Хидрогеологията е наука за подземните води. Подпочвените води са тези, които се намират под повърхността на земята, ограничени до различни скали и запълващи пори, пукнатини и карстови кухини. Хидрогеологията изучава произхода и развитието на подземните води, условията на тяхното възникване и разпространение, законите на движението, процесите на взаимодействие на подземните води с вместващите скали, физичните и химичните свойства на подземните води, техния газов състав; се занимава с изучаване на практическото използване на подземните води за питейно-битово водоснабдяване, както и разработване на мерки за борба с подпочвените води по време на строителството и експлоатацията на различни съоръжения, минно дело и др.

Подземните води са в сложна връзка със скалите, изграждащи земната кора, чието изучаване е предмет на геологията; следователно геологията и хидрогеологията са неразривно свързани, което се вижда от самото име на въпросната наука.

Хидрогеологията обхваща значителен кръг от въпроси, изучавани от други науки и е в тясна връзка с метеорологията, климатологията, хидрологията, геоморфологията, почвознанието, литологията, тектониката, геохимията, химията, физиката, хидравликата, хидродинамиката, хидротехниката, минното дело и др.

Значението на подземните води в геоложките процеси е изключително голямо. Под въздействието на подземните води съставът и структурата на скалите се променят (физично и химично изветряне), настъпва разрушаване на склонове (свлачища) и др.

Хидрогеологията е комплексна наука и се разделя на следните самостоятелни дялове:

1. “Обща хидрогеология” - изучава кръговрата на водата в природата, произхода на подземните води, физичните свойства и химичния състав на водите като сложни динамични природни системи и тяхната класификация.

2. "Динамика на подземните води" - изучава моделите на движение на подземните води, които позволяват да се решат проблемите на водоснабдяването, напояването, отводняването, при определяне на притока на вода в минните изработки и много други.

3. "Регионална хидрогеология" - изучава моделите на разпределение на подземните води на територията и, съответно, общността на хидрогеоложките условия на определени територии, произвежда зониране на последните.

4. “Хидрогеохимия” - изучава формирането на химичния състав на подземните води.

5. “Минерални води” - изучава закономерностите на произход и образуване на лечебни води и води с промишлено значение (за извличане на сол, йод, бром и други вещества от тях), разпространението на тези води и най-добрите начини за тяхното използване.

Лекция 1. Хидросфера

план:

Хидросфера и кръговрат на водата в природата

Видове вода в скалите

Свойства на скалите по отношение на водата

Концепцията за зона на аерация и насищане

I. Хидросфера и кръговрат на водата в природата.Водата на земното кълбо е в постоянен кръговрат. Има големи и малки циркуляри. Процесът на природния кръговрат се характеризира количествено с водния баланс (фиг. 1). Нивото на което според B.I. Куделин изразява

x=y+z±w

x – валежи, mm

y – речен отток, mm

z – изпарение, mm

w – средно дългогодишно подхранване на дълбоки хоризонти, mm

Част от атмосферните валежи, които проникват в скалите, достигат повърхността на водоносните хоризонти и отиват да ги подхранват. Повърхностният и подземният поток заедно образуват общия речен поток. Подземният отток и общото изпарение представляват овлажняването на брутната територия, равно на разликата между валежите и повърхностния отток. От 5-7 до 15-20% от валежите се използват за храна на територията на Република Беларус. Подземното хранене (инфилтрация) зависи от климатичните условия на територията, почвено-растителния слой, геоморфоложките и геоложките фактори.

II. Видове вода в скалите.Разграничават се следните видове вода в скалите: парообразна, хигроскопична, филмова, гравитационна, кристализационна, химически свързана.

Ориз. 1. Диаграма на водния баланс

Парообразен – намира се под формата на водна пара във въздуха, намира се в порите и пукнатините на планинските градове. При охлаждане чрез кондензация се превръща в течна вода.

Хигроскопичен(силно свързана) вода се задържа на повърхността на частиците от молекулни и електростатични сили. Не предава хидростатично налягане, няма разтваряща способност и не замръзва до 78ºC. При нагряване до 100-105ºС се отстранява напълно. Съдържа се в пясъци 1%, пясъчни глини 8%, глини до 18%, недостъпни за растенията.

филм (свободно свързана) вода се образува чрез кондензация на водни пари. Покрива повърхността на частиците с тънък филм от 0,01 mm, задържа се от молекулярни сили, плътността е близка до плътността на свободната вода, може да се движи от частица към частица под въздействието на сорбционни сили и не предава хидростатично налягане. Съдържанието на пясъци е 1-7%, пясъчни глини 9-13%, глини 15-23%, глини 25-45%. Съдържанието на тази вода драматично променя якостните свойства на глинестите скали.

Капилярна вода (самокапилярна, суспендирана капилярна вода) се съдържа в тънки пори под формата на капилярна ивица над нивото на подземните води в диапазона на влажност от най-ниската влажност (LH) до общата влажност (TH). Височината на капилярното издигане е за камъчета, чакъл, едрозърнести пясъци - 0, среднозърнести пясъци 15-35 см, дребнозърнести пясъци - 35-100 см, песъчливи глини - 100-150, глини - 400-500 см.

Гравитационен водата е обект на гравитация. Движението се извършва под въздействието на гравитацията и градиента на налягането, предавайки хидростатичното налягане. По принцип хидрогеологията изучава тези води.

Кристализацияводата е част от кристалната решетка на минералите (CaSO 4 2H 2 O).

Химически свързанводата (конституционна) участва в структурата на кристалната решетка на минералите.

III. Основните свойства на скалитеса: плътност, обемна плътност, порьозност, водопропускливост, влагоемкост, разтворимост, загуба на вода. Те зависят от минералния състав на скалите, тяхната структура, състав, напуканост и порьозност.

Класиране– процентно съдържание на частици с различни размери в рохкава скала. Гранулометричният състав на несвързани скали съгласно GOST 12536-67 се определя чрез ситов анализ, който се състои от последователно пресяване на скалата през набор от сита и претегляне на материала, оставащ върху всяко сито. За пресяване на пясъчни скали се използва набор от сита с диаметър на отворите 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,25, 0,1 mm. За яснота гранулометричният състав на скалите е представен под формата на крива на гранулометричния състав, начертана в полулогаритмичен мащаб (фиг. 2).

Ориз. 2. График на разпределение на размера на частиците

Кривата на хетерогенност ви позволява да изчислите стойността на коефициента на хетерогенност: където е коефициентът на хетерогенност, са диаметрите на частиците, по-малко от които дадена скала съдържа съответно 60 и 10% от теглото на частиците.

Разпределението на размера на частиците на свързаните скали се определя чрез хидрометричен метод или метод на пипета, въз основа на различните скорости на утаяване на частиците във водата.

Плътност (γ-гама) – отношението на масата на твърдите частици към техния обем. Плътността на пясъчно-глинестите частици е в диапазона (g/cm 3 ) от 2,5 до 2,8 g/cm³, песъчлива глинеста почва 2,70, глинеста почва – 2,71, глина – 2,74.

Обемна маса мокра скала (γО ) е масата на единица обем скала при естествена влажност и порьозност:

където P е масата на пробата, g; V – обем на пробата, cm³,

γ о – варира от 1,3-2,4, g/cm³.

По-постоянна величина е обемната маса на скалния скелет - масата на твърдия компонент на единица обем на скалата. Изчислено

Където w е съдържанието на влага в скалата, %

Порьозност – общият обем на всички пори в единица обем скала. Порьозността се определя като съотношението на обема на порите в скалата (Vp) към общия обем, зает от скалата (V), изразено като процент; p= Vp/ V·100%. Освен това често се използва коефициентът на порьозност ε (епсилон) = n/(1-n). Порьозността на глинестите скали достига 50-60%, пясъците - 35-40%, пясъчниците - 2-38%, варовиците, мергелите - 1,5-22%, гранитите, гнайсовете, кварцитите 0,02-2%.

Абсолютна влажност– отношението на масата на водата към масата на абсолютно сухата почва в даден обем, изразено в проценти.

Естествена влажност– количеството вода, съдържащо се в порите на скалите при естествени условия. Влажността, изразена спрямо обема на скалата, се нарича относителна влажност.

Капацитет на влага – максимално молекулярно характеризира количеството вода, задържано в скалата поради молекулярните адхезионни сили между почвените частици и водата (показва съдържанието на свързана вода). Има общ, капилярен и минимален капацитет на влага.

Водопропускливост– способността на скалите да пропускат вода през себе си, движението на водата в почвите под налягане се нарича филтрация. Разтворимост - способността на скалите да се разтварят във вода зависи от температурата, скоростта на водния поток, съдържанието на CO 2 и т.н.

IV. Концепцията за зоната на насищане.В рохкави скали под нивото на подземните води всички пори са запълнени с вода - зоната на насищане, слоят отгоре се нарича зона на аерация - дебелината му е равна на дълбочината на подземните води.

водоносен хоризонт– еднородни по литоложки състав и хидрогеоложки свойства скални пластове.

Водоносен комплекс– комплекс от водонаситени скали, ограничени в пластове с определена възраст.

Лекция 2. Произход и динамика на подземните води

план:

Произход на подпочвените води

Закони за филтриране на подпочвените води

Определяне на посоката и скоростта на движение на подземните води

Основни хидрогеоложки параметри.

I. По произход подземните води се делят на:

Инфилтрация– водата се образува в резултат на просмукване на валежи от повърхността на земята, повърхностни води в пори и пукнатини в скали. Това е основната група инфилтрационни води, съдържащи се в земната кора

Кондензация– водата се образува при кондензация на водни пари в зоната на аерация, пещери и др.

Утаяване– образуват се от водите на резервоари, в които се натрупват седиментни скали.

Магматичен произход -се образуват по време на вулканични изригвания.

II. Филтриране – движение на подпочвените води в порите и пукнатините на скалите. Ако движението на водата се извършва в скали, които не са напълно наситени с вода, тогава се нарича инфилтрация (през зоната на аерация). Потокът на седимент или повърхностна вода през пукнатини в скалите се нарича инфлация. Има ламинарно и турбулентно движение на водата.

Основният закон за ламинарното движение на течности в порести скали е установен от Дарсу (1856 г.) Въз основа на този закон Дюпуу (1857 г.) разработи връзка за определяне на скоростта на потока на подпочвените води и притока им към водоприемниците.

N.E. има голям принос в изследването на динамиката на подземните води. Жуковски, Н.Н. Павловски, П.Я. Полубаринова-Кочина, Г.Н. Каменски, С.Н. Нумеров, М.Е. Алтовски, В.М. Шестаков, Н.Н. Веригин, А.И. Силин-Бекчурин, А.Н. Мятиев, С.Ф. Аверянов и др.

Ламинарен (успоредна струя) движението се извършва без пулсация на скоростта. Равномерното движение на подпочвените води се характеризира с постоянство във времето във всеки участък от мощност, градиент на налягането на скоростта на филтриране и дебита. Нестабилното движение на подземните води е движение, при което скоростта на потока, посоката и наклонът на потока се променят с течение на времето.

Турбулентното движение (вихър) се характеризира с пулсация на скоростта, в резултат на което се смесват различни слоеве на потока (карстови води, по пукнатини).

Закони за филтриране на подпочвените води. Закон за линейна филтрация.

Ламинарно движение на подземните водисе подчинява на линейния закон за филтрация (закон на Дарси - по името на френския учен, установил този закон през 1856 г. за порести гранулирани скали). Този закон се формулира по следния начин: скоростта на филтриране по време на ламинарен поток е пропорционална на хидравличния наклон на първа степен.

V=KI, където,

V – скорост на филтриране;

K – коефициент на филтрация;

I – хидравличен наклон на градиента на налягането;

I=(H1-H2)/e

Ако e=1, тогава V=K, т.е. при градиент на налягането =1, коефициентът на филтриране е равен на скоростта на филтриране.

Q=KIω, където

Q – филтрационен дебит – количеството вода, преминаващо през дадено напречно сечение на потока за единица време, m³/ден, K – коефициент на филтрация, I – градиент на налягането, ω – напречно сечение.

Q – определя се от мерителни съдове. Q=V/t, l/s.

Определяне на дебита на източници с помощта на бентове.

Консумация на вода на трапецовидно сечение:

Q=0,0186bh√h, l/sec, където

Q – дебит на източника, l/sec;

b – ширина на долното преливно ребро в cm;

h – височината на нивото на водата пред реброто на преливника, cm.

Триъгълно сечение:

Q=0.014h 2 √h, l/s.

Правоъгълно сечение:

Q=0.018bh√h, l/s.

Преливник с трапецовидно сечение се използва за измерване на големи дебити - над 10 l/sec (100-200 l/sec), и по-малко от 10 l/sec - с триъгълно или правоъгълно напречно сечение.

Градиент на налягането може да се определи чрез хидроизохипси - линии, свързващи идентични белези на повърхността на подпочвените води или хидроизопиези - линии, свързващи точки с еднакво налягане на вода под налягане. Градиентът на налягането не е постоянен във времето; той може да се увеличи, когато презареждането на подпочвените води се увеличи и да намалее, когато то отслабне.

Движението на подземните води не се осъществява през всички участъци на потока, а само през част от него, съответстваща на зоната на порите или пукнатините. Действителната скорост на филтрираната вода е:

V=Q/nω, където:

Q – филтрационен дебит, m³/ден;

n – порьозност на скалата;

ω – сечение на потока, m 2 .

В глинестите скали n – представлява активна порьозност, която характеризира частта от напречното сечение на скалата, способна да пропуска гравитационна вода.

Според G.N. Законът за линейна филтрация на Каменски е валиден при скорост на движение на подпочвените води до 400 m/ден.

Филтрирането през глинести скали може да започне само ако градиентът на налягането надвишава началния градиент на налягането. За глини и глини този начален градиент е различен.

Закон за нелинейна филтрация (закон на Чези-Краснополски)характеризира турбулентно движение, характерно за силно напукани скали с големи кухини: , V – скорост на филтрация m/ден. K – коефициент на филтрация, m/ден, I – градиент на налягане.

III. Определяне на посоката и скоростта на движение на подземните води.Движението на подпочвените води в порите на рохкави скали не може да се разглежда като движение на поток, всички потоци от който се движат с еднаква или приблизително еднаква скорост. Не е възможно да се направи точно разграничение между линиите на водния поток в порите на различни скали, следователно, когато се разглеждат проблемите на движението на подземните води, можем да говорим само за средната скорост на движение на водата в определена среда. Определянето на скоростта на движение на подземните води (реална скорост Vd) се извършва на терен. За определяне се използват индикатори, които променят цвета или химичния състав и електрическата проводимост на водата.

За провеждане на експерименти се избират две ямки (ями), понякога четири, разположени по посока на движение на водата. Изработките, разположени нагоре по течението, служат за въвеждане на индикатора във водата; Изработките, разположени надолу по течението, се наричат ​​наблюдателни. Разстоянието между тях се избира в зависимост от скалите от 0,5-1,5 до 2,5-5,0 m Като индикатор се използват багрила (флуоресценция и др.). Освен това готварската сол се използва като индикатор (химичен метод), има радиоиндикаторни методи, методът на естествените изотопи и др. Широко приложение намира геофизичният метод - методът на еквипотенциалните линии (метод на зареденото тяло). Стойностите на действителната скорост на движение (Vd) могат да се използват за изчисляване на коефициента на филтрация на скалите, когато се решава въпросът за суфозията под конструкции и др.

За да се определи посоката на движение на подземните води на големи площи, се съставят карти на хидроизохипси и хидроизопиези. При решаване на хидротехнически и дренажни проблеми (напояване, дренаж) се изграждат хидроизохипси и на тяхна основа се изграждат карти на дълбочината на подземните води. Посоката на оттичане на подпочвените води е перпендикулярна на хидроизохипсите.

IV. Основни хидрогеоложки параметри.

Най-важните свойства на скалите са филтрацията, която се характеризира със следните параметри: коефициент на филтрация, коефициент на пропускливост, коефициент на загуба на вода, водопроводимост, коефициент на ниво на проводимост и др.

Коефициент на филтрация (K)представлява най-важната характеристика на скалите, широко се използва в проектантската практика при изчисляване на дебита на подпочвените води, при определяне на загубите на вода от резервоари, езера и др. Коефициентът на филтрация на скалите може да се определи от данни за състава и порьозността на скалите (използвайки емпирични формули), лабораторни методи и на терен.

Определяне на скалните коефициенти по емпирични формули. Експерименталната работа установи зависимостта на коефициента от механичния (гранулометричен) състав на скалата (главно от размера и броя на фините фракции), нейната порьозност и температурата на водата. Определянето на скалния коефициент чрез гранулометричен състав е най-евтиният и прост метод, използван при хидрогеоложките проучвания за началните етапи на проектиране. За подробни изследвания този метод е допълнение към теренния метод. Използва се формулата на Hazen (за пясъци с диаметър от 0,1 до 3 mm, с коефициент на равномерност l по-малък от 5). Коефициентът на равномерност е съотношението на размера на зърното. Ефективен диаметър (d 10 ) е диаметърът на частиците в mm, по-малък от който почвата съдържа 10% от общата маса на почвата. С други думи, dn е равен на диаметъра на отвора на ситото, през който преминават 10% от масата на почвата.

Формулата на Хазин

K=Сdн 2 (0,70+0,03t), m/ден,

C е емпиричен коефициент в зависимост от степента на хомогенност и порьозност на почвата. За чисти, хомогенни пясъци C=1200, средна хомогенност и плътност C=800, разнородни и плътни пясъци C=400,

dн – ефективен диаметър, mm,

t е температурата на филтрираната вода.

Стойностите на d60 и dn се вземат от кривата на гранулометричния състав на почвата и се изчертават под формата на крива в проста или полулогаритмична скала.

Формула на Sauerbrey за температура на водата 10º

М/ден

β – емпиричен коефициент в зависимост от еднородността и размера на пясъчните частици от 1150 до 3010, средно 2880-3010

n – порьозност

d17 – диаметър на частиците в mm, под който в дадена почва присъстват 17% тегловни частици. Използва се за определяне на коефициентите на фини, средни и едри пясъци.

Определяне в лабораторни условия. Използват се различни устройства за натоварване на тестови проби от скали с нарушена и естествена структура. Принципът на определяне на коефициентите в повечето устройства се основава на измерване на количеството вода, филтрирано през скалата при различни налягания. Въз основа на дебита при известно налягане и площ на устройството се намира коефициентът на филтриране. Използват се тръби Каменски, апарат на Том и др.

Трябва да се помни добре, че коефициентите на филтрация на скалите от зоната на аерация, определени в естествени полеви условия и чрез лабораторни методи, често се различават до 1-2 порядъка. Това се обяснява с подценяването на скалната анизотропия и малката площ на идентифицираните скали.

Решителност в полето. При определяне на коефициента на филтрация в полето движението на водата се извършва в скали, които се срещат в естествени условия и запазват естествената си структура. Следователно теренните методи дават резултати, които са най-близки до реалността. Използват се методи за запълване на ями и кладенци в зоната на аериране. Във водоносните хоризонти коефициентът се определя чрез изпомпване от кладенци и ями.

Метод на изливане в ями.Процесът на инфилтрация в ненаситени с вода почви е много сложен и протича при едновременното действие на хидравличното налягане на водата, излята в ямите, и капилярното засмукване на вода в почвата. Понастоящем методът на пълнене според N.S. Нестеров.

М/ден

Q – постоянен воден поток, m 3 ;

F – долната площ на малкия пръстен, m 2 ;

По-точно, стойността на Kf се определя:

l е дълбочината на проникване на вода от дъното на шахтата;

z – височина на водния слой;

з к – капилярно налягане, равно на ≈50% от максималната височина на капилярното издигане, m

По метода на Нестеров2 стоманени пръстена с диаметър 25 и 50 см се монтират на дъното на ямата на дълбочина 3-4 см и се поддържа слой от 10 см на височина 10 см експериментът продължава, докато скоростта на потока се стабилизира.

Експерименталните инжекции се използват широко за определяне на Kf на неводоносни напукани и карстови скали на различни нива, като интервалите се изолират със специални тампони. Експериментът се провежда, докато водният поток се стабилизира. В резултат на експеримента се определя специфичната водопоглъщаемост (q = l/min), т.е. разход на вода в l/min на 1 m кладенец и 1 m налягане по формулата:

P – налягане на манометъра,

H – вертикално разстояние от манометъра до тампона, m,

Z – дължина на изследвания интервал (между тампоните).

Приблизителни стойности на Kf (m/ден):

Глина – 0,001, в зоната на аерация до 0,3-0,7;

Глина – 0,05, в зоната на аерация 0,5-1;

Песъчлив – 0,1-0,5 в зоната на аерация до 1-2;

Пясък – от 1-5 до 20-50;

Чакъл – 20-150;

Камъче – 100-500 или повече.

Водопропускливостта на глинестите скали зависи от съдържанието на обменни катиони. Ca и Mg повишават водопропускливостта, а Na я намалява. Тази стойност се променя в зависимост от температурата. При филтриране на прясна вода глинените частици набъбват и Kf намалява, докато солената вода, особено натриево-хлоридната вода, Kf се увеличава, т.к. глинените частици не набъбват, солите кристализират и порьозността се увеличава.

Когато специфичното водопоглъщане е по-малко от 0,01 l/min, общоприето е, че скалите са леко напукани и не е необходима циментация за борба с филтрацията. Въз основа на специфичното водонасищане може да се намери

Където r е радиусът на кладенеца, m

За определяне обикновено се използват приблизително и бързо експресни методи за пълнене и изпомпване от кладенци и ями. Те позволяват с масово вземане на проби за кратък период от време да се характеризират филтрационните свойства на седиментите на голяма площ. Те са подходящи главно за целите на екстраполиране на данни, получени в клъстерни помпени обекти, към съответната територия.

Най-точните данни за коефициента на филтрация, както и други параметри, се получават при изпомпване от кладенци с различна продължителност.

Загуба на вода от скалите(Б) свойството на скалите, наситени с вода, свободно да отдават гравитационна вода. Количеството загуба на вода се характеризира с коефициента на загуба на вода - съотношението на обема на течащата вода, която преди това е запълнила кухините, към обема на цялата скала. Изразява се като процент или част от единица обем и е променлива стойност. Коефициентът на загуба на вода на камъчетата, чакъла и едрия пясък е равен на тяхната порьозност или обща влагоемност. Водоотдаването на глинести скали и торф е равно на разликата в общия минимален капацитет на влага.

Коефициентът на загуба на вода се определя: 1) от разликата между различните влагоемкости; 2) чрез насищане на скалата и източване на водата; 3) теренни наблюдения, методът за изпомпване на подземни води от кладенци и др.

Воден добив (%) на някои скали: пясък c/z - 0,25-0,35, c/z - 0,2-0,25, m/z - 0,15-0,2, пясъчна глинеста почва 0,1-0,15, глини по-малко от 0,1, глини близки до 0, торф 0-0,15, пясъчници - 0,02-0,05, варовици - 0,008-0,1.

За решаване на редица практически проблеми широко се използва коефициентът на липса на насищане (µ), който е равен на разликата между общия капацитет на влага и естествената влажност на скалата преди инфилтрацията, изразена в части от единица обем.

Проводимост на водата– способността на водоносен хоризонт с дебелина (W) и ширина 1 m да пропуска вода за единица време с градиент на налягане = 1. Проводимостта на водата (T) е равна на произведението на Kf (коефициент на филтрация) и дебелината на пласта T=KW и се изразява в (m/ден). Колкото по-голямо е (T), толкова по-големи са експлоатационните ресурси на подземните води. T>100 m 2 /ден T 2 /ден водният хоризонт е неперспективен за използване за водоснабдяване.

Експерименталната филтрационна работа се използва широко за определяне на хидрогеоложки параметри. Тези методи се основават главно на уравненията на нестационарното движение на подземните води в зоната на влияние на изпомпването. Тези модели се определят от филтрационните и капацитивните свойства на изследвания водоносен хоризонт, което дава възможност да се оцени проводимостта на водата, коефициентът на филтрация, нивото на проводимост, липсата на насищане, добивът на вода и т.н. Когато моделите на движение на подземните води се определят не само от филтрационни и капацитивни свойства, но също и чрез гранични условия, параметрите се изчисляват с помощта на формулите стабилно движение. Експерименталното изпомпване е разделено на единично и клъстерно.

Единични изпомпвания (без наблюдателни кладенци) се извършват на няколко етапа на намаляване, за да се установи зависимостта на дебита на кладенеца от намаляването на нивото на подземните води.

Клъстерното изпомпване се извършва чрез оборудване на експерименталната зона с наблюдателни кладенци, разположени един или два наведнъж до централния кладенец, от който се извършва изпомпването. По време на изпомпване се измерва дебитът на кладенеца и намаляването на нивото на водата в централните и наблюдателните кладенци. Основната цел на клъстерното изпомпване е да се определят изчислените хидрогеоложки параметри.

При трудни условия, когато е необходимо да се проучи връзката на водоносните хоризонти или ефективността на вертикален дренажен кладенец и т.н., се извършва експериментално изпомпване. Продължителността на изцеждането варира от един ден до 30-40 дни или повече. Методът на изпомпване зависи от целта на изпомпване и хидрогеоложките условия на района.

За да се определи коефициентът на филтрация, изпомпването се извършва при постоянен дебит (променящо се ниво на водата в кладенеца и фунията, което съответства на нестабилен режим на филтриране) или при постоянно намаляване на нивото (стабилен режим на филтриране). За да се установи зависимостта на дебита от понижението, изпомпването се извършва при 2-3 понижения на нивото.

За да се оцени водопропускливостта на многослойни водоносни хоризонти, характеризиращи се с взаимно наслояване на водоносни хоризонти и слабо пропускливи разделителни слоеве, всеки водоносен хоризонт се тества отделно. В същото време се определят стойностите на потока от долния и горния водоносен хоризонт през слабопропускливи глинести слоеве.

Коефициентът на потока (B) се определя по формулата:

Km – водопроводимост на основния воден хоризонт m 2/ден,

К1, К11 – съответно коефициент на скална филтрация, m/ден,

m 1, m 11 – дебелина на тези слоеве, m.

Определяне на дебита на подземни води.

1) Плосък поток и неговия дебит.Равен е поток от подземни води, чиито потоци текат повече или по-малко успоредно. Пример за това е потокът от подпочвени води, движещ се към река. Дебитът на земния поток в хоризонтален водоносен хоризонт на 1 m ширина е равен на

При наклонен водопровод единичният дебит на подземния поток е равен на:

Видове вертикални каптажи.

Вертикалните каптажи могат да бъдат разделени на кладенци (ями) и сондажи. Въз основа на характера на експлоатираните водоносни хоризонти те се разделят на подземни и артезиански (напорни). Въз основа на естеството на местоположението им във водоносния хоризонт кладенците (кладенци) се разделят на перфектни и несъвършени. Несъвършените кладенци могат да имат пропускливо дъно и стени, пропускливи стени и твърдо дъно и плътни стени и пропускливо дъно (фиг. 3).

Ориз. 3. Диаграма на водния поток в несъвършен кладенец

Перфектните кладенци проникват в целия водоносен хоризонт и имат пропускливи стени. Изборът на проектни уравнения за движението на водата към кладенците зависи от вида на вертикалния каптаж.

Дебит на перфектен кладенец и коефициент на филтрация на скалата

– формула на Дюпюи, m 3 /ден, от тук

М/ден

Дебитът на кладенец с отворено плоско дъно се изчислява според Forchheimer:

Q=4rSK, m 3 /ден.

Коефициент на филтрация, m/ден.

Дебит на кладенец с пропускливи стени и отворено дъно

M 3 / ден,

М/ден

Според Замарин за кладенец с отворено дъно и пропускливи стени (при условие, че дълбочината на водоносния хоризонт е неизвестна) с плоско дъно се изчислява Kf (виж фиг. 3):

М/ден, къде

Q – дебит на кладенеца, m 3 /ден

Формула за воден поток в канализацията.

За понижаване нивото на подпочвените води са изградени дренажи. Притокът на вода в перфектен хоризонтален дренаж с дължина B при условия на вода без налягане съгласно уравнението на Дюпюи е равен на

M 3 /ден.

За налягане, m 3 / ден;

m – дебелина на напорния слой, m.

Формулите за изчисление показват зависимостта на дебита на кладенеца от намалението (S). Следователно производителността на кладенеца може да се сравни по специфичен дебит

Лекция 3. Химичен състав на подземните води

план:

Физични свойства на подземните води

Водна реакция

Обща минерализация на водата

Химичен състав на водата

Форми за изразяване на химичния състав на водата

Оценка на годността на водата за различни цели

Оценка на агресивността на свойствата на подземните води

Формиране на химичния състав на подземните води

Райониране на подземните води

I. Относно физичните свойстваПодземните води включват прозрачност, цвят, мирис, вкус, температура.

Природната вода може да бъде бистра или мътна.Мътност на водата се причинява от наличието на суспендирани частици от минерален и органичен произход. Механичните примеси могат да навлязат в изходната вода поради неизправност на водоприемника или просмукване на дъждовна, наводнена или речна вода (карстови райони) във водоносния хоризонт. Понякога мътността на подпочвените води се причинява от химични съединения, разтворени в тях (желязо и др.).

Цвят. Чистата вода е безцветна. Цветът се обяснява с наличието на определени примеси в него (желязото дава ръждив оттенък, сероводородът дава синкав оттенък).

Миризма. Подземните води обикновено са без мирис. Наличието на миризма показва наличието на различни химични съединения (сероводородът дава миризма на развалени яйца и др.)

Вкусете. Появява се при определено съдържание на определени съединения във вода (солена - NaCl, кисела - в райони на сулфидни находища).

температура – варира от 4-5ºС до 60-90ºС. При температури над 20ºС водите се наричат ​​субтермални. В Република Башкортостан температурата на плитките подземни води варира от 5 до 20ºС. Сладката вода при tº=4ºС е с най-голяма плътност.

II. Реакция на водата (рН стойност). За да се прецени химичният състав на подпочвените води, е необходимо преди всичко да се знае реакцията на водата, т.е. концентрация на водородни йони. Според теорията на електролитната дисоциация водата се дисоциира на водородни () и хидроксилни () йони, чиято стойност на продукта е винаги постоянна при дадена температура. Ако реакцията е неутрална, тогава концентрацията е същата и равна на 10–7 mEq/L Следователно степента на киселинност или алкалност на водата се характеризира с концентрацията на водородни йони. За да се изрази концентрацията на водородни йони, обичайно е да се използва логаритъмът на тяхната концентрация (т.е. броят на грам-еквивалентите на този йон в 1 литър вода), взет с противоположния знак и означен като pH = –log(H+ ). С неутрална реакция, рН = 7, с киселинно рН - по-малко от 7, и с алкално рН повече от 7. Определянето на рН се извършва със специални устройства (pH метри) с помощта на калориметричен метод; използва се хартия.

III. Обща минерализация на водатасе изразява чрез сбора на химичните елементи, съдържащи се във водата, техните съединения и газове. Оценява се чрез сухия остатък, който се получава след изпаряване на водата при температура 105ºC, или чрез сумиране на масата на всички йони, получени от химичен анализ. Изразява се в милиграми (грамове) на литър (dm 3 ), грамове на kg (mg/l, g/kg). Според минерализацията се разделят на:

до 0,2 g/l – ултра пресни, до 1,0 g/l – пресни,

1-10 – солено: 1-3 – слабо, 3-5 – средно, 5-10 – силно солено, 10-35 – солено, над 35 g/l – саламура.

IV. Основните химични компоненти в подземните водиобикновено са: аниони (хидрокарбонатен йон, сулфатен йон, хлорен йон), катиони (). Водата често съдържа карбонатен йон, нитритен йон, нитратен йон (), въглероден диоксид, сероводород, метан, 2- и 3-валентно желязо и др. Съдържанието на азотни съединения в подземните води обикновено е ниско (1-2 mg/l) , но понякога достига до 0,5-0,8 mg/l. Наличието дори на малко количество от тях показва замърсяване на водата и възможността в нея да се открият вредни опасни бактерии. Ако присъства нитритен йон (), замърсяването е прясно, а нитратен йон е, че замърсяването е старо. Като цяло подземните води съдържат до 60-80 различни химични елемента в разтворено състояние.

Твърдостта на водата поради наличието на калциеви и магнезиеви йони. Съгласно GOST 2874-73 и SanPiN 2.1.4.1074-01 твърдостта на водата се изразява в милиграм еквиваленти на 1 литър вода. 1 mEq. твърдост отговаря на съдържание от 20,04 mg/l и 12,6 mg/l. Според твърдостта на водата те се разделят на:

много мек – до 1,5 mEq/l,

мека – 1.51-3.0 mEq/l,

умерено твърд – 3.01-6.0 mEq/l,

твърд – 6.01-9.0 mEq/l,

много твърд – над 9,0 mEq/l.

V. Има няколко форми за изразяване на анализ на водата:йонен, еквивалентен, процентен еквивалент.

В йонната форма съдържанието на йони е дадено в грамове или милиграми на литър (g/l, mg/l).

Еквивалентната форма ни позволява да преценим възможните комбинации от катиони и аниони. Сумата от еквивалентните единици катиони и аниони се изразява в милиграм еквиваленти на 1 литър и се получава чрез умножаване на mg/l по коефициента на преобразуване (таблици 1, 2).

маса 1

Атомни тегла на йони и фактори за преобразуване на милиграм йони в милиграм еквиваленти

К+

39,100

0,02558

Na+

22,997

0,04348

NH4+

18,040

0,05543

Ca2+

20,040

0,04990

Mg 2+

12,160

0,08224

Cl –

35,457

0,02820

НЕ 3 –

62,008

0,01613

НЕ 2 –

46,008

0,02174

екв

51,5

48,1

В процентната еквивалентна форма съдържанието на йони, взети в еквиваленти, се изразява като процент от сумата на катиони и аниони, всеки взет за 100%.

Визуална форма за записване на резултатите е формулата на М.Г. Курлова.

Името на водата се дава от преобладаващите аниони и катиони, чието съдържание е повече от 20% (понякога 25% или 33%) във възходящ ред. Така например дадената формула гласи: сулфатно-хидрокарбонатна, магнезиево-калциева вода.

Във формулата на Курлов вляво от линията посочете съдържанието на газ (CO 2, H 2 S и др.), обща минерализация на водата (g/l), в числителя са аниони, чието съдържание надвишава 10% еквиваленти (% еквиваленти в низходящ ред) в знаменател - катиони в същия ред, tºC на вода се изписва зад чертата, дебит (l/s), pH и др. Резултатите от химичния анализ на водата понякога се изразяват в графична форма под формата на диаграми - правоъгълник, квадрат, триъгълник и др. Всички форми на изразяване и методи за конструиране са дадени в (Абдрахманов, Методически..., 2008).

Класификация на подземните води по химичен състав.Има няколко десетки класификации, базирани на различни принципи и имащи различни практически приложения и значения. Най-популярните класификации включват Palmer, N.I. Тостихина, В.А. Сулина, О.А. Алекина, Е.В. Посохова и др. В хидрогеологията и хидрологията се използва главно хидрохимичната класификация на О.А. Алекина.

Всички природни води се делят на три класа според преобладаващия анион: 1) хидрокарбонатни, 2) сулфатни, 3) хлоридни. Идентифицираните 3 класа веднага очертават хидрохимичния вид на водата. Хидрокарбонатният клас включва по-голямата част от пресните (слабо минерализирани) води на реки, езера и някои подземни води. Класът на хлорид включва води на океана, морета и подземни води от дълбоки хоризонти. Водите от сулфатния клас са междинни по разпространение и степен на минерализация между хидрокарбонатните и хлоридните.

Всеки клас е разделен на O.A. Алекин според преобладаващия катион на групи калциеви, магнезиеви и натриеви води. Освен това всички води са комбинирани в типове, разграничени са 4 вида води.

Първият тип се характеризира със съотношението (NHCO 3 – сода)

Тип II (натриев сулфат)

III тип или подразделени:

На III а (– магнезиев хлорид) и

III б (- калциев хлорид).

Както е установено, йонната форма е характерна само за водите с ниска минерализация. С увеличаване на концентрацията на разтворените соли се установяват взаимодействия между йоните. В разтвора се образуват неутрални йони и др.

Поради сложността на химичния състав на природните води, при оценката на питейните, лечебните, техническите, мелиоративните и други качества е важно да се вземе не само абсолютното съдържание на отделните йони, но и очакваните асоциации на аниони и катиони (соли). ). Те се изчисляват по правилото на Фрезениус (първо се утаяват слабо разтворимите соли, след това по-разтворимите).

VI. Оценка на годността на водата за различни цели.

Водоснабдяване. Съгласно ГОСТ 2874-73 „Питейна вода” и SanPiN 2.1.4.1074-01 водата трябва да отговаря на следните изисквания: Минерализация до 1 g/l (според категория SES до 1,5 g/l); твърдост 7 mEq/l. до 350 mg/l; до 500 mg/l (Абдрахманов, Чалов, Абдрахманова, 2007).

напояване. Водата за напояване по минерализация и химичен състав трябва да бъде физиологично достъпна за растенията и да не предизвиква засоляване и алкализиране на почвата. Важно е да се изследва съдържанието на микрокатиони на биологично активни микроелементи: I, Br, B, Co, Cu, Mn, Mo (Абдрахманов, Методически..., 2008).

VII. Агресивни свойства на подземните води.Те означават способността на водата да разрушава различни строителни материали, въздействайки върху тях с разтворени соли, газове или извличайки техните компоненти. От особено значение е агресивното въздействие на водата върху бетонните конструкции. Основното свързващо вещество в бетона е циментът. Практическото значение на агресивното действие на водата върху бетона на конструкцията е толкова голямо, че нито една значима конструкция не може да бъде завършена без предварително хидрохимично изследване на водната среда. Според CH-249-63 се разграничават следните видове агресивно действие на водата върху бетона: излужване, въглероден диоксид, обща киселина, сулфат, магнезий.

Агресивността на излужването се проявява в разтварянето на калциевия карбонат, който е част от бетона. Възможно е с ниско съдържание във вода (0,4-1,5 mg-eq/l) и излишъкът се разтваря.

Агресивността на въглеродния диоксид се дължи на ефекта му върху бетона.

В най-опасните условия максимално допустимото съдържание на агресивен въглероден диоксид () е 3 mg/l, в по-малко опасни условия до 8,3 mg/l.

Общата киселинна агресивност е характерна за киселите води и зависи от съдържанието на свободни водородни йони. При pH 5,0-6,8 този тип агресия е възможна.

Сулфатната агресивност се проявява, когато има високо съдържание на йони, които, прониквайки в тялото на бетона по време на кристализация, образуват соли. Образуването на тези соли в порите на бетона е придружено от увеличаване на техния обем и разрушаване на бетона. Агресивността се проявява при обикновените цименти над 250 mg/l, при сулфатоустойчивите - 4000 mg/l.

Магнезиевият тип агресивност се проявява, подобно на сулфатния тип, в разрушаването на бетона, когато водата проникне в тялото на бетона. Този вид се среща на високи нива. В зависимост от цимента се появява при съдържание на магнезий от 1,0 до 2,5 g/l.

VIII. Формиране на химичния състав на подземните води.Факторите за формиране на химичния състав на подземните води се разбират като движещи сили, които определят хода на различни процеси, които променят минерализацията и химичния състав на водата. Химичният състав на подземните води се формира под въздействието на следните фактори: измиване на почви и скали, пълно разтваряне на минерали и скали, концентрация на соли във водата в резултат на изпарение, утаяване на соли от естествени разтвори при промяна на термодинамичните условия, катионен обмен в абсорбиращия комплекс от тини, почви, глинести скали (на и на), дифузия и микробиологични процеси, смесване на води от различен произход. Обменният процес се наблюдава между катиони на глинести скали - вода и зависи от капацитета на абсорбиращия комплекс (табл. 3).

Таблица 3

Абсорбционна способност на някои глинести минерали

Тези процеси зависят от климатични, геоморфоложки, геоложки, хидродинамични и други условия. Съставът на валежите играе важна роля при формирането на химичния състав на подземните води. Ролята на атмосферните валежи при формирането на състава на слабоминерализираните води е добре известна. Значително количество разтворени соли идва от атмосферата на земната повърхност. В Република Башкортостан анионният състав на дъждовната вода е доминиран от хидрокарбонатни йони (41-85%), по-рядко сулфатни и хлоридни. Сред катионите преобладава натрият (40-75%), калцият е по-рядко срещан. Минерализацията на дъждовната вода е от 23 до 88 mg/l, pH -6,0-6,7, – 9-16 mg/l, минерализацията на снежната вода е 19-54 mg/l. По изчисления на 1 км 2 На територията на Башкортостан се получават 25-27 тона соли годишно. На територията на европейската част на СССР достига 50-85 на 1 км 2 .

Валежите постепенно проникват по-дълбоко и се насищат със соли в почвения хоризонт и след това в зоната на аерация. Това се случва в резултат на разтварянето на соли, минерали, скали в съответствие с тяхната разтворимост. Разтворимостта варира в широки граници в зависимост от температурата на водата и съдържанието на други соли. Разтворимостта на солите в дестилирана вода при 7ºС е (g/l) – 0.013, – 2.01, – 193.9, – 168.3, – 358.6, – 329.3, – 354.3, – 558.1 . Разтворимостта в присъствие се увеличава 4 пъти. Ако във водата има CO 2 разтворимостта на карбонатите се увеличава.

При формациите с рохка покривка се образуват първите водоносни хоризонти от почвен тип от повърхността. Анализът на водни извлеци от скали от зоната на аерация показва, че когато те са изложени на атмосферни води с леко кисела реакция, се наблюдават соли от зоната на аерация. Основните соли, постъпващи в подземните води, са калциевите карбонати и сулфати и магнезиевите карбонати. Излишният калиев нитрат, който се използва в нивите като тор, се отстранява от почвата. Съдържанието достига 200 mg/l.

В степните райони на Русия в резултат на изпарение в зоната на аерация се натрупва голямо количество соли. Колкото по-близо до повърхността е разположена подземната вода, толкова по-висока е, при равни други условия, нейната минерализация. При плитки подземни води до 1 m е възможно натрупване на сол на повърхността на земята. В пустинни и полупустинни райони често се образуват подземни води с висока минерализация (до 10-20 или повече) от сулфатно-хлориден и хлориден състав.

Бикарбонатните калциеви води (форма) се образуват при разтваряне на калциеви карбонати (варовици). Калциево-сулфатни води при разтваряне на гипс. Хидрокарбонатни натриеви води в резултат на катионен обмен между вода с хидрокарбонатно-калциев състав + абсорбция. почвен Na комплекс. почва.

В поливните полета се създава благоприятна среда за протичане на реакцията.

При осоляване със сода, за да превърнете содата в по-малко вредна сол, добавете

Аниони и катиони. Първични източници на аниони и катиони.

Основните източници на минералния състав на природните води са:

1) газове, отделяни от земните недра по време на процеса на дегазация.

2) продукти от химическото действие на водата с магмени скали. Тези първични източници на състава на природните води съществуват и днес. В момента ролята на седиментните скали в химичния състав на водата се е увеличила.

Произходът на анионите се свързва главно с газове, отделяни при дегазиране на мантиите. Техният състав е подобен на съвременните вулканични газове. Заедно с водната пара в атмосферата влизат газообразни водородни съединения на хлор (HCl), азот (), сяра (), бром (HBr), бор (HB), въглерод (). В резултат на фитохимично разграждане на СН 4 CO 2 се образува:

Насищане

В резултат на окисляването на сулфидите се образува йон.

Произходът на катионите е свързан със скалите. Среден химичен състав на магмените скали (%): – 59, – 15,3, – 3,8, – 3,5, – 5,1, – 3,8, – 3,1 и др.

В резултат на изветрянето на скалите (физично и химично) подземните води се насищат с катиони по следната схема: .

В присъствието на киселинни аниони (въглеродна, солна, сярна) се образуват киселинни соли: .

Микроелементи. Типични катиони: Li, Rb, Cs, Be, Sr, Ba. Йони на тежки метали: Cu, Ag, Au, Pb, Fe, Ni, Co. Амфотерни комплексообразователи (Cr, Co, V, Mn). Биологично активни микроелементи: Br, I, F, B.

Микроелементите играят важна роля в биологичния цикъл. Липсата или излишъкът на флуорид причинява заболяванията кариес и флуороза. Липса на йод – заболяване на щитовидната жлеза и др.

Химия на атмосферните валежи.В момента се развива нов клон на хидрохимията - атмосферна химия. Атмосферната вода (близо до дестилираната) съдържа много елементи.

В допълнение към атмосферните газове (), въздухът съдържа примеси, отделени от недрата на земните компоненти (и т.н.), елементи от биогенен произход () и други органични съединения.

В геохимията изследването на химичния състав на атмосферните валежи позволява да се характеризира обменът на соли между атмосферата, повърхността на земята и океаните. През последните години поради атомни експлозии в атмосферата се изхвърлят радиоактивни вещества.

Аерозоли. Източникът на образуване на химичния състав са аерозоли:

прахообразни минерални частици, силно диспергирани агрегати от разтворими соли, малки капки разтвори на газови примеси (). Размерите на аерозолите (кондензационните ядра) са различни - радиусът е средно 20 μm (cm) и варира (до 1 μm). Количеството намалява с височината. Концентрацията на аерозоли е максимална в градските райони и минимална в планините. Аерозолите се издигат във въздуха от вятъра – еолова ерозия;

соли, издигащи се от повърхността на океани и морета, лед;

продукти от вулканични изригвания;

човешка дейност.

Образуване на химичен състав. Огромно количество аерозоли се издига в атмосферата - те падат на повърхността на земята:

под формата на дъжд,

гравитационна седиментация.

Образуването започва с улавянето на аерозолите от атмосферната влага. Минерализацията варира от 5 mg/l до 100 mg/l или повече. Първите порции дъжд са по-минерализирани.

Други елементи в утайките:

– от стотни до 1-3 mg/l. Радиоактивни вещества: и т.н. Те идват главно от тестване на атомни бомби.

Минерална вода

Лечебните свойства на минералните води се определят от: минерализация, йонно-солев състав, съдържание на биологично активни компоненти, газ и редокс потенциал (Eh), активна реакция на околната среда (pH), радиоактивност, температура, съдържание на сероводород ().

Минимална концентрация на елементи за минерални лечебни води (mg/l): сероводород – 10, бром – 25; йод 5, флуор – 2, желязо – 10, радон – 14 единици. Махе.

Промишлените води включват води, съдържащи компоненти най-малко на:

Таблица 4

Нормативни изисквания към минералните промишлени води

Лекция 4. Зониране на подземните води

Зонирането на подземните води се проявява в глобален мащаб и принадлежи към категорията на основните свойства на хидролитосферата. Той се разбира като закономерност в пространствено-времевата организация на подземната хидросфера, определена посока на изменение на хидрогеодинамичните, хидрогеохимичните, хидрогеотермалните и хидрогеохронологичните параметри.

В седиментната обвивка, например на Волго-Уралския басейн, се разграничават две хидрогеохимични нива, които по своя обем най-общо съответстват на хидрогеодинамичните нива. Горният етаж (300–400 m, рядко повече) съдържа предимно инфилтративни кислородно-азотни (азотни) води с различен йонно-солев състав с минерализация, обикновено не надвишаваща 10–12 g/l. В долния етаж се намират предимно хлоридни солеви разтвори с високо налягане от различен произход (седиментогенен, инфилтогенен, смесен) с концентрации на соли до 250–300 g/l или повече и разтворени във вода газове (H 2 S, CO 2, CH 4, N 2 ) съответстват на редукционна геохимична среда, условия на много труден водообмен и квазизастоял режим на почвата. В рамките на етажите според химичния състав и степента на минерализация се разграничават четири зони - хидрокарбонатна, сулфатна, сулфатно-хлоридна и хлоридна, които от своя страна се разделят на редица подзони (фиг. 4).

Зоната на пресни (до 1 g / l) хидрокарбонатни води е ограничена до скали с широк възрастов диапазон (от кватернер на платформата до девон на западния склон на Урал) и в хидрогеодинамично отношение съответства на зона на интензивна циркулация . Дебелината му (H) варира от 20–50 m в речните долини до 150–200 m на водосборите, а на Уфимското плато достига 500–800 m скорост на движение на водата (v), в зависимост от филтрационните свойства на скалите и хидравличният градиент варира от десетки и стотици метри до десетки километри годишно, а периодът на пълен водообмен (t) е от десетки до няколкостотин години.

Ориз. 4. Хидрогеохимичен участък на Южен Урал

1–9 – химичен състав и минерализация на подпочвените води, g/l: 1 – калциев бикарбонат (до 0,5), 2 – натриев бикарбонат (0,5–1), 3 – хидрокарбонат, по-рядко сулфатно-хидрокарбонатен и хлоридно-бикарбонатен от различни катионни състави (до 1), 4 – калциев сулфат (1–3), 5 – натриев сулфат и калциево-натриев (3–10, рядко повече), 6 – сулфатно-хлориден (3–10), 7 – сулфат- натриев натриев хлорид (10–36), 8 – натриев хлорид (36–310), 9 – калциево-натриев и натриево-калциев хлорид (250–330); 10 – относително водоустойчиви халогенни скали на Кунгур; 11–13 – граници: 11 – хидрогеохимични, 12 – стратиграфски, 13 – горна граница на разпространението на сероводорода в подземните води; 14 – кладенец: a – на линията на профила, b – предназначен за него (цифра – соленост на водата (g/l) в изследвания интервал), 15 – изолинии на бромно съдържание, 16 – хидроизотерми.

В рамките на хидрокарбонатната зона се разграничават две подзони: горна - калциева (магнезиево-калциева) и долна - натриеви води. Дебелината на последния обикновено варира от 20 до 100 m и рядко повече (депресия Юрюзано-Ай). Минерализацията на натриево-бикарбонатните (содовите) води обикновено е 0,5–0,9 g/l, но в някои случаи достига 1,2–1,7 g/l. Генетично чистите содови води са тясно свързани с теригенни, по същество глинести пермски образувания, представени от пластове пясъчници, алевролити, кални камъни и глини. Те имат доста ниски филтриращи свойства и ниско водно съдържание. Газовият състав на хидрокарбонатните води съответства на окислителната геохимична среда: N 2 30–35, CO 2 5–30, O 2 до 10 mg/l. Насищането на газ обикновено е 15–50 ml/l, Eh +100…+650 mV, pH 6,7–8,8, T 4–6 C. Съдържанието на хелий (He) съответства на атмосферното (5×10–5 ml/l).

Зоната на сулфатните бракични и солени води е развита навсякъде, с изключение на джобовете на естествено и причинено от човека (райони на някои нефтени находища) влияние на дълбоки солени води. Включва сулфатни и хидрокарбонатно-сулфатни класове води с минерализация от 1–3 до 15–20 g/l, образувани в окислителна геохимична среда предимно в пермски гипсови находища. В хидрогеодинамичен план той съответства както на зона на интензивна циркулация (над врязването на ерозионната мрежа), така и на зона на труден водообмен, където скоростта на движение на подземните води намалява до десетки метри годишно, а времето на пълноводие обменът, напротив, се увеличава до стотици и хиляди години.

Дълбочината на сулфатната вода варира от 0 до 250 m или повече. Средната дебелина на зоната е около 100–150 m (виж фиг. 4). В рамките на зоната са основните ресурси на лечебна питейна вода с инфилтрационен произход, водеща роля във формирането на състава на която играят процесите на извличане на гипс от скали и йонообменни явления с участието на абсорбирания комплекс от скали. .

Кислородно-азотният и азотен състав на сулфатните води се формира от навлизането на въздушни газове заедно с инфилтрационните води и само в редки случаи, когато основата на зоната е дълбоко потопена и нейната дебелина е голяма, Н присъства в газова фаза 2 S, генетично свързан с биохимични процеси в сулфатирани и битуминозни пермски скали. O концентрация 2 надолу по участъка на зоната, поради изразходването му за окисляване на органични вещества, желязо и сулфиди, намалява от 4–5 mg/l до нула, а стойността на Eh намалява от +250 до –150 mV. Киселинно-алкалният потенциал pH варира от 7,3 до 8,8; Т 4–10 C. Съдържанието на хелий се увеличава (до 30–100×10–5 ml/l)

По катионен състав водите на сулфатната зона принадлежат към две основни групи - калциеви (магнезиево-калциеви) и натриеви (калциево-натриеви), съответстващи на хидрогеохимичните подзони на гипсови и глауберови води.

Минерализацията на водите в горната подзона обикновено не надвишава 2,5–2,6 g/l. Това са типични води за излугване на гипс, гипсирани теригенни и карбонатни скали, в които преобладават сулфатни йони (до 80–90%), калций и магнезий (общо до 90–98%). Дебелината на подзоната варира от 10 до 100 m.

Сулфатно-натриевите води на долната подзона са ограничени до изключително теригенни гипсови пермски седименти с лагунно-морски произход, разположени под дъната на главните реки в региона. Те са най-развити в горнопермските отлагания в западната част на региона, където дълбочината на покрива на подзоната варира от 10–20 m в речните долини до 200 m на водосборите. Дебелината му е средно 100 m. В предуралския басейн сулфатните натриеви води се разкриват на дълбочина 100–300 m. Дебелината на подзоната тук може да достигне 120–150 m.

Минерализацията на натриево-сулфатните води е от 1,4 до 20, обикновено 3–10 g/l, като нараства с дълбочина. При стойност на минерализация до 6,0–6,5 g/l катионният състав на водата обикновено е калциево-натриев или смесен (трикомпонентен). В по-минерализираните води водеща роля сред катионите има натрият (до 85–90%), който в абсолютно изражение е 4–5 g/l. Образуването на натриево-сулфатни води се дължи на два взаимосвързани и взаимозависими процеса, които се стимулират взаимно: извличане на CaSO 4 и обменна адсорбция между калция от разтвора и натрия от абсорбирания скален комплекс.

Зоната на сулфатно-хлоридните води със соленост 5–36 g/l, подобно на горната, е свързана главно с пермски отлагания и се характеризира с условия на труден хидрогеодинамичен режим. Геохимично зоната заема междинно положение, различавайки се в редокс условия (Eh от +100 до 180 mV; pH 6,7–7,5), атмосферни газове (O 2, N 2 ) и биохимичен (H 2 S) произход. Следователно, в зависимост от газовия състав, минералните сулфатно-хлоридни води могат да се използват както за лечебно пиене, така и за балнеологични цели.

На изток от меридиана на град Уфа, в периферната част на Волго-Камския басейн и в Предуралския басейн, сероводородни сулфатно-хлоридни води (5–30 g/l) са установени в карбонатни и теригенни -карбонатни отлагания от долната пермска възраст, а в басейна на Западен Урал - в карбонатни отлагания от карбон и девон. Дебелината на зоната тук достига 250 m.

Зоната на хлоридните разсоли е развита навсякъде, заема най-големия интервал от хидрогеохимичния участък (от 3 km на Уфимското плато до 10–11 km в Предуралския пад) и напълно съответства на долното ниво на артезианския басейн.

Зоната съдържа две основни подзони: натриева (CaCl 2 по-малко от 20%) и натриево-калциев (CaCl 2 до 50–70%, или 100–150 g/l) саламура. Тези подзони се различават не само по общия йонно-солев състав, но и по микрокомпонентния и газовия състав на водите, както и по хидрогеодинамичните условия.

Основните газови компоненти на долната подзона - CH 4 и N 2. H 2 В него няма S. Напротив, Н 2 S е задължителен компонент на газовия състав на разсолите в горната (натриева) подзона. Едно от задължителните условия за биохимичното генериране на H 2 Известно е, че S е мобилността на подпочвените води, осигуряваща разтварянето на CaSO 4 и активността на сулфат-редуциращите бактерии. Това обстоятелство, както и данните за степента на метаморфизация на разсолите (rNa/rCl), стойностите на градиента на бром (Br/H), коефициентите Br/M, He/Ar, дават основание да се свърже горната подзона с условия на много затруднен водообмен, а долната подзона с условия на квазизастоял воден режим.

Лекция 5. Геоложка активност на подземните води

план:

Карст

Раздробяване на скали

Суфозия

I. Карст. Според определението на Д.С. Соколова (1962)карст е процес на разграждане и унищожаване на пропускливи разтворими скали предимно чрез излугване от движещи се води. Разграничават се карстови скали - солени скали (областта им в света е 4 милиона км 2 ), гипсов анхидрит (7 милиона км 2 ) и карбонатни скали (40 милиона км 2 ). Има солен карст, гипсов карст и карбонатен карст. За да се образува карст, трябва да са налице следните условия:

наличието на разтворими скали,

наличието на пукнатини, които позволяват на водата да циркулира в скалите,

наличие на движещи се води,

разтварящата сила на движещите се води.

Само когато тези условия се комбинират, се образува карст.

Основни карстови форми:

пукнатини, карстови понори, кладенци, слепи дерета, долини и др.,

карстови пещери, канали и други големи карстови кухини,

кухини и вторична порьозност.

Според степента на припокриване на карстовите скали се разграничават подкласове затворен, покрит, покрит и гол карст. Почти 50% от територията на Башкортостан е карстова (фиг. 5, табл. 5).

Ориз. 5. Схема за райониране на карста

За символи вижте таблицата. 5

Таблица 5

Зониране на карста в Башкортостан

Край на таблица 5

II. Раздробяване на скали.Счупването е форма на нарушаване на целостта на скалата, широко разпространена в седиментни, магмени и метаморфни образувания на земната кора. Пукнатината е важен фактор, определящ водопропускливостта на скалите.

В съответствие с добре известната класификация на D.S. Соколов има четири категории пукнатини: литогенетични, тектонични, разтоварващи и изветрящи.

Литогенетични пукнатинисе образуват по време на процеса на литогенеза поради вътрешната енергия на скалата (седимента). Тяхната отличителна черта е локализирането им в рамките на даден слой (вътреслойни пукнатини); тяхната посока може да бъде различна: успоредна на леглото, перпендикулярна или наклонена към нея.

Тектонски пукнатиниса резултат от напрежения и движения на земната кора, образуващи пликативни (нагънати) и дизюнктивни (прекъснати) деформации на скалите. Те са разделени на два вида: вътрешнослойни и режещи няколко слоя. Тектонските и литогенетичните вътрешнопластови пукнатини са много сходни и поради това практически трудно се разграничават.

Разтоварване и атмосферни пукнатинипринадлежат към екзогенната група. Те, като правило, се наслагват върху решетка от вече съществуващи фрактури с ендогенен произход (литогенетичен и тектонски) и върху планетарно фрактуриране.

Нивото на познания за раздробяването на скалите в Башкортостан не е еднакво в различните региони. Най-голяма пълнота на информацията по този въпрос има за седиментната покривка на територията на платформата на Южен Урал (Западен Башкортостан), където фрактурирането е изследвано в процеса на хидрогеоложки проучвания, проучване и експлоатация на нефтени находища и търсене на водоснабдяване източници. Счупването на скалите в нагънатия планински район на Башкортостан е слабо проучено.

Сред пукнатините в скалите на платформената област на Башкортостан се открояват тектонски, литогенетични вътрешнослойни и секущи пукнатини. Те са често срещани във всички литоложки разновидности на пермските скали, които образуват седиментната покривка на платформата - гипс, варовик, мергели, алевролити и арнитоподобни глини, пясъчници и др. Преобладават пукнатини, перпендикулярни на равнината на залягане; °) са доста редки. Повърхността на правите, отворени и зейнали пукнатини е гладка (при гипса и варовика) и грапава (при пясъчника), много гладка и на места сякаш полирана (при аргилитоподобните глини). По стените има отлагания от железен и манганов хидроксид, отлагания от калцит и гипс.

Най-напукани са арнитоподобните глини и кални камъни (плътност на пукнатините 0,1–0,3 m). В масивните средно- и дебелослоести варовици пукнатините са разположени една от друга на разстояние от 0,5–2,5 до 5–9 m, а в тънкослоестите и листестите варовици - от 0,1 до 0,4 m, по-рядко до 1,5 m. , в гипс - от 0,5 до 2,0 m или повече. Плътността на пукнатините в пясъчниците зависи от състава и вида на техния цимент. Пясъчник, който е слабо циментиран и със средна плътност с глинест цимент от основен тип, се разрушава по-интензивно от силните разновидности на пясъчници с карбонатен цимент.

Максималната ширина на вътрешнопластовите и напречните пукнатини се среща в масивни, чисти варовици и здрави пясъчници (1–20, понякога до 50 cm). В тънкослоестите глинести варовици и мергели ширината на пукнатините е от 0,2 до 3 cm.

В кунгурския гипс, въпреки неговата масивност, ширината на вътрешнопластовите и секущите пукнатини е малка (до 1–1,5 cm), което се свързва с високата пластичност на скалите. В същото време пукнатините в тях служат като първоначална причина за развитието на карстовия процес по тях, предизвикващ рязко увеличаване на водопропускливостта (до 100 m/ден). В долинните зони карстовите скали също са усложнени от разтоварващи пукнатини.

В пермските отлагания на Южен Предурал са идентифицирани две преобладаващи посоки на вътрешнопластови и врязващи пукнатини, ориентирани под прав ъгъл една спрямо друга и равнината на леглото. Тези посоки са: на Бугулма-Белебеевската височина - NW 320–340° и NE 40–60° или NW 290–300° и NE 25–30° (фиг.6а), в депресията Кама-Белски - NW 290–335 ° и NE 45–70 °, на платото Уфа (фиг.6b) - NW 320–340° и NE 40–60° или NW 270–280°, в падината Юрюзан-Ай (район Янган-Тау) - NW 310–320° и NE 40–55° или NW 270–290 ° и СИ 15–25°, в южната част на Белската котловина - СЗ 340–350° и СИ 60–70°. Северозападната посока представлява 40–52%. от общия брой измерени пукнатини, като делът на североизточните пукнатини е до 35%.

Ориз. 6. Розови диаграми на посоките на вътрешнопластовите и секущите пукнатини в пермските отлагания на Южен Предурал (в %)

а - възвишение Бугулма-Белебеевская; б - Уфимско плато

Водещата роля на тектоничните процеси при образуването на скални разломи върху платформени структури е установена и призната от много изследователи. Фактическият материал за раздробяването на горнопермските отлагания на Бугулма-Белебеевската височина и долнопермските скали на Уфимското плато и Прибелската равнина показва съответствие между максимумите на напуканост и елементите на поява на скали.

Разположението на хидрографската мрежа на разглежданата територия също е съобразено с преобладаващите посоки на фрактуриране. Интензивната карстификация на карбонатните отлагания също е ограничена до линейни зони на тектонска фрактурация.

Вид литогенетични пукнатини саизсъхване на пукнатини. Образуват се в субаерални условия с участието на атмосферни агенти, отворени са на повърхността и бързо се стесняват с дълбочина. Колкото по-малка е дебелината на слоя, толкова по-голям е броят на такива пукнатини. Пукнатините за съхнене се проследяват на дълбочина 2,5–3 m от повърхността, като ширината им варира от 1–2, рядко 2,5–3 cm в горната част на разреза до 1–2 mm в долната част. Пукнатините са отворени или запълнени с рохкав хумусен материал.

Литогенетични фрактури на пластовеясно изразени във варовици и пясъчници, с най-голяма плътност (0,03–0,1 m) и най-малка отвореност (0,1–0,3 cm), характерни за тънкослоестите варовици. Пукнатините в тях обикновено са запълнени с глинест материал. В средно- и дебелите варовици плътността на пукнатините е 0,5–0,8 m, а ширината им е 0,5–2,0 cm. 05–0,1 до 1–3 см. Почти всички пукнатини са с рохкав песъчливо-глинен запълнител.

Разтоварване на пукнатини(странично и дънно налягане) са развити в речните долини. Образуването им е свързано с декомпресия на скалите, причинена от освобождаване на геостатично налягане под въздействието на ерозия. Дебелината на зоната на разтоварване в речните долини на Източноевропейската и Сибирската платформа, според литературни данни, е няколко десетки метра. В седиментните скали дълбочината на разпространение на деуплътнените скали зависи от тяхната якост и варира от 30 до 50 m.

Разтоварващите пукнатини са изследвани най-подробно от A.G. Ликошин в долината на реката.Уфа по време на проучвания за Павловската водноелектрическа централа. В навеса той забелязва пукнатини с ширина от 3 до 25 см, на места запълнени с глинест материал. С дълбочината броят на пукнатините и тяхната ширина рязко намаляват. В долината на реката Белая в района на Уфа, пукнатини в страничната стена разбиват гипса на отделни блокове, успоредни на склона.

Разтоварващи пукнатини в районите на Бугулма-Белебеевската височина, Кама-Белски и Юрюзано-Айски падини практически не са проучени визуално. Все пак трябва да се отбележи, че в речните долини на Южен Предурал, в условията на междупластови низходящи водни потоци, странични напорни пукнатини, пресичащи както водопропускливи, така и водоустойчиви скали по склоновете, допринасят за отводняването на водоносни хоризонти до нивото на реката. Това обяснява ниските дебити на източниците, техния малък брой, както и слабо изразения брой етажи по стръмните склонове на долините Белая, Ика, Уфа, Юрюзан, Ая, Чермасан, Усени, Дема и др. разположени в крайните части на долини и недостигащи нивото на реката, често се оказват маловодни или дори безводни.

Наличието на пукнатини в страничната стена, изолиращи масива с горещи газове от водоносните хоризонти на водосбора на Юрюзан-Ай, също обяснява „феномена“ Янгантау (газови термични явления) на Башкортостан.

Обширният материал от хидрогеоложки проучвания и водни проучвания на тази територия показва, че водопропускливостта на плътните скали, която, както е известно, зависи от тяхната напуканост, е значително (средно 10 пъти) по-висока в речните долини, отколкото във водосборите. Например, в долините на реките Сюн, База, Чермасан и други, коефициентите на филтрация на водоносните пясъчници на Уфа варират от 1–5 до 10–15 m/ден, понякога повече, докато при водосборите те не надвишават десети от m /ден.

Подобна зависимост на водопропускливостта от орографските условия се наблюдава и при глинестите скали. Тази закономерност очевидно е от общ характер и показва наличието на отслабени зони под речните долини с повишена водопропускливост на скалите и следователно с по-голяма фрактурност, при образуването на която факторът на разтоварване несъмнено играе важна роля.

Счупването на скалите в нагънатия планински район на Башкортостан е изследвано от редица изследователи (Ю.Е. Журенко, И.К. Зиняхина, А.П. Рождественски, В.А. Романов, Г.С. Сенченко, Р.А. Фаткулин и др.) . Те показват преобладаващото развитие на фрактурност от тектонски и литогенетичен тип в този район.

Напукването на скалите се среща в почти всяка скала, независимо от структурното й положение, петрографски състав, възраст, образувайки сложна система (мрежа) от малки и по-големи пукнатини, които прорязват скалната маса на значителна дълбочина (до 300–400 m). Най-големите пукнатини, групирани в системи с определени посоки, разделят масивни и плътни седиментни, магмени и метаморфни скали на блокове - отделни единици с различни форми и размери.

Сред системите за фрактуриране, които проникват в скалите на Южен Урал, има някои като цяло незначителни разлики в ориентацията на фрактурите в скали с различна възраст и петрографски (литоложки) състав, които се разкриват чрез статистическа обработка на полеви измервания. И така, според R.A. Фаткулин, в докамбрийските скали на метаморфния комплекс на Уралтауския антиклинорий (шисти, кварцити), пукнатини се простират в азимути от 20 °, 50 °, 280 °, 320 °, 340 °, в пясъчниците на формацията Zilair (D 3 fm – C 1 t) - 0°, 40°, 80°, 350°, в магмени скали от силурска и девонска възраст на издигането Ирендик - 0°, 20°, 40°, 80°, 350°, в девонски магмени скали на Кизило -Urtazym synclinorium - 30 °, 60 °, 90 °, 280–300 °, 350 °.

Основните насоки на хидрографската мрежа на района съвпадат с натрошеността на скалите.

Разтворимост на скала. Този процес играе жизненоважна роля при образуването на карста. Разтворимостта на скалите варира значително в присъствието на други соли (таблици 6, 7, 8).

Таблица 6

Разтворимост в присъствието (В. М. Левченко, 1950 г.)

G/l

2,085

2,25

3,14

4,35

7,48

6,96

6,64 ,% сила на звука

0,00

0,03

0,30

10,00

100,00

III. Суфозия – механично отстраняване на малки частици от рохкави скали и пукнатини чрез движение на подземни води.

Суфозията е резултат от хидродинамично налягане, което филтрираната вода упражнява върху скалата. Суфозията обикновено се случва в песъчливи скали. Отстраняването на частиците започва, когато градиентът на налягането достигне критична стойност. Критичен градиент според E.A. Замарин се равнява

γ е плътността на пясъка, n е порьозността на пясъка във фракции от единици.

Суфозията възниква под основите на хидротехнически съоръжения и канали и може да доведе до разрушаване на конструкциите.

Лекция 6. оценка на запасите от подземни води

За разработване и извличане на подпочвени води е необходимо да се познават запасите от подземни води (понякога наричани ресурси). Те се състоят от няколко вида:

Вековна

Q век = F×H×µ, където F е площта на разпространение на водния хоризонт, km 2 ; H – дебелина на водния хоризонт, m, µ – водоотдаване.

Възобновяеми природни ресурси (резерви).

Q кой = MF, където M е модулът на подземния поток l/s×km 2 .

Оперативни резерви

Q ex = +0.7Q exc , където α е коефициентът на извличане, максималната допустима стойност на понижаване на нивото на водния хоризонт (обикновено не повече от половината от дебелината на водоносния хоризонт, α = 0,5), t е определеното време на работа, години (обикновено се изчислява за 15 , 25, 50 години).

За да използвате подпочвените води, трябва да знаетеоперативни ресурси. Това е обемът на подпочвените води в m 3 /ден, което може да се получи от технически и икономически рационални водовземни съоръжения при даден режим на работа и качество на водата, което отговаря на изискванията през целия прогнозен период на потребление на вода.

Оперативните резерви (ресурси) се осигуряват от:

естествени (вековни) капацитивни запаси;

природни (възобновяеми) ресурси;

привлечени ресурси;

изкуствени резерви (образувани по време на хидротехническо строителство, напояване, изкуствено попълване).

Оперативните резерви са разделени на 4 категории: A, B, C 1, С 2 . Категории А и Б са индустриални резерви.

Лекция 7. Режим на подземните води

Под режим подземните води трябва да се разбират като промени в тяхното ниво, температура, химичен състав и поток във времето и пространството под въздействието на естествени и изкуствени фактори.

При природни фактори, влияещи върху режима на подземните води, разбират промяната в условията на презареждане и изтичане на подземните води в зависимост от режима на повърхностните води, както и от количеството на валежите, температурата и атмосферното налягане. Редица изследователи свързват промените в режима на подземните води със слънчевата активност.

Изкуствени фактори, влияещи върху режима на подпочвените води са свързани с практическа човешка дейност. Те включват изпомпване, повишаване на водния хоризонт в резервоари, напояване, дренаж и др.

Необходимо е да се разграничават дневни, сезонни, годишни и дългосрочни промени в елементите на режима на подземните води.

Ежедневните колебания на нивото са проучени най-пълно; зависят от дефицита на влага в зоната на проветряване и са от порядъка на 0,7-3,2.

Сезонните вариации зависят главно от валежите и температурата на земята; Влиянието на тези фактори е ясно записано през пролетта и есента.

Годишните колебания в нивото на подземните води зависят от количеството на валежите, тяхната интензивност, дефицита на влага и температурата на почвата. Годишните амплитуди на колебанията са 0,78-3,05 m. Според 60-годишни наблюдения се регистрират редица максимуми и минимуми, повтарящи се на всеки 10-13 години. Минималните водни нива съвпадат със сухите години, а максималните - с влажните години.

Обичайно е да се разграничават два вида режим на подземните води: крайбрежен и вододелен.

Във водосборните райони режимът на подземните води зависи главно само от климатичните фактори; Колебанията в нивата на повърхностните води имат малък ефект.

Режимът на подземните води в крайбрежните речни и морски райони или в близост до водоеми е в пряка връзка с режима на повърхностните води; влиянието им засяга разстояния, достигащи 5-11 км. Амплитудата на колебанията на нивото на подземните води в кладенец, разположен на 1 km от реката, достига 6,5 m.

Режимът на подпочвените води се влияе от приливни течения, простиращи се до 15 km от брега.

В райони с влажен климат амплитудата на колебанията в нивата на подпочвените води далеч от реките обикновено не надвишава 1-1,5 m и рядко достига 2-2,5 m, най-голямата амплитуда се наблюдава през пролетта по време на снеготопенето, най-малката през зимата. Продуктивността на водоносните хоризонти, както и химичният състав и температурата на подземните води, се променят малко през годината.

В планинските райони колебанията в нивата на подземните води и промените в продуктивността на водоносните хоризонти през годината са много драматични.

В сухите райони, както и във влажните, режимът на подземните води зависи от метеорологичните фактори. Разликата в режима на тези райони е, че в сухите райони годишната амплитуда на колебанията на нивото на подземните води достига 6-8 m със значително намаляване на продуктивността на водоносния хоризонт.

Под въздействието на изкуствени фактори режимът на подземните води може да се промени драстично. Това се проявява най-ясно в зоните на водовземане и добив, където спадът на нивата на подземните води е най-малко 1,5-2 m годишно.

Промяната на режима на подземните води, по-специално колебанията в тяхното ниво, е от голямо практическо значение: когато нивото се повиши, може да настъпи наводняване на сгради или заблатяване на площи, а в сухи райони, където подпочвените води се намират на плитка дълбочина от 1,5 m, повишаването на нивото може да причини изпарение от повърхността на подпочвените води и натрупване на соли в почвата с образуването на solonetzes или solonchaks.

Лекция 8. Основи на инженерната геология

план:

Концепцията за инженерно-геоложките свойства на скалите.

Методи за изследване на инженерно-геоложките свойства на скалите.

Основни инженерно-геоложки свойства на скалите.

Техническа рекултивация на скали.

Скалите, използвани като основи за различни конструкции, са почви. Почвите са скали и почви, които се изучават като многокомпонентни системи, които се променят във времето, с цел разбирането им като обект на човешката инженерна дейност. Поради разликите в произхода и геоложкото развитие, скалите не са еднакви. Някои свойства могат да се променят по време на експлоатацията на конструкциите. Инженерно-геоложките свойства се влияят от геоморфоложки условия, съвременни геоложки процеси, хидрогеоложки условия (дълбочина на подземните води, химичен състав) и др.

Изследват се инженерно-геоложките свойства на скалите:

геоложки методи (възраст на скалите, произход, естество на поява, дебелина) с пробиване на кладенци и ями.

използване на полеви методи (печати). Те се основават на използването на специални инсталации, които позволяват да се оценят свойствата на скалите при условията на тяхното естествено възникване (пълнене, изпомпване и др.).

лабораторни методи (гранулометричен състав, пластичност, естествена влажност, порьозност, степен на плътност, обемно тегло, диаграма на почвата и др.).

При изследване на скалите се изучава тяхното състояние (пукнатини, изветряне, запълване на пукнатини, якост на натиск и др.). Класификацията на якостните свойства на скалите е дадена в табл. 9.

Таблица 9

Класификация на скалите според якостта на натиск 60-100

100-150

150-230

230-350

350-520

520-800

800-1200

1200-1800

1800-2700

>2700

Основните инженерно-геоложки свойства на скалите включват следните показатели:

1. Гранулометричният състав на некохезионните (определени чрез ситов анализ) и кохезионните скали се определя по хидрометричен метод - въз основа на различни скорости на утаяване на частиците във водата). Скоростта на утаяване се определя от Stokes. Коефициентът на хетерогенност и диаметрите на частиците, по-малко от които дадена скала съдържа съответно 60 и 10% частици. Когато K > 3, скалите се наричат ​​хетерогенни.

2. Плътност на скалата - съотношението на масата на твърдите частици към техния обем (плътността на пясъчните скали обикновено е 2,5-2,8 g/cm³).

3. Порьозност на скалата - отношението на обема на всички пори към общия обем на скалата: .

4. За пясъците и чакъла се определя ъгълът на откос. Това е ъгълът, образуван от повърхността на пясъчен конус с хоризонтална равнина, когато пясъкът се изсипва свободно върху равнината в сухо на въздух състояние.

5. Пластичност - способността на скалата да променя формата си под въздействието на външни сили без разрушаване или скъсване. Определя се в диапазона на влажност. Горната граница на пластичност е влажността, с повишаване на която скалата губи своите пластични свойства.

Техническата рекултивация на скалите се състои в регулиране и трансформиране на състоянието и свойствата на скалите в дадена посока, промяна на гранулометричния състав, структурата на кристалната решетка и степента на здравина. Някои методи на техническа рекултивация предизвикват толкова дълбоки и радикални промени, че напълно губят естествените си свойства. В резултат на двуразтворното силициране пясъците се превръщат в монолитни скали. Глинените скали се превръщат в камъни след изпичане, замразяване, циментиране.

Методи за рекултивация на скали: укрепване с гранулометрични добавки, механично уплътняване (виброуплътняване), валцуване, сеизмично уплътняване, намаляване на водата и др.

Литература

Основен

Vsevolozhsky V.A. Основи на хидрогеологията: Учебник. - 2-ро изд. М: Издателство на Московския държавен университет, 2007. 448 с.

Богомолов Г.В. Хидрогеология с основи на инженерната геология. М.: Издателство "Висше училище", 1966. 316 с.

Допълнителен

Абдрахманов Р.Ф. Хидрогеоекология на Башкортостан. Уфа: Информреклама, 2005. 344 с.

Абдрахманов Р.Ф. Методически указания за изпълнение на практическите упражнения по дисциплината “Хидрогеология”. Уфа, IG UC RAS, 2008. 44 с.

Абдрахманов R.F., Мартин V.I., Попов V.G. и др. Карст на Башкортостан. Уфа: Информреклама, 2002. 383 с.

Абдрахманов Р.Ф., Чалов Ю.Н., Абдрахманова Е.Р. Пресни подземни води на Башкортостан. Уфа: Информреклама, 2007. 184 с. pdf В книгата са обобщени резултатите от изследванията в областта на използването на геотермални методи за решаване на теоретични и приложни проблеми...

Строкова Л.А. (съст.) Инженерни конструкции

• 1,33 MB
• добавен на 03/12/2011

Урок. – Томск: Издателство. ТПУ, 1999. – 114 с.

Учебникът е посветен на разглеждането на различни видове инженерни конструкции (граждански и промишлени, хидравлични, линейни).
Ръководството е изготвено в катедрата по хидрогеология и инженерна геология на Томския политехнически университет и е предназначено за студенти...

Наука за подземните води

Първата буква е "g"

Втора буква "i"

Трета буква "г"

Последната буква е "аз"

Отговор за уликата "Наука за подземните води", 13 букви:
хидрогеология

Алтернативни въпроси за кръстословица за думата хидрогеология

Клон на геологията, науката за подземните води

Дефиниция на думата хидрогеология в речниците

Енциклопедичен речник, 1998 Значението на думата в речника Енциклопедичен речник, 1998 г
ХИДРОГЕОЛОГИЯ (от гр. хидро... и геология) наука за подземните води; изучава техния състав, свойства, произход, закономерности на разпространение и движение, както и взаимодействие със скалите. Формирането на хидрогеологията датира от 2-ра половина. 19 век

Велика съветска енциклопедия Значението на думата в речника на Великата съветска енциклопедия
(от хидро... и геология), наука за подземните води, изучаваща техния състав и свойства, произход, модели на разпространение и движение, както и взаимодействието със скалите. Географията е тясно свързана с хидрологията, геологията (включително инженерна геология),...

Уикипедия Значение на думата в речника на Уикипедия
Хидрогеологията (от "водно съдържание" + геология) е наука, която изучава произхода, условията на възникване, състава и моделите на движение на подземните води. Изследва се и взаимодействието на подземните води със скалите, повърхностните води и атмосферата. Към сферата...

Нов тълковен речник на руския език, Т. Ф. Ефремова. Значението на думата в речника Нов тълковен речник на руския език, Т. Ф. Ефремова.
и. Научна дисциплина, която изучава произхода, движението, свойствата на подземните води, както и възможностите за тяхното използване. Геоложко състояние на подземните води. територии.

Примери за използване на думата хидрогеология в литературата.

Още по времето на Вернадски хидрогеологиякак науката все още не е придобила практическо значение.

Жан Батист Ламарк в работата си върху хидрогеологияза обозначаване на съвкупността от живи организми, обитаващи земното кълбо.

Специална група се състои от отрасли с приложно значение: хидрогеология, инженерна геология, геокриология и др.

Малко хора знаят отговора на въпроса какво е хидрогеология? Малцина, за съжаление, дори знаят, че съществува такава дума, такова понятие. Но несъмнено трябва да знаете, че хидрогеологията не е просто наука за природата или нещо друго обобщено, а наука за подземните води („хидро“ - вода, „гео“ - земя, „логос“ - дума).

Определение и обща информация

Хидрогеологията е наука, която изучава подземните води: тяхното движение, произход, състав (химичен), условия на възникване, модели на взаимодействие с атмосферата, повърхностните води и скалите (планините). Тази наука се състои от няколко раздела, включително динамиката на подземните води, хидрогеохимията и изучаването на минерални, термални и промишлени води. Хидрогеологията е взаимосвързана с геологията (по-специално инженерната геология), географията, хидрологията и други науки, които изучават Земята.

За извършване на необходимите изчисления се използват не само математически, но и химични, физични и геоложки методи за изследване. Без хидрогеология е проблематично да се предвидят водни потоци, да се премахнат екологичните последици от хидравличните конструкции (такива структури включват резервоари, язовири, водноелектрически централи, корабни шлюзове и др.) И да се проектира използването на водни находища с различни цели и качества ( питейни, технически, минерални, индустриални, топлинни).

Какво представляват подземните води?

Под подземна вода се разбира вода, намираща се под земната повърхност, в горната част на земната кора, в скали (в течно, газообразно и твърдо състояние). Те са вид минерал. Подземните води се разделят на почвени, подземни, междупластови, артезиански и минерални. Когато се запознавате с понятието „хидрогеология“, подземните води са обект на изследване и следователно е необходимо общо разбиране за това какво представляват подземните води.

Екскурзия в историята

Има източници, от които можем да заключим, че човечеството познава подпочвените води от дълбока древност. Известно е със сигурност, че през 2-3 хилядолетие пр. н. е. в Китай, Египет и редица други страни (цивилизации) е имало кладенци, чиято дълбочина е била няколко десетки метра. Още през 1-во хилядолетие пр. н. е. Аристотел, Талес, Лукреций, Витрувий (древногръцки и римски учени) описват свойствата, произхода и циркулацията на водата в природата, включително подземните води. През 312 г. пр. н. е. в град Афлиано е построен под земята тунел, в който водата тече гравитачно.

Арабският философ Ал-Бируни през 1-во хилядолетие от н. е. за първи път предполага, че трябва да има подземни резервоари (хранилища) на вода над изворите, така че да може да тече нагоре. Изследовател от Персия (сега Иран) Каради даде формално разбиране за водния цикъл в природата и неговото търсене, включително сондирането като метод за търсене. Тези и много други исторически факти показват, че хидрогеологията е наука, познанията за която са възникнали в древни времена. Информацията от древни изследвания е до голяма степен потвърдена от съвременни учени.

Хидрогеология на СССР

Едва след Октомврийската революция от 1917 г. науката хидрогеология започва да се развива интензивно у нас. От 1922 г. Русия става Съюз на съветските социалистически републики. По това време се формират първите хидрогеоложки центрове. За около петдесет години се формира обща хидрогеология, която включва голямо богатство от знания. Тя се превърна в много информативна и значима област на геоложкото познание. Това интензивно развитие беше до голяма степен подпомогнато и определи темпа на растеж от плодородния период за геологията и хидрогеологията на предреволюционна Русия.

Ломоносов, Крашенинников, Зуев, Лепехин, Фалк и много други направиха своя безценен принос в науката (и не само по отношение на хидрогеологията). В Съветска Русия наследници на предсъветския опит бяха такива изключителни учени като Лвов, Лебедев, Хименков, Василевски, Бутов, Обручев и много други служители на науката, които организираха хидрогеоложки изследвания в СССР и съставиха каталози на сондажи. Хидрогеологията постепенно се отделя от други геоложки науки. През този период се формират основите на хидрогеологията в СССР и Русия.

Направления на хидрогеологията

Поради факта, че хидрогеологията обхваща голямо количество знания, методи на изследване, целеви въпроси за изследване, както и косвени проблеми в област като подпочвените води, има няколко области на тази наука:

• Регионален. Това направление е посветено на изучаването на регионални (различни страни по света и геоструктура) нови водни басейни, разположени под земята.
• Генетичен. При научния анализ на тази територия са изследвани солени води, термални води, саламура (от по-плитки до по-дълбоки хоризонти).
• Хидродинамичен. Посоката, занимаваща се с изчислителната част относно движението на водата и моделите на това движение, изготвяне на модели с помощта на математическо моделиране.
• Хидрогеохимичен. Разглеждането на състава на водата, условията на нейното образуване, формулирането и решаването на различни видове проблеми, включително в областта на търсенето на минерали, са обект на изследване.
• Палеохидрогеоложки. Изследват се историческите основи на формирането на науката и нейната роля.
• Екологичен. Занимава се с опазването на подземните води.

Водата в земната кора: разпространение, зони

Подземните води имат специално разпределение в земната кора - образуват, така да се каже, два етажа. Първият етаж, долният, е образуван от плътни скали (магмени и метаморфни), в резултат на което съдържа доста ограничено количество вода. Вторият етаж, съдържащ по-голямата част от подземните води, се състои от седиментни скали. Поради големия обем вода в последния етаж, той е разделен на няколко зони:

Групи почви по водопропускливост

Пропускливостта на почвата е нейната способност да пропуска вода през нея. В зависимост от този показател почвите биват:

1. Пропускливите почви са почви, през които водата преминава доста лесно и се филтрира. Сред такива скали са пясък и чакъл.
2. Водоустойчиви - почви, които имат минимална способност да абсорбират вода. Глините спадат към тази група - след като се наситят с вода, те спират да пропускат водата. Мраморът и гранитът са най-известните примери за водоустойчиви скали.
3. Полупропускливи - почви, които пропускат вода в ограничена степен: глинести пясъци, рохкави пясъчници.

Хидрогеоложки басейни

Подземните водни басейни се наричат ​​хидрогеоложки. Това означава, че в подземната хидросфера има система от води, която се характеризира с общността не само на условията на възникване, но и на геоложките и структурните граници. Хидрогеоложките басейни могат да бъдат разделени на няколко групи.

• Артезиански - група от басейни, които са отрицателен елемент в редица хидрогеоложки басейни, които са натрупване на вода (разбира се, под земята) и съдържат пластова вода под налягане.
• Подземни води - басейни, които представляват цяла система от потоци подземни води, която се отличава с положението на хидродинамичните граници.
• Пукнатинните води са басейни, които представляват хидрогеоложки масив от карстови, пукнатинни и пукнатинно-жилни води.
• Подземен дренаж - както и при наземните басейни, представлява система от водни потоци (естествено подземни) с общо направление.

Хидрогеоложки системи

Има такова нещо като хидрогеоложка система. Тази система е обединение от тела, наречени "геоложки тела", в които водите не само са свързани помежду си, но и имат общи закони на движение. Разбира се, говорим за подземни води. Връзките и взаимодействията между компонентите на системата могат да бъдат три вида:

1. Директно - взаимодействие през обща граница.
2. Косвено - чрез други елементи на една система или система, граничеща с изследваната.
3. Косвено - елементи отвън влизат в анализираната система през друга система.

Самите системи могат да бъдат разделени на природни и природно-техногенни. Естествените и създадените от човека включват инженерни конструкции.

Хидрогеологията днес

Текущото състояние на подземните води, техните промени в резултат на човешката дейност в областта на стопанската дейност се изучават от инженерната хидрогеология. Разбира се, това не е отделна наука, а клон на хидрогеологията като цяло.

Хидрогеологията и инженерната геология изучават влиянието на инженерните дейности върху подземните води, техните химични свойства, взаимодействието със скалите и процесите в скалните слоеве. Днес най-належащият проблем, който експертите разглеждат, е рационалното използване на подземните води.

Необходимо е не само да се справим с потреблението на вода, но и да гарантираме, че изчерпването и замърсяването не се случват при минимални разходи. Същевременно остава актуален въпросът за необходимостта от управление на подпочвените води по време на стопанска дейност.

Като такава, науката за подземни водисе появява през 1674 г., след като ученият П. Перо публикува работата си „Произходът на източниците“ и получава официалното си име след публикуването през 1802 г. на книгата „Хидрогеология или изследване на влиянието на водата върху повърхността на земното кълбо“ от J. Lemarck.

Според учените обем Подземни водие 60 000 000 km3, или 3,83% от общия обем на хидросферата. (източник World Water Balance..., 1974; Gavrilenko, Derpgolts, 1971; и др.)

Подземните води са...

За по-точно разбиране на това какво представляват подземните води като такива, ние представяме няколко определения от авторитетни речници и енциклопедии.

Планинска енциклопедия

Подпочвените води ... са води, намиращи се в скалните слоеве на горната част на земната кора в течно, твърдо и парообразно състояние. P.v. са част от водните ресурси. В районите на съществуване на P. v. температурата варира от -93 до 1200°C, налягането - от няколко до 3000 MPa...

А. А. Коноплянцев.

Планинска енциклопедия. М.: Съветска енциклопедия. Под редакцията на Е. А. Козловски. 1984 - 1991г

Екологичен речник

Подземни води - вода, включително минерална вода, разположена в подземни водни обекти (Воден кодекс на Руската федерация).

EdwART. Термини и определения за опазване на околната среда, управление на околната среда и екологична безопасност. Речник. 2010 г

Речник по география

Вода, разположена под земната повърхност в скали и почва във всяко физическо състояние.

Речник по география. 2015 г

Произход на подпочвените води

Произход Подземни водиотдавна вълнува въображението на най-добрите умове на човечеството. Бяха изразени най-смелите предположения и хипотези, като за справедливост трябва да се отбележи, че много от тях се оказаха верни. Има разумни предположения, че подпочвените води са били използвани в сухите райони на Близкия изток, Централна Азия и Китай още през 3000-2000 г. пр.н.е. Първата хипотеза за произхода на подпочвените води, достигнала до нас, датира от 7 век пр.н.е. д. Принадлежи на древногръцкия философ Талес. По-късно Платон изрази съгласието си с тази хипотеза. Древногръцките философи приемат, че подпочвените води идват от въздух, охладен в подземни пещери.

Подпочвените водисъществуват в различни агрегатни състояния. Те се натрупват в дебелината на земната кора и се движат там по различни начини през кухини, пори и пукнатини. На места, където има водоустойчиви скали, те се натрупват, образувайки взаимосвързани подземни резервоари - подземни водоносни системи, които опасват цялото земно кълбо.

Подземните води имат голямо разнообразие от приложения в човешките икономически дейности. Първо, това е източник на прясна вода, и второ, подземните води са източник на много важни минерали за хората; лечебните минерални води са добре познати на всички. Горещите или геотермалните води, които разгледахме подробно в статията, или горещите води на Земята, са не само източници на полезни минерали, но и осигуряват на хората достъпна и безплатна геотермална енергия.

Видове подземни води

O. Meinzer (1935) класифицира водите, открити в скалите, както следва:

• Води в свободно състояние, способни на самостоятелни форми на движение, различни в зависимост от конкретния вид вода:
  * пара (пара);
  * гравитационни води (просмукващи се течни капки, подземни течения);
  * в свръхкритично състояние - подземни води с температура и налягане над критичните.
• Води в свързано състояние, неспособни на самостоятелни форми на движение, без преминаване в свободно състояние (в други видове вода):
  * вода, свързана химически с кристалната структура на минералите;
  * вода, физико-химично и физически свързана с повърхността на минералните частици (скелета) на скалите;
  * вода в преходно състояние от свързано към свободно, включително капилярно свързана вода;
  * имобилизирана (вакуола) вода;
  * твърда вода.

Въз основа на интензивността на водния обмен подземните води могат да бъдат разделени на следните категории:

• Зоната на активен водообмен е 300/500 метра от повърхността на земята, времето за обновяване на водата е от няколко години до няколко десетки години;
• Зона на бавен водообмен - 500/2000 метра от повърхността на земята, времето за обновяване на водата е десетки и стотици години;
• Зоната на пасивния водообмен е на повече от 2000 метра от повърхността; обновяването на водата се извършва в продължение на милиони години.

Класификация на подземните води по степен на минерализация:

• Зоната на активен водообмен е 300/500 метра от повърхността на земята, преобладава прясна вода със съдържание на сол до 1 грам/литър;
• Зона на бавен водообмен - 500/2000 метра от земната повърхност, солени води със съдържание на сол от 1 до 35 g/l;
• Зоната на пасивен водообмен е на повече от 2000 метра от повърхността, солената вода по отношение на солеността е близка до морската вода, повече от 35 g/l.

Подзаглавие за класификация вода в зависимост от вида на празнините, които запълват:

• Подсекция на порите вода - в пясък, камъчета...;
• Крак подраздели вода - в гранити, пясъчници и други скали;
• Карстов подотдел вода - вода, открита в разтворими скали (гипс, варовик, доломит...).

Класификация на подземните води по температура (Щербаков, 1979)

Важен фактор е температурата на подземните води. Този въпрос беше обсъден в статията „Термалните извори или горещите води на Земята“. Нека отбележим един интересен факт: на големи дълбочини водата достига състоянието на така наречената „водна плазма“. Това състояние се характеризира с факта, че от една страна водата престава да бъде „вода“, а от друга, не е станала водна пара. Това се случва, когато поради високите температури скоростта на движение на молекулите е сравнима със скоростта на движение на молекулите на водната пара, а плътността остава същата като тази на течната вода. Такава пароводна смес често се изхвърля на повърхността под формата на така наречените гейзери.

Преохладени подземни води

• Ниво на топлина:изключително студено.
• Температурна скала:под 0 °C.
• преминаване в твърдо състояние.

Студени подземни води - тип No1

• Ниво на топлина:много студено.
• Температурна скала:под 0-4 °C.
• Физични и биохимични критерии за температурни граници: 3,98°C е температурата на максималната плътност на водата.

Студени подпочвени води - тип No2

• Ниво на топлина:умерено студено.
• Температурна скала:под 4-20 °C.
• Физични и биохимични критерии за температурни граници:Единицата за вискозитет (сантипоаз) се определя при температура 20°C.

Термални подземни води - тип №1

• Ниво на топлина:топло.
• Температурна скала:под 20-37 °C.
• Физични и биохимични критерии за температурни граници:температурата на човешкото тяло е около 37°C.

Термални подземни води - тип №2

• Ниво на топлина:горещ.
• Температурна скала:под 37-50 °C.
• Физични и биохимични критерии за температурни граници:оптимална температура за развитие на бактерии.

Термални подземни води - тип №3

• Ниво на топлина:Доста горещо.
• Температурна скала:под 50-100 °C.
• Физични и биохимични критерии за температурни граници:преминаване в парообразно състояние.

Прегрята подпочвена вода - тип No1

• Ниво на топлина:умерено прегрят.
• Температурна скала:под 100-200 °C.
• Физични и биохимични критерии за температурни граници:термометаморфизъм (хидролиза на карбонати с отделяне на CO2, генериране на абиогенен H2S и др.).

Прегрята подпочвена вода - тип No2

• Ниво на топлина:много прегрял.
• Температурна скала:под 200-372 °C.
• Физични и биохимични критерии за температурни граници:процеси на карбонизация на органични вещества и образуване на въглеводороди.

Безнапорни води:

• Подземните води и кацналите води са първите водоносни хоризонти от повърхността на земята или по друг начин водоносни хоризонти, разположени върху първия непроницаем слой (за разлика от многогодишните води, подпочвените води обикновено се свързват с наличието на регионално широко разпространен слой от слабопропускливи скали, тези води кладенци за хранене);
• Междупластови води, водоносни системи - подземни резервоари, често свързани помежду си, в които водоустойчивият слой е разположен както отгоре, така и отдолу;
• Пукнатинни и пукнатинно-карстови подземни води.

Вода под налягане или артезианска вода

Напорните води или артезианските води са артезиански басейни, в които водата е под налягане/хидравлично налягане между две водоустойчиви скали.

Ювенилни води

Искаме да се съсредоточим и върху така наречените Ювенилни води. Под това имаме предвид води, чийто произход се дължи на процесите на синтез на водород и кислород в магмените стопилки. Освен това тези води, издигайки се нагоре, се смесват с други видове подземни води. Хипотезата за ювенилните води е формулирана за първи път през 1902 г. от австрийския геолог Е. Зюс.

Трябва да се отбележи, че в зоните на вечна замръзналост горните подземни води са замръзнали и в твърдо състояние.

Една от формите на подземните води е така наречената “физически свързана вода”. Той получи тази формулировка, защото при взаимодействие със скални частици той се привлича от тях. Колкото по-малки са частиците, толкова повече вода могат да привлекат.

Под земята има много обикновени води, които се намират там поради гравитацията, поради което се наричат ​​„гравитационни води“. Сред тях могат да се разграничат два вида - вода под налягане и вода без налягане.

Физични свойства на подземните води

Различават се следните физични свойства на подземните води:

• Мътност и прозрачност;
• Chroma;
• Мирис и вкус;
• температура;
• вискозитет;
• Радиоактивност.

Темата за подземните води е много обширна и е очевидно, че е просто невъзможно да се покаже в една статия. Опитахме се да подчертаем най-важните от наша гледна точка точки. Ще се радваме, ако този материал ви насърчи да проучите по-подробно такава интересна тема.

Подпочвените води

Подземни води са всички води на земната кора, намиращи се под земната повърхност в скали в газообразно, течно и твърдо състояние. Подземните води са част от хидросферата - водната обвивка на земното кълбо. Запасите от прясна вода в недрата на Земята представляват до 1/3 от водите на Световния океан. В Русия са известни около 3367 находища на подземни води, по-малко от 50% от които се експлоатират. Понякога подпочвените води причиняват свлачища, заблатяване на терени, затрудняват минните дейности в мините, дренират се находища и се изграждат дренажни системи.

История на хидрогеологията

Натрупването на знания за подземните води, започнало в древни времена, се ускорява с появата на градовете и поливното земеделие. По-специално, изграждането на изкопани кладенци, построени през 2-3 хил. пр. н. е., има своя принос. д. в Египет, Централна Азия, Китай и Индия и достигащи дълбочини от няколко десетки метра. По същото време се появява и лечение с минерални води.

Първите представи за свойствата и произхода на природните води, условията на тяхното натрупване и водния цикъл на Земята са описани в трудовете на древногръцките учени Талес и Аристотел, както и на древните римляни Тит Лукреций Кара и Витрувий. Изследването на подземните води беше улеснено от разширяването на работата, свързана с водоснабдяването в Египет, Израел, Гърция и Римската империя. Възникват концепциите за безнапорни, напорни и самотечни води. Последният получава през 12 век от н.е. д. името артезиански е от името на провинция Артоа (древното име е Артезия) във Франция.

В Русия първите научни идеи за подземните води като природни разтвори, тяхното образуване чрез проникване на атмосферни валежи и геоложката активност на подземните води са изразени от М. В. Ломоносов в есето му „За слоевете на Земята“ (1763). До средата на 19 век изучаването на подземните води се развива като неразделна част от геологията, след което се обособява като отделна дисциплина.

Разпределение на подземните води в земната кора

Подземните води в земната кора са разпределени в два етажа. Долният етаж, съставен от плътни магмени и метаморфни скали, съдържа ограничено количество вода. По-голямата част от водата е в горния слой на седиментните скали. В него има три зони - горна зона на свободен водообмен, средна зона на водообмен и долна зона на бавен водообмен.

Водите от горната зона обикновено са свежи и се използват за питейно-битово и техническо водоснабдяване. В средната зона има минерални води с различен състав. Долната зона съдържа силно минерализирани разсоли. От тях се извличат бром, йод и други вещества.

Повърхността на подземните води се нарича „подземна водна повърхност“. Разстоянието от нивото на подземните води до слоя на водоносния хоризонт се нарича „дебелина на водоносния хоризонт“.

Образуване на подземни води

Подземните води се образуват по различни начини. Един от основните начини за образуване на подпочвените води е чрез инфилтрация или инфилтрация на валежи и повърхностни води. Просмукващата се вода достига до водоустойчивия слой и се натрупва върху него, насищайки порестите и поресто-напуканите скали. Така възникват водоносните хоризонти или хоризонтите на подземните води. Освен това подземните води се образуват чрез кондензация на водни пари. Идентифицирани са и подземни води с ювенилен произход.

Два основни начина за образуване на подпочвените води - чрез инфилтрация и чрез кондензация на атмосферни водни пари в скалите - са основните начини за натрупване на подземни води. Инфилтрационните и кондензационните води се наричат ​​вадозни води (лат. vadare - отивам, движа се). Тези води се образуват от атмосферната влага и участват в общия кръговрат на водата в природата.

Инфилтрация

Подземните води се образуват от водите на атмосферните валежи, които падат на земната повърхност и се просмукват в земята на определена дълбочина, както и от водите на блатата, реките, езерата и резервоарите, които също се просмукват в земята. Количеството влага, постъпила в почвата по този начин, е 15-20% от общото количество на валежите.

Проникването на вода в почвите зависи от физичните свойства на тези почви. По отношение на водопропускливостта почвите се делят на три основни групи – пропускливи, полупропускливи и водоустойчиви или водоустойчиви. Пропускливите скали включват груби скали, камъчета, чакъли, пясъци и натрошени скали. Водоустойчивите скали включват плътни магмени и метаморфни скали като гранит и мрамор, както и глини. Полупропускливите скали включват глинести пясъци, льос, рохкави пясъчници и рохкави мергели.

Количеството вода, което се просмуква в почвата, зависи не само от нейните физични свойства, но и от количеството на валежите, наклона на терена и растителната покривка. В същото време продължителният ръмежлив дъжд създава по-добри условия за просмукване от проливния дъжд.

Стръмните склонове увеличават повърхностния отток и намаляват инфилтрацията на валежите в почвата, докато леките склонове, напротив, увеличават инфилтрацията. Растителната покривка увеличава изпарението на падналата влага, но в същото време забавя повърхностния отток, което насърчава просмукването на влага в почвата.

За много райони на земното кълбо инфилтрацията е основният метод за образуване на подземни води.

Подземните води могат да се образуват и от изкуствени хидротехнически съоръжения, като напоителни канали.

Кондензация на водни пари

Вторият начин за образуване на подпочвените води е чрез кондензация на водни пари в скалите.

Ювенилни води

Ювенилната вода е друг начин за образуване на подземни води. Такива води се отделят при диференциацията на магмената камера и са „първични”. В естествени условия чисти млади води не съществуват: подземните води, образувани по различни начини, се смесват помежду си.

Класификация на подземните води

Има четири типа подземни води: кацнали, спорадични, подземни води, напорни (артезиански) и подземни води от вечна замръзналост.

• Според условията на възникване: пори, образувания, фрактури.
• В зависимост от степента на минерализация: ултрапресни, пресни, минерални, бракични, солени и саламура.
• По температура: преохладени, студени и термични.
• В зависимост от качеството: технически, минерални и питейни.

Верховодка

Verkhodka и подземни води

Verkhodka е подземна вода, която се намира близо до повърхността на земята и се характеризира с променливо разпределение, продължителност на живота и дебит. Verkhodka, като правило, се формира на първия водоносен слой от повърхността на земята или слоеве от водоносен седимент във водоносния хоризонт, има локално разпространение и сезонен характер на съществуване. Verkhodka съществува в периоди на достатъчно влага и изчезва в сухи времена. В случаите, когато непропускливият слой лежи близо до повърхността или излиза на повърхността, се развива преовлажняване. Кацналата вода също често включва почвена вода или вода в почвения слой, представена от почти свързана вода, където течна вода на капки присъства само през периоди на излишна влага.

Кацналите води обикновено са пресни, слабо минерализирани, но често са замърсени с органични вещества и съдържат повишено количество желязо и силициева киселина. По правило кацналата вода не може да служи като добър източник на водоснабдяване. Въпреки това, ако е необходимо, се предприемат мерки за изкуствено запазване на този вид вода: те инсталират езера, отклонения от реки, осигуряващи постоянно хранене на експлоатираните кладенци, засаждане на растителност или забавяне на снеготопенето.

Подземни води

Подземните води са водите, които залягат първи от повърхността и имат регионално разпространение. Те обикновено са свободно течащи, в редки случаи имат локално налягане и се характеризират с повече или по-малко постоянен дебит. Подземните води могат да се появят както в рохкави порести скали, така и в твърди пукнатини резервоари. Нивата на подземните води са обект на сезонни колебания и се влияят от количеството на валежите, климата, релефа, наличието на растителност и човешката дейност. Подземните води са един от източниците на водоснабдяване (главно кладенци); изходите на подземните води на повърхността се наричат ​​извори или извори.

Артезиански води

Напорна (артезианска) вода - вода, която се намира във водоносен хоризонт, затворена между слоевете на водоносен хоризонт и изпитва хидростатично налягане поради разликата в нивата в точката на презареждане и изпускане на вода на повърхността. Характеризира се с постоянен дебит. Зоната на подхранване на артезианските води, чиито басейни понякога достигат хиляди километри по размер, обикновено се намира над зоната на водния поток и над изхода на напорни води към повърхността на Земята. Зоните за хранене на артезианските басейни понякога са значително отдалечени от местата, където се извлича вода - по-специално в някои оазиси на Сахара те получават вода, паднала като валежи над Европа.

Връзки

• Хидрогеология на уебсайта на "Минна енциклопедия"

Геология
Състав и структура
Исторически
Движение
Хидрогеология
Геофизика
Минерали

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Синоними:

Вижте какво е „хидрогеология“ в други речници:

Хидрогеология… Правописен речник-справочник

Науката за подземните води: за произхода им, условията на възникване, законите на движение, режима, физическите. и хим. свойства, взаимна връзка с твърди полезни изкопаеми, с атмосферни и повърхностни води, тяхното стопанско значение (полезни изкопаеми, търсене... Геоложка енциклопедия

- (гръцки, от hydor вода, ge земя и логос дума). Учението, че образуването на земната повърхност се дължи на влиянието на водата; наречен иначе нептунизъм. Речник на чуждите думи, включени в руския език. Чудинов A.N., 1910. ХИДРОГЕОЛОГИЯ ... Речник на чуждите думи на руския език

Хидрогеология- - наука, която изучава произхода, условията на възникване, състава и моделите на движение на подземните води. Изследва се и взаимодействието на подземните води със скалите, повърхностните води и атмосферата. Хидрогеологията е тясно свързана с... ... Микроенциклопедия за нефт и газ

- (от хидро... и геология), науката за подземните води; изучава техния състав, свойства, произход, закономерности на разпространение и движение, както и взаимодействие със скалите. Създадена през втората половина на 19 век... Съвременна енциклопедия