистых пород в местах соприкосновения их частиц. Эта вода растениями не используется, при повышении влажности может переходить в подвешенную или в собственно капиллярную.

4. Гравитационная вода

Подчиняется силе тяжести. Движение воды происходит под влиянием этой силы и передает гидростатический напор. Она подразделяется на 2 вида:

а) просачивающаяся - свободная гравитационная вода, находящаяся в состоянии нисходящего движения в виде отдельных струек в зоне аэрации. Движение воды происходит под влиянием силы тяжести.

б) влага водоносных горизонтов , которая насыщает водоносные слои до ПВ. Влага удерживается в следствие водонепроницаемости водоупорного слоя, (дальнейшее изложение относится к теме «Гравитационная вода»).

5. Кристаллизационная вода

Входит в состав кристаллической решетки минерала, например гипса (CaS0 4 2Н 2 О), сохраняет молекулярную форму.

6. Вода в твердом состоянии в форме льда

Кроме вышеуказанных шести видов выделяют химически связанную воду , которая участвует в строении кристаллической решетки минералов в форме ионов Н + , ОН", т.е. не сохраняет молекулярной формы.

4. Понятие о скважности и пористости.

Одним из важнейших гидрогеологических показателей горных пород служит их пористость. В песчаных породах выделяют паровую пористость, а в крепких - трещинную .

Подземные воды заполняют поры и трещины в горных породах. Объем всех пустот в горной породе называют скважностью. Естественно, чем больше скважность, тем больше воды может вместить порода.

Для движения подземных вод в горных породах большое значение имеют размеры пустот. В мелких порах и трещинах площадь соприкосновения воды со стенками пустот больше. Эти стенки оказывают значительное сопротивление движению воды, поэтому ее движение в мелких песках даже при значительных напорах затруднено.

Различают скважность горных пород: капиллярную (пористость) и некапиллярную .

К капиллярной скважности относят мелкие пустоты, где вода передвигается главным образом под действием сил поверхностного натяжения и электрических сил.

К некапиллярной скважности относят крупные, лишенные капиллярных свойств пустоты, в которых вода передвигается только под действием силы тяжести и разности напора.

Мелкие пустоты в горных породах называют пористостью.

Различают 3 вида пористости:

2. открытую

3. динамическую

Общая пористость количественно определяется_отношением объемавсех мелких пустот (включая и несообщающиеся между собой) ко всему объему образца. Выражается в долях единицы или в процентах.

Или

где V n – объем пор в образце горных пород

V – объем образца

Общая пористость характеризуется коэффициентом пористости е .

Коэффициент пористости е выражается отношением объема всех в породе пор к объему твердой части породы (скелета) V c , выражается в долях единицы.

Этот коэффициент широко используется особенно при исследовании

глинистых грунтов. Этот связано с тем, что глинистые грунты набухают при увлажнении. Поэтому пористость глин предпочтительнее выражать через е.

Коэффициент пористости можно выразить следующим образом

, разделив числитель и знаменатель на V c получим

Величина общей пористости всегда меньше 1 (100%), а величина е может быть равна 1 или быть больше 1. У пластичных глин е колеблется от 0,4 до 16.

Пористость зависит от характера сложения частиц (зерен).

К некапиллярной скважности относятся крупные поры в грубообломочных породах, трещины, каналы, пещеры и другие крупные пустоты. Трещины и поры могут сообщатся между собой или быть изорваны.

Открытая пористость характеризуется отношением объема сообщающихся между собой открытых пор ко всему объему образца.

Для зернистых несцементированных пород открытая пористость по величине близка к общей.

Динамическая пористость выражается отношением ко всему объему образца только той части объема пор, через которую может передвигаться жидкость (вода).

Исследования показали, что не по всему объему открытых пор происходит движение воды. Часть открытых пор (особенно на стыке частиц) не редко бывает занята тонкой пленкой воды, которая прочно-прочно удерживается капиллярными и молекулярными силами и не участвует в движении.

Динамическая пористость в отличие от открытой не учитывает объем пор, занятый капиллярно-связанной водой. Обычно по величине динамическая пористость меньше открытой.

Таким образом, принципиальная разница между охарактеризованными видами пористости заключается (количественно) в том, что в сцементированных породах общая пористость больше открытой, а открытая - больше динамической.

Контрольные вопросы:

1. Что изучает наука гидрогеология?

2. Как осуществляется круговорот воды в природе?

3. Назовите виды воды, встречающейся в минералах и горных породах.

4. Что называется пористостью? Назовите ее виды? Как определяется пористость?

5. Что понимаю под скважностью? Назовите и охарактеризуйте ее виды.

Подземные воды

Подземными считаются все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и твердом состояниях. Подземные воды составляют часть гидросферы - водной оболочки земного шара. Запасы пресной воды в недрах Земли составляют до 1/3 вод Мирового океана. В России известно порядка 3367 месторождений подземных вод, из них эксплуатируется менее 50 %. Иногда подземные воды вызывают оползни, заболачивание территорий, осадку грунта, они затрудняют ведение горных работ в шахтах, для уменьшения притока подземных вод проводят осушение месторождений и сооружают водоотливы.

История гидрогеологии

Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. В частности, свою лепту внесло сооружение копаных колодцев, строившихся в 2-3 тыс. до н. э. в Египте, Средней Азии, Китае и Индии и достигавших глубин в несколько десятков метров. Примерно в этот же период появилось лечение минеральными водами.

Первые представления о свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и круговороте воды на Земле были описаны в работах древнегреческих ученых Фалеса и Аристотеля, а также древнеримских Тита Лукреция Кара и Витрувия . Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением в Египте, Израиле, Греции и Римской империи. Возникло понятия о ненапорных, напорных и самоизливающихся водах. Последние получили в XII веке н. э. название артезианских - от названия провинции Артуа (древнее название - Артезия) во Франции .

В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М. В. Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.). До середины XIX века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии, после чего обособилось в отдельную дисциплину.

Распределение подземных вод в земной коре

Подземные воды в земной коре распределены в двух этажах. Нижний этаж, сложенный плотными магматическими и метаморфическими породами, содержит ограниченное количество воды. Основная масса воды находится в верхнем слое осадочных пород. В нем выделяют три зоны - верхнюю зону свободного водообмена, среднюю зону водообмена и нижнюю зону замедленного водообмена.

Воды верхней зоны обычно пресные и служат для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения. В средней зоне располагаются минеральные воды различного состава. В нижней зоне находятся высокоминерализованные рассолы. Из них добывают бром, йод и другие вещества.

Поверхность грунтовых вод называется «зеркалом грунтовых вод». Расстояние от зеркала грунтовых вод до водоупорного слоя называют «мощностью водоносного горизонта».

Формирование подземных вод

Подземные воды образуются различными способами. Один из основных способов образования подземной воды - просачивание, или инфильтрация, атмосферных осадков и поверхностных вод. Просачивающаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается на нем, насыщая породы пористого и пористо-трещинноватого характера. Так возникают водоносные слои , или горизонты подземных вод. Кроме того, подземные воды формируются путём конденсации водяных паров. Выделяются также подземные воды ювенильного происхождения.

Два основных способа образования подземных вод - путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных паров атмосферы в породах - главные пути накопления подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды называются вадозными водами (лат. vadare - идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.

Инфильтрация

Подземные воды формируются из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся в грунт на некоторую глубину, а также из вод болот, рек, озёр и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, попадающей таким образом в почву, составляет 15-20 % от общего количества выпавших атмосферных осадков.

Проникновение вод в грунты зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы - водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные. К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески и трещиноватые породы. К водонепроницаемым породам - плотные магматические и метаморфические породы, такие как гранит и мрамор, а также глины. К полупроницаемым породам относятся глинистые пески, лёсс , рыхлые песчаники и рыхловатые мергели.

Количество воды, просочившейся в грунт, зависит не только от его физических свойств, но и от количества атмосферных осадков, наклона местности и растительного покрова. При этом длительный моросящий дождь создаёт лучшие условия для просачивания, нежели обильный ливень.

Крутые склоны местности увеличивают поверхностный сток и уменьшают просачивание атмосферных осадков в грунт, а пологие, наоборот, увеличивают просачивание. Растительный покров увеличивает испарение выпавшей влаги, но, в то же время задерживает поверхностный сток, что способствует просачиванию влаги в грунт.

Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод.

Подземные воды также могут образовываться за счёт искусственных гидротехнических сооружений, например таких, как оросительные каналы.

Конденсация водных паров

Второй путь образования подземных вод - это конденсация водяных паров в горных породах.

Ювенильные воды

Ювенильные воды - ещё один способ образования подземных вод. Такие воды выделяются при дифференциации магматического очага и являются «первичными». В природных условиях чистых ювенильных вод не существует: подземные воды, возникшие разными способами, смешиваются друг с другом.

Классификация подземных вод

Выделяется четыре типа подземных вод: верховодка, спорадические, грунтовые, напорные (артезианские) и подземные воды вечной мерзлоты.

По условиям залегания: поровые, пластовые, трещинные.
В зависимости от степени минерализации: ульропресные, пресные, минеральные, солоноватые, соленые и рассолы.
По температуре: переохлажденные, холодные и термальные.
В зависимости от качества: технические, минеральные и питьевые.

Верховодка

Верховодка и грунтовые воды

Верховодка - подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения, временем существования и дебита . Верховодка, как правило, образуется на первом от поверхности земли водоупорном пласте или прослойках водоупорных отложений в водоносноной толще, имеет локальное распространение и сезонный характер существования. Верховодка существует в период достаточного увлажнения, а в засушливое время исчезает. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, развивается заболачивание. К верховодке также нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя, представленные почти связанной водой, где капельно-жидкая вода присутствует только в период избыточного увлажнения.

Воды верховодки обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Как правило, верховодка не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения этого типа вод: устраивают пруды, отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы, насаждения растительности или задерживающие снеготаяние.

Грунтовые воды

Грунтовыми водами называются воды, залегающие первыми от поверхности и имеющие региональное распространение. Они, как правило безнапорные, в редких случаях имеют локальный напор, характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут залегать как в рыхлых пористых породах, так и в твердых трещиноватых коллекторах . Уровень грунтовых вод подвержен сезонным колебаниям, на него влияют количество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова и хозяйственная деятельность человека. Грунтовые воды являются одним из источников водоснабжения (преимущественно колодцы), выходы подземных вод на поверхность называются родниками , или ключами.

Артезианские воды

Напорные (артезианские) воды - воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Характеризуются постоянством дебита. Область питания у артезианских вод, размеры бассейнов которых достигают иногда тысячи километров, лежит обычно выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Области питания артезианских бассейнов иногда значительно удалены от мест извлечения воды - в частности, в некоторых оазисах Сахары получают воду, выпавшую в виде осадков над Европой.

Ссылки

Гидрогеология на сайте «Горной энциклопедии »

Геология
Состав и строение
Историческая
Движение
Гидрогеология
Геофизика
Полезные ископаемые

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Гидрогеология" в других словарях:

Гидрогеология … Орфографический словарь-справочник

Наука о подземных водах: об их происхождении, условиях залегания, законах движения, режиме, физ. и хим. свойствах, взаимной связи с твердыми м лами, с атмосферными и поверхностными водами, их хозяйственном значении (полезные ископаемые, поисковый … Геологическая энциклопедия

- (греч., от hydor вода, ge земля, и logos слово). Учение, по которому образование поверхности земли приписывается влиянию воды; иначе назыв. нептунизмом. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ГИДРОГЕОЛОГИЯ … Словарь иностранных слов русского языка

Гидрогеология - - наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горными породами, поверхностными водами и атмосферой. Гидрогеология тесно связана с… … Нефтегазовая микроэнциклопедия

- (от гидро... и геология), наука о подземных водах; изучает их состав, свойства, происхождение, закономерности распространения и движения, а также взаимодействие с горными породами. Сформировалась во 2 й половине 19 в … Современная энциклопедия