Hidrogeologia este știința apelor subterane. Apele subterane sunt cele situate sub suprafața pământului, limitate la diferite roci și umplerea porilor, crăpăturilor și golurilor carstice. Hidrogeologia studiază originea și dezvoltarea apelor subterane, condițiile de apariție și distribuție a acestora, legile mișcării, procesele de interacțiune a apelor subterane cu rocile gazdă, proprietățile fizice și chimice ale apelor subterane, compoziția gazelor acestora; este angajată în studierea utilizării practice a apelor subterane pentru alimentarea cu apă potabilă și menajeră, precum și în dezvoltarea măsurilor de combatere a apelor subterane în timpul construcției și exploatării diferitelor instalații, minerit etc.

Apele subterane se află într-o relație complexă cu rocile care alcătuiesc scoarța terestră, al căror studiu face obiectul geologiei; prin urmare, geologia și hidrogeologia sunt indisolubil legate, așa cum demonstrează chiar numele științei în cauză.

Hidrogeologia acoperă o gamă semnificativă de probleme studiate de alte științe și este în strânsă legătură cu meteorologia, climatologia, hidrologia, geomorfologia, știința solului, litologia, tectonica, geochimia, chimia, fizica, hidraulica, hidrodinamica, inginerie hidraulică, minerit etc.

Importanța apelor subterane în procesele geologice este extrem de mare. Sub influența apelor subterane se modifică compoziția și structura rocilor (intemperii fizice și chimice), se produce distrugerea versanților (fenomene de alunecare de teren), etc.

Hidrogeologia este o știință complexă și este împărțită în următoarele secțiuni independente:

1. „Hidrogeologia generală” - studiază ciclul apei în natură, originea apelor subterane, proprietățile fizice și compoziția chimică a apei ca sisteme naturale dinamice complexe și clasificarea acestora.

2. „Dinamica apelor subterane” - studiază modelele de mișcare a apelor subterane, care fac posibilă rezolvarea problemelor de alimentare cu apă, irigare, drenaj, atunci când se determină fluxurile de apă în minele și multe altele.

3. „Hidrogeologia regională” - studiază modelele de distribuție a apelor subterane în teritoriu și, în consecință, generalitatea condițiilor hidrogeologice ale anumitor teritorii, produce zonarea acestora din urmă.

4. „Hidrogeochimie” - studiază formarea compoziției chimice a apelor subterane.

5. „Ape minerale” - studiază tiparele de origine și formare a apelor medicinale și a apelor de importanță industrială (pentru extragerea sării, iodului, bromului și a altor substanțe din acestea), distribuția acestor ape și cele mai bune modalități de exploatare a acestora.

Curs 1. Hidrosfera

Plan:

Hidrosfera și ciclul apei în natură

Tipuri de apă în roci

Proprietățile rocilor în raport cu apa

Conceptul de aerare și zonă de saturație

I. Hidrosfera și ciclul apei în natură.Apa de pe glob este într-un ciclu constant. Există gire mari și mici. Procesul ciclului natural este caracterizat cantitativ prin bilanțul hidric (Fig. 1). Nivelul căruia conform B.I. exprimă Kudelin

x=y+z±w

x – precipitații, mm

y – scurgerea râului, mm

z – evaporare, mm

w – reîncărcare medie pe termen lung a orizontului adânc, mm

O parte din precipitațiile atmosferice care pătrund în roci ajung la suprafața acviferelor și merg să le hrănească. Debitul de suprafață și cel subteran formează împreună debitul total al râului. Scurgerea subterană și evaporarea totală constituie umezirea teritoriului brut, egală cu diferența dintre precipitații și scurgerea de suprafață. De la 5-7 la 15-20% din precipitații sunt folosite pentru alimente pe teritoriul Republicii Belarus. Nutriția subterană (infiltrarea) depinde de condițiile climatice ale teritoriului, de sol și stratul de vegetație, de factori geomorfologici și geologici.

II. Tipuri de apă în roci.Se disting următoarele tipuri de apă din roci: vaporoasă, higroscopică, film, gravitațională, de cristalizare, legată chimic.

Orez. 1. Diagrama echilibrului apei

Vaporos – se găsește sub formă de vapori de apă în aer, prezenți în porii și crăpăturile orașelor de munte. Când este răcit prin condensare, se transformă în apă lichidă.

Higroscopicapa (puternic legată) este reținută pe suprafața particulelor de forțe moleculare și electrostatice. Nu transmite presiune hidrostatică, nu are capacitate de dizolvare și nu îngheață până la 78ºC. Când este încălzit la 100-105ºС, este complet îndepărtat. Conținut în nisipuri 1%, lut nisipos 8%, argile până la 18%, inaccesibile plantelor.

Film apa (legată slab) se formează prin condensarea vaporilor de apă. Acoperă suprafața particulelor cu o peliculă subțire de 0,01 mm, este ținută de forțe moleculare, densitatea este apropiată de densitatea apei libere, este capabil să se deplaseze de la o particulă la alta sub influența forțelor de sorbție și nu transmite presiune hidrostatica. Conținutul în nisipuri este de 1-7%, lut nisipos 9-13%, lut 15-23%, argile 25-45%. Conținutul acestei ape modifică dramatic proprietățile de rezistență ale rocilor argiloase.

Capilar apa (auto-capilară, apă capilară în suspensie) este conținută în pori subțiri sub forma unei franjuri capilare deasupra nivelului apei subterane în intervalul de umiditate de la cea mai scăzută umiditate (LH) până la umiditatea totală (TH). Înălțimea creșterii capilare este pentru pietricele, pietriș, nisipuri cu granulație grosieră-0, nisipuri cu granulație medie 15-35 cm, nisipuri cu granulație fină - 35-100 cm, lut nisipos - 100-150, argile - 400-500 cm.

Gravitațional apa este supusă gravitației. Mișcarea are loc sub influența gravitației și a gradientului de presiune, transmitând presiunea hidrostatică. În general, hidrogeologia studiază aceste ape.

Cristalizareapa face parte din rețeaua cristalină a mineralelor (CaSO 42H20).

Legat chimicapa (constituțională) participă la structura rețelei cristaline de minerale.

III. Principalele proprietăți ale rocilorsunt: ​​densitatea, densitatea în vrac, porozitatea, permeabilitatea apei, capacitatea de umiditate, solubilitatea, pierderile de apă. Ele depind de compoziția minerală a rocilor, structura, compoziția, fracturarea și porozitatea acestora.

Notare– conținutul procentual de particule de diferite dimensiuni în roca afânată. Compoziția granulometrică a rocilor necoezive conform GOST 12536-67 este determinată cu ajutorul analizei prin sită, care constă în cernerea secvențială a rocii printr-un set de site și cântărirea materialului rămas pe fiecare sită. Pentru cernerea rocilor nisipoase se folosește un set de site cu diametre ale găurilor de 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,25, 0,1 mm. Pentru claritate, compoziția granulometrică a rocilor este prezentată sub forma unei curbe de compoziție granulometrică trasată pe o scară semilogaritmică (Fig. 2).

Orez. 2. Diagrama de distribuție a dimensiunii particulelor

Curba de eterogenitate vă permite să calculați valoarea coeficientului de eterogenitate: unde este coeficientul de eterogenitate, sunt diametrele particulelor, mai mici decât o rocă dată conține 60 și, respectiv, 10% particule în greutate.

Distribuția mărimii particulelor rocilor asociate este determinată prin metoda hidrometrică sau metoda pipetei, pe baza diferitelor rate de decantare a particulelor în apă.

Densitate (γ-gamma) – raportul dintre masa particulelor solide și volumul lor. Densitatea particulelor de nisip-argilă se află în intervalul (g/cm 3 ) de la 2,5 la 2,8 g/cm³, lut nisipos 2,70, lut – 2,71, argilă – 2,74.

Masa volumetrica rocă umedă (γ O ) este masa pe unitatea de volum de rocă la umiditate naturală și porozitate:

Unde P este masa probei, g; V – volumul probei, cm³,

γ o – variază de la 1,3-2,4, g/cm³.

O valoare mai constantă este masa volumetrică a scheletului de rocă - masa componentei solide pe unitatea de volum a rocii. Calculat

Unde w este conținutul de umiditate a rocii, %

Porozitate – volumul total al tuturor porilor dintr-o unitate de volum de rocă. Porozitatea este definită ca raportul dintre volumul porilor din rocă (Vp) și volumul total ocupat de rocă (V), exprimat ca procent; p= Vp/ V·100%. În plus, coeficientul de porozitate ε (epsilon) = n/(1-n) este adesea folosit. Porozitatea rocilor argiloase ajunge la 50-60%, nisipurile - 35-40%, gresii - 2-38%, calcare, marne - 1,5-22%, granite, gneisuri, cuarzite 0,02-2%.

Umiditate absolută– raportul dintre masa de apă și masa solului absolut uscat într-un volum dat, exprimat în procente.

Umiditatea naturală– cantitatea de apă conținută în porii rocilor în condiții naturale. Umiditatea exprimată în raport cu volumul rocii se numește umiditate relativă.

Capacitatea de umiditate – moleculară maximă caracterizează cantitatea de apă reținută în rocă datorită forțelor de adeziune moleculară dintre particulele de sol și apă (indică conținutul de apă legată). Există capacitate totală, capilară și minimă de umiditate.

Permeabilitatea apei– capacitatea rocilor de a trece apa prin ele însele, mișcarea apei în sol sub influența presiunii se numește filtrare. Solubilitatea - capacitatea rocilor de a se dizolva în apă, depinde de temperatură, viteza de curgere a apei, conținutul de CO 2 etc.

IV. Conceptul de zonă de saturație.În rocile libere sub nivelul apei subterane, toți porii sunt umpluți cu apă - zona de saturație, stratul de deasupra se numește zonă de aerare - grosimea sa este egală cu adâncimea apei subterane.

acvifer– straturi de rocă omogene ca compoziție litologică și proprietăți hidrogeologice.

Complex acvifer– un complex de roci saturate de apă limitate la o anumită vârstă.

Cursul 2. Originea și dinamica apelor subterane

Plan:

Originea apelor subterane

Legile de filtrare a apelor subterane

Determinarea direcției și vitezei de mișcare a apelor subterane

Parametrii hidrogeologici de bază.

I. După origine, apele subterane se împart în:

Infiltrare– apa se formează ca urmare a precipitațiilor și a apei de suprafață care se scurge de la suprafața pământului în pori și crăpături în roci. Acesta este grupul principal de ape de infiltrație conținute în scoarța terestră

Condensare– apa se formează prin condensarea vaporilor de apă în zona de aerare, peșteri etc.

Sedimentare– se formează din cauza apelor rezervoarelor în care s-au acumulat roci sedimentare.

Origine magmatică -se formează în timpul erupțiilor vulcanice.

II. Filtrare – mișcarea apelor subterane în porii și fisurile rocilor. Dacă mișcarea apei are loc în roci care nu sunt complet saturate cu apă, atunci se numește infiltrare (prin zona de aerare). Curgerea sedimentelor sau a apei de suprafață prin fisurile din roci se numește inflație. Există mișcări laminare și turbulente ale apei.

Legea de bază a mișcării fluidului laminar în rocile poroase a fost stabilită de Darsú (1856) Pe baza acestei legi, Dupuú (1857) a dezvoltat o relație pentru determinarea debitului apei subterane și a afluxului acesteia în capturile de apă.

N.E a adus o mare contribuție la studiul dinamicii apelor subterane. Jukovski, N.N. Pavlovsky, P.Ya. Polubarinova-Kochina, G.N. Kamensky, S.N. Numerov, M.E. Altovski, V.M. Shestakov, N.N. Verigin, A.I. Silin-Bekchurin, A.N. Myatiev, S.F. Averianov și alții.

Laminare (jet paralel) mișcarea are loc fără pulsație de viteză. Mișcarea constantă a apelor subterane se caracterizează prin constanță în timp în orice secțiune de putere, gradient de presiune al ratei de filtrare și debitului. Mișcarea instabilă a apei subterane este o mișcare în care debitul, direcția și panta curgerii se modifică în timp.

Mișcarea turbulentă (vortex) se caracterizează printr-o pulsație a vitezei, în urma căreia se amestecă diferite straturi ale fluxului (ape carstice, de-a lungul crăpăturilor).

Legile filtrării apelor subterane. Legea filtrarii liniare.

Mișcarea laminară a apelor subteranese supune legii liniare a filtrării (legea lui Darcy – după numele savantului francez care a stabilit această lege în 1856 pentru rocile granulare poroase). Această lege este formulată astfel: viteza de filtrare în timpul curgerii laminare este proporțională cu panta hidraulică la prima putere.

V=KI, unde,

V – viteza de filtrare;

K – coeficient de filtrare;

I – panta hidraulica cu gradient de presiune;

I=(H1-H2)/e

Dacă e=1, atunci V=K, adică cu gradientul de presiune =1, coeficientul de filtrare este egal cu rata de filtrare.

Q=KIω, unde

Q – debitul de filtrare – cantitatea de apă care curge printr-o anumită secțiune transversală a debitului pe unitatea de timp, m³/zi, K – coeficient de filtrare, I – gradient de presiune, ω – secțiune transversală.

Q – determinat prin vase de măsurare. Q=V/t, l/s.

Determinarea debitului surselor folosind baraje.

Consumul de apă al secțiunii trapezoidale:

Q=0,0186bh√h, l/sec, unde

Q – debit sursă, l/sec;

b – lățimea nervurii inferioare a barajului în cm;

h – înălțimea nivelului apei în fața nervurii deversorului, cm.

Secțiune triunghiulară:

Q=0,014h 2 √h, l/s.

Sectiune dreptunghiulara:

Q=0,018bh√h, l/s.

Pentru a măsura debite mari - mai mult de 10 l/sec (100-200 l/sec) și mai puțin de 10 l/sec - cu o secțiune transversală triunghiulară sau dreptunghiulară se folosește un baraj cu secțiune transversală trapezoidală.

Gradient de presiune pot fi determinate prin hidroizohipse - linii care leagă semne identice ale suprafeței apei subterane sau hidroizopieze - linii care leagă puncte de presiune egală a apei sub presiune. Gradientul de presiune nu este constant în timp poate crește atunci când reîncărcarea apelor subterane crește și scădea când se slăbește.

Mișcarea apei subterane nu are loc prin toate secțiunile fluxului, ci doar printr-o parte a acesteia corespunzătoare zonei porilor sau fisurilor. Viteza reală a apei filtrate este:

V=Q/nω, unde:

Q – debitul de filtrare, m³/zi;

n – porozitatea rocii;

ω – secțiunea transversală a curgerii, m 2 .

În rocile argiloase, n – constituie porozitate activă, care caracterizează partea din secțiunea transversală a rocii capabilă să treacă prin apă gravitațională.

Potrivit lui G.N. Legea de filtrare liniară a lui Kamensky este valabilă la viteze de mișcare a apei subterane de până la 400 m/zi.

Filtrarea prin roci argiloase poate începe numai dacă gradientul de presiune depășește gradientul de presiune inițial. Pentru argile și argile acest gradient inițial este diferit.

Legea filtrării neliniare (legea Chezy-Krasnopolsky)caracterizează deplasarea turbulentă, caracteristică rocilor foarte fracturate cu goluri mari: , V – debitul de filtrare m/zi. K – coeficient de filtrare, m/zi, I – gradient de presiune.

III. Determinarea direcției și vitezei de mișcare a apelor subterane.Mișcarea apei subterane în porii rocilor afânate nu poate fi considerată mișcarea unui curent, toate fluxurile de apă se mișcă cu aceeași viteză sau aproximativ aceeași viteză. Nu este posibil să se facă nicio distincție precisă între liniile de curgere a apei în porii diferitelor roci, prin urmare, atunci când luăm în considerare problemele de mișcare a apei subterane, putem vorbi doar despre viteza medie de mișcare a apei într-un anumit mediu. Determinarea vitezei de deplasare a apei subterane (viteza reală Vd) se realizează în teren. Pentru determinare se folosesc indicatori care modifică culoarea sau compoziția chimică și conductivitatea electrică a apei.

Pentru a efectua experimente, sunt selectate două puțuri (gropi), uneori patru, situate de-a lungul direcției de mișcare a apei. Lucrarile situate in amonte servesc la introducerea indicatorului in apa se numeste experimental. Lucrările situate în aval se numesc observație. Distanța dintre ele este selectată în funcție de roci de la 0,5-1,5 la 2,5-5,0 m Coloranții (fluorescență etc.) sunt utilizați ca indicator. În plus, sarea de masă este folosită ca indicator (metoda chimică), există metode de indicator radio, metoda izotopilor naturali etc. Metoda geofizică este utilizată pe scară largă - metoda liniilor echipotențiale (metoda corpurilor încărcate). Valorile vitezei reale de mișcare (Vd) pot fi utilizate pentru a calcula coeficientul de filtrare al rocilor, atunci când se decide cu privire la problema sufuziei sub structuri etc.

Pentru a identifica direcția de mișcare a apelor subterane pe suprafețe mari, se întocmesc hărți de hidroizohipsum și hidroizopieză. La rezolvarea problemelor de inginerie hidraulică și de drenaj (irigare, drenaj), se construiesc hidroizohipse și, pe baza acestora, se construiesc hărți ale adâncimii apelor subterane. Direcția curgerii apei subterane este perpendiculară pe hidroizohipsele.

IV. Parametrii hidrogeologici de bază.

Cele mai importante proprietăți ale rocilor sunt filtrarea, care se caracterizează prin următorii parametri: coeficient de filtrare, coeficient de permeabilitate, coeficient de pierdere a apei, conductivitate a apei, coeficient de nivel de conductivitate etc.

Coeficient de filtrare (K)reprezintă cea mai importantă caracteristică a rocilor, este utilizat pe scară largă în practica de proiectare la calcularea debitului apei subterane, la determinarea pierderilor de apă din rezervoare, iazuri etc. Coeficientul de filtrare al rocilor poate fi determinat din datele privind compoziția și porozitatea rocilor (folosind empiric formule), metode de laborator și în teren.

Determinarea coeficienților de rocă folosind formule empirice. Lucrările experimentale au stabilit dependența coeficientului de compoziția mecanică (granulometrică) a rocii (în principal de dimensiunea și numărul de fracții fine), de porozitatea acesteia și de temperatura apei. Determinarea coeficientului rocilor prin distribuția mărimii particulelor este cea mai ieftină și simplă metodă utilizată în studiile hidrogeologice pentru etapele inițiale de proiectare. Pentru studii detaliate, această metodă este suplimentară metodei de teren. Se foloseste formula Hazen (pentru nisipuri cu diametrul de la 0,1 la 3 mm, cu un coeficient de uniformitate l mai mic de 5). Coeficientul de uniformitate este raportul dintre dimensiunea granulelor. Diametrul efectiv (d 10 ) este diametrul particulei în mm, mai mic decât care solul conține 10% din masa totală a solului. Cu alte cuvinte, dn este egal cu diametrul deschiderii sitei care permite trecerea a 10% din masa solului.

Formula lui Hazin

K=Сdн 2 (0,70+0,03t), m/zi,

C este un coeficient empiric în funcție de gradul de omogenitate și porozitate a solului. Pentru nisipuri curate, omogene C=1200, omogenitate medie și densitate C=800, nisipuri eterogene și dense C=400,

dн – diametru efectiv, mm,

t este temperatura apei filtrate.

Valorile lui d60 și dn sunt preluate din curba compoziției granulometrice a solului și trasate sub forma unei curbe la scară simplă sau semilogaritmică.

Formula Sauerbrey pentru apă la 10º

L/zi

β – coeficient empiric în funcție de uniformitatea și dimensiunea particulelor de nisip de la 1150 la 3010, medie 2880-3010

n – porozitate

d17 – diametrul particulei în mm, mai mic decât 17% din particule din greutate sunt prezente într-un sol dat. Folosit pentru determinarea coeficienților nisipurilor fine, medii și grosiere.

Determinarea in conditii de laborator. Sunt utilizate diverse dispozitive pentru a încărca probe de testare de roci cu structură perturbată și naturală. Principiul determinării coeficienților în majoritatea dispozitivelor se bazează pe măsurarea cantității de apă filtrată prin rocă sub diferite presiuni. Pe baza debitului la o presiune și o zonă cunoscute a dispozitivului, se găsește coeficientul de filtrare. Se folosesc tuburi Kamensky, dispozitivul lui Tom etc.

Este necesar să ne amintim bine că coeficienții de filtrare ai rocilor din zona de aerare, determinați în condiții naturale de câmp și prin metode de laborator, diferă adesea cu până la 1-2 ordine de mărime. Acest lucru se explică prin subestimarea anizotropiei rocilor și prin suprafața mică a rocilor identificate.

Determinare în teren. La determinarea coeficientului de filtrare în câmp, mișcarea apei are loc în roci care apar în condiții naturale și le păstrează structura naturală. Prin urmare, metodele de teren dau rezultate care sunt cel mai apropiate de realitate. Se folosesc metode de umplere a gropilor și puțurilor în zona de aerare. În cadrul acviferelor, coeficientul este determinat prin pompare din puțuri și gropi.

Metoda de turnare în gropi.Procesul de infiltrare în soluri nesaturate cu apă este foarte complex și are loc cu acțiunea concomitentă a presiunii hidraulice a apei turnate în gropi și aspirarea capilară a apei în sol. În prezent, se utilizează adesea metoda de umplere conform N.S. Nesterov.

L/zi

Q – debit constant de apă, m 3 ;

F – zona inferioară a inelului mic, m 2 ;

Mai precis, se determină valoarea lui Kf:

l – adâncimea infiltrației apei din fundul gropii;

z – înălțimea stratului de apă;

h k – presiunea capilară egală cu ≈50% din înălțimea maximă a ridicării capilare, m

După metoda lui Nesterov2 inele de oțel cu un diametru de 25 și 50 cm sunt instalate în fundul gropii la o adâncime de 3-4 cm. Se toarnă apă în inel și un strat de 10 cm este menținut la o înălțime de 10 cm experimentul continuă până când debitul se stabilizează.

Injecțiile experimentale sunt utilizate pe scară largă pentru a determina Kf-ul rocilor fracturate și carstice nepurtători de apă la diferite niveluri, izolând intervalele cu tampoane speciale. Experimentul se efectuează până când debitul de apă se stabilizează. Ca rezultat al experimentului, se determină absorbția specifică de apă (q = l/min), adică. consumul de apă în l/min la 1 m de puț și 1 m de presiune conform formulei:

P – presiunea asupra manometrului,

H – distanța verticală de la manometru până la tampon, m,

Z – lungimea intervalului studiat (între tampoane).

Valori aproximative ale Kf (m/zi):

Argila – 0,001, în zona de aerare până la 0,3-0,7;

Loam – 0,05, în zona de aerare 0,5-1;

lut nisipos – 0,1-0,5 în zona de aerare până la 1-2;

Nisip – de la 1-5 la 20-50;

Pietriș – 20-150;

Pietriș – 100-500 sau mai mult.

Permeabilitatea la apă a rocilor argiloase depinde de conținutul de cationi schimbabili. Ca și Mg cresc permeabilitatea apei, iar Na o scade. Această valoare se modifică în funcție de temperatură. La filtrarea apei proaspete, particulele de argilă se umflă și Kf scade, în timp ce apa sărată, în special apa cu clorură de sodiu, Kf crește, deoarece particulele de argilă nu se umflă, sărurile se cristalizează și porozitatea crește.

Când absorbția specifică de apă este mai mică de 0,01 l/min, se acceptă în general că rocile sunt ușor fracturate și nu este necesară cimentarea pentru a combate filtrarea. Pe baza saturației specifice a apei, se poate găsi

Unde r este raza sondei, m

Pentru determinare, metodele exprese de umplere și pompare din puțuri și gropi sunt de obicei utilizate aproximativ și rapid. Ele fac posibilă, prin prelevare de masă într-o perioadă scurtă de timp, să se caracterizeze proprietățile de filtrare ale sedimentelor pe o suprafață mare. Acestea sunt potrivite în principal în scopul extrapolării datelor obținute la punctele de pompare în cluster către teritoriul corespunzător.

Cele mai precise date privind coeficientul de filtrare, precum și alți parametri, sunt obținute la pomparea din puțuri de diferite durate.

Pierderea de apă a rocilor(B) proprietatea rocilor saturate cu apă de a renunța liber la apa gravitațională. Cantitatea de pierdere de apă este caracterizată de coeficientul de pierdere de apă - raportul dintre volumul de apă curgătoare care a umplut anterior golurile și volumul întregii roci. Exprimat ca procent sau fracțiune dintr-o unitate de volum și este o valoare variabilă. Coeficientul de pierdere de apă al pietricelelor, pietrișului și nisipurilor grosiere este egal cu porozitatea sau capacitatea totală de umiditate. Randamentul de apă al rocilor argiloase și al turbei este egal cu diferența dintre capacitatea minimă totală de umiditate.

Coeficientul de pierdere a apei este determinat: 1) de diferența în diferite capacități de umiditate; 2) prin saturarea stâncii și scurgerea apei; 3) observații în teren, metoda de pompare a apei subterane din puțuri etc.

Randamentul de apă (%) al unor roci: nisip c/z - 0,25-0,35, c/z - 0,2-0,25, m/z - 0,15-0,2, lut nisipos 0,1-0,15, lut mai mic de 0,1, argile apropiate de 0, turbă 0-0,15, gresii - 0,02-0,05, calcare - 0,008-0,1.

Pentru a rezolva o serie de probleme practice, se folosește pe scară largă coeficientul de lipsă de saturație (µ) este egal cu diferența dintre capacitatea totală de umiditate și umiditatea naturală a rocii înainte de infiltrare, exprimată în fracțiuni de unitate de volum.

Conductibilitatea apei– capacitatea unui acvifer cu o grosime (W) și o lățime de 1 m de a trece apa pe unitatea de timp la un gradient de presiune =1. Conductivitatea apei (T) este egală cu produsul dintre Kf (coeficientul de filtrare) și grosimea formațiunii T=KW și se exprimă în (m/zi). Cu cât (T) este mai mare, cu atât resursele operaționale ale apei subterane sunt mai mari. T>100 m 2 /zi T 2 /zi orizontul apei este nepromițător pentru utilizare în scopuri de alimentare cu apă.

Lucrările experimentale de filtrare sunt utilizate pe scară largă pentru a determina parametrii hidrogeologici. Aceste metode se bazează în principal pe ecuațiile deplasării instabile a apei subterane în zona de influență a pomparii. Aceste modele sunt determinate de proprietățile de filtrare și capacitive ale acviferului studiat, ceea ce face posibilă estimarea conductivității apei, a coeficientului de filtrare, a nivelului de conductivitate, a lipsei de saturație, a randamentului apei etc. Atunci când modelele de mișcare a apei subterane sunt determinate nu numai de proprietățile de filtrare și capacitate, dar și de condițiile la limită, parametrii sunt calculati folosind formulele de mișcare constantă. Pomparea experimentală este împărțită în single și cluster.

Pompările unice (fără puțuri de observare) se efectuează în mai multe etape de reducere pentru a găsi dependența debitului sondei de scăderea nivelului apei subterane.

Pomparea în cluster se realizează prin dotarea zonei experimentale cu puțuri de observare, situate câte una sau două la puțul central din care se efectuează pomparea. În timpul pompării se măsoară debitul sondei și scăderea nivelului apei în puțurile centrale și de observare. Scopul principal al pompei cluster este de a determina parametrii hidrogeologici calculați.

În condiții dificile, când este necesar să se studieze relația dintre acviferele sau eficacitatea unui puț de drenaj vertical etc., se efectuează pompare experimentală. Durata de pompare variază de la o zi la 30-40 de zile sau mai mult. Metoda de pompare depinde de scopul pompei și de condițiile hidrogeologice ale zonei.

Pentru a determina coeficientul de filtrare, pomparea se efectuează la un debit constant (modificarea nivelului apei în puț și pâlnie, ceea ce corespunde unui mod de filtrare instabil), sau la o scădere constantă a nivelului (mod de filtrare constant). Pentru a stabili dependența debitului de scădere, pomparea se efectuează la 2-3 scăderi de nivel.

Pentru a evalua permeabilitatea apei a acviferelor multistrat, caracterizate prin interstratificarea acviferelor și a straturilor de separare slab permeabile, fiecare acvifer este testat separat. În același timp, se determină valorile debitului din acviferele inferioare și superioare prin straturile de argilă cu permeabilitate scăzută.

Coeficientul de curgere (B) este determinat de formula:

Km – conductivitatea apei a orizontului principal de apă m 2/zi,

K1, K11 – respectiv, coeficientul de filtrare a rocii, m/zi,

m 1, m 11 – grosimea acestor straturi, m.

Determinarea debitelor de apă subterană.

1) Debit plat și debitul acestuia.Plata este un flux de apă subterană ale cărui cursuri curg mai mult sau mai puțin paralel. Un exemplu ar fi fluxul de apă subterană care se deplasează către un râu. Debitul de sol într-un acvifer orizontal pe 1 m lățime este egal cu

La un aquitard înclinat, debitul unitar al fluxului subteran este egal cu:

Tipuri de captare verticale.

Captarea verticală poate fi împărțită în puțuri (gropi) și foraje. Pe baza naturii acviferelor exploatate, acestea sunt împărțite în apă subterană și arteziene (presiune). Pe baza naturii locației lor în acvifer, puțurile (fântânile) sunt împărțite în perfecte și imperfecte. Fântânile imperfecte pot avea un fund și pereți permeabili, pereți permeabili și un fund solid și pereți solizi și un fund permeabil (Fig. 3).

Orez. 3. Diagrama curgerii apei într-o fântână imperfectă

Fântânile perfecte pătrund în întregul acvifer și au pereți permeabili. Alegerea ecuațiilor de proiectare pentru deplasarea apei către puțuri depinde de tipul de captare verticală.

Debitul unui puț perfect și coeficientul de filtrare a rocii

– Formula Dupuis, m 3 /zi, de aici

L/zi

Debitul unei sonde cu fundul plat deschis este calculat conform Forchheimer:

Q=4rSK, m3/zi.

Coeficient de filtrare, m/zi.

Debitul unui puț cu pereți permeabili și fund deschis

M 3 / zi,

L/zi

Potrivit lui Zamarin, pentru o fântână cu fund deschis și pereți permeabili (cu condiția ca adâncimea acviferului să fie necunoscută) cu fund plat, se calculează Kf (vezi Fig. 3):

L/zi, unde

Q – debitul sondei, m 3 zile

Formula pentru curgerea apei în canalizare.

Drenurile sunt construite pentru a scădea nivelul apei subterane. Afluxul de apă într-o scurgere orizontală perfectă de lungime B în condiții de apă fără presiune conform ecuației Dupuis este egal cu

M 3 /zi.

Pentru presiune, m 3 /zi;

m – grosimea stratului de presiune, m.

Formulele de calcul arată dependența debitului sondei de scădere (S). Prin urmare, productivitatea puțului poate fi comparată cu debitul specific

Curs 3. Compoziția chimică a apelor subterane

Plan:

Proprietățile fizice ale apelor subterane

Reacția apei

Mineralizarea generală a apei

Compoziția chimică a apei

Forme de exprimare a compoziției chimice a apei

Evaluarea caracterului adecvat al apei pentru diverse scopuri

Evaluarea agresivității proprietăților apelor subterane

Formarea compoziției chimice a apelor subterane

Zonarea apelor subterane

I. Despre proprietăţile fiziceapele subterane includ transparența, culoarea, mirosul, gustul, temperatura.

Apa naturală poate fi limpede sau tulbure. Turbiditatea apei este cauzată de prezența particulelor în suspensie de origine minerală și organică. Impuritățile mecanice pot pătrunde în sursa de apă din cauza unei disfuncționalități a aportului de apă sau a infiltrației apei de ploaie, de inundații sau de râu (zone carstice) în acvifer. Uneori, turbiditatea apelor subterane este cauzată de compuși chimici dizolvați în ea (fier etc.).

Culoare. Apa pură este incoloră. Culoarea se explică prin prezența anumitor impurități în ea (fierul dă o nuanță ruginită, hidrogenul sulfurat dă o nuanță albăstruie).

Miros. Apa subterană este de obicei inodoră. Prezența unui miros indică prezența diferiților compuși chimici (hidrogenul sulfurat dă miros de ouă putrezite etc.)

Gust. Apare la un anumit conținut al anumitor compuși în apă (sărat - NaCl, acid - în zonele de depozite de sulfuri).

Temperatura – variază de la 4-5ºС la 60-90ºС. La temperaturi peste 20ºС, apele sunt numite subtermale. În Republica Bashkortostan, temperatura apelor subterane de mică adâncime variază de la 5 la 20ºС. Apa dulce la tº=4ºС are cea mai mare densitate.

II. Reacția apei (valoarea pH-ului). Pentru a judeca compoziția chimică a apei subterane, este necesar în primul rând să cunoaștem reacția apei, adică. concentrația ionilor de hidrogen. Conform teoriei disocierii electrolitice, apa se disociază în ioni de hidrogen () și hidroxil (), a căror valoare a produsului este întotdeauna constantă la o anumită temperatură. Dacă reacția este neutră, atunci concentrația este aceeași și egală cu 10–7 mEq/L Prin urmare, gradul de aciditate sau alcalinitate al apei este caracterizat de concentrația ionilor de hidrogen. Pentru a exprima concentrația ionilor de hidrogen, se obișnuiește să se folosească logaritmul concentrației lor (adică numărul de echivalenți gram ai acestui ion în 1 litru de apă), luat cu semnul opus și notat pH = –log(H).+ ). Cu o reacție neutră, pH = 7, cu un pH acid - mai mic de 7, și cu un pH alcalin mai mare de 7. Determinarea pH-ului se realizează cu dispozitive speciale (pH-metre) folosind metoda calorimetrică în teren; se foloseste hartie.

III. Mineralizarea generală a apeise exprimă prin suma elementelor chimice conținute în apă, compușii acestora și gazele. Se estimează prin reziduul uscat, care se obține după evaporarea apei la o temperatură de 105ºC, sau prin însumarea masei tuturor ionilor obținuți în urma analizei chimice. Exprimat în miligrame (grame) pe litru (dm 3 ), grame pe kg (mg/l, g/kg). După mineralizare se împart:

până la 0,2 g/l – ultra-proaspăt, până la 1,0 g/l – proaspăt,

1-10 – salmastru: 1-3 – slab, 3-5 – mediu, 5-10 – foarte salmastru, 10-35 – sărat, peste 35 g/l – saramură.

IV. Principalele componente chimice din apele subteranede obicei sunt: ​​anioni (ion hidrocarbonat, ion sulfat, ion clor), cationi (). Apa conține adesea ion carbonat, ion nitrit, ion azotat (), dioxid de carbon, hidrogen sulfurat, metan, fier 2 și 3-valent etc. Conținutul de compuși de azot din apele subterane este de obicei scăzut (1-2 mg/l) , dar ajunge uneori la 0,5-0,8 mg/l. Prezența chiar și a unei cantități mici dintre ele indică contaminarea apei și posibilitatea de a găsi în ea bacterii periculoase dăunătoare. Dacă ionul de azotat () este prezent, contaminarea este proaspătă, iar ionul de azotat este contaminarea veche. În general, apele subterane conțin până la 60-80 de elemente chimice diferite în stare dizolvată.

Duritatea apei datorită prezenței ionilor de calciu și magneziu. Conform GOST 2874-73 și SanPiN 2.1.4.1074-01, duritatea apei este exprimată în miligrame echivalente la 1 litru de apă. 1 mEq. duritatea corespunde unui conținut de 20,04 mg/l și 12,6 mg/l. În funcție de duritatea apei, acestea sunt împărțite în:

foarte moale – până la 1,5 mEq/l,

moale – 1,51-3,0 mEq/l,

moderat dur – 3,01-6,0 mEq/l,

greu – 6,01-9,0 mEq/l,

foarte greu – mai mult de 9,0 mEq/l.

V. Există mai multe forme de exprimare a analizei apei:ionic, echivalent, echivalent procentual.

În forma ionică, conținutul de ioni este dat în grame sau miligrame pe litru (g/l, mg/l).

Forma echivalentă ne permite să judecăm posibilele combinații de cationi și anioni. Suma unităților echivalente de cationi și anioni este exprimată în miligrame echivalenți la 1 litru și se obține prin înmulțirea mg/l cu factorul de conversie (Tabelele 1, 2).

tabelul 1

Greutăți atomice ale ionilor și factori pentru conversia ionilor de miligrame în echivalenți de miligrame

K+

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

NUMARUL 3 -

62,008

0,01613

NR 2 –

46,008

0,02174

echivalentul

51,5

48,1

Sub formă de echivalent procentual, conținutul de ioni, luat în echivalenți, este exprimat ca procent din suma de cationi și anioni, fiecare luat ca 100%.

O formă vizuală pentru înregistrarea rezultatelor este formula lui M.G. Kurlova.

Denumirea apei este dată de anionii și cationii predominanți, al căror conținut este mai mare de 20% (uneori 25% sau 33%) în ordine crescătoare. De exemplu, formula dată arată – sulfat-hidrocarbonat, magneziu-calciu apă.

În formula Kurlov, în stânga liniei indicați conținutul de gaz (CO 2, H2 S etc.), mineralizarea totală a apei (g/l), la numărător sunt anioni, al căror conținut depășește 10% echivalenți (% echivalenți în ordine descrescătoare) la numitor - nominații în aceeași ordine, tºC de apa este scrisă în spatele liniei, debitul (l/s), pH-ul și altele. Rezultatele analizei chimice a apei sunt uneori exprimate în formă grafică sub formă de diagrame - dreptunghi, pătrat, triunghi etc. Toate formele de exprimare și metode de construcție sunt date în (Abdrakhmanov, Methodological..., 2008).

Clasificarea apelor subterane după compoziția chimică.Există câteva zeci de clasificări bazate pe principii diferite și având aplicații și semnificații practice diferite. Cele mai populare clasificări includ Palmer, N.I. Tostikhina, V.A. Sulina, O.A. Alekina, E.V. Posokhova și alții. În hidrogeologie și hidrologie se utilizează în principal clasificarea hidrochimică a O.A. Alekina.

Toate apele naturale sunt împărțite în trei clase în funcție de anionul predominant: 1) hidrocarbonat, 2) sulfat, 3) clor. Cele 3 clase identificate dau imediat o schiță a aspectului hidrochimic al apei. Clasa hidrocarbonatilor include majoritatea apelor proaspete (scăzut mineralizate) ale râurilor, lacurilor și unele ape subterane. Clasa clorurilor include apele oceanului, mărilor și apele subterane ale orizontului adânc. Apele din clasa sulfatilor sunt intermediare ca distributie si magnitudine de mineralizare intre hidrocarbonat si clor.

Fiecare clasă este împărțită de O.A. Alekin în funcție de cationul predominant în grupe de ape cu calciu, magneziu și sodiu. În plus, toate apele sunt combinate în tipuri, se disting 4 tipuri de ape.

Primul tip este caracterizat de raportul (NHCO 3 – sifon)

Tip II (sulfat de sodiu)

III tip sau subdivizat:

Pe III a (–clorură de magneziu) și

III b (- clorura de calciu).

După cum s-a stabilit, forma ionică este caracteristică doar apelor cu mineralizare scăzută. Pe măsură ce concentrația de săruri dizolvate crește, se stabilesc interacțiuni între ioni. În soluție se formează ioni neutri etc.

Datorită complexității compoziției chimice a apelor naturale, atunci când se evaluează calitățile potabile, medicinale, tehnice, de recuperare și alte calități, este important să se ia nu numai conținutul absolut al ionilor individuali, ci și asociațiile așteptate de anioni și cationi (săruri). ). Se calculează după regula Fresenius (precipită mai întâi sărurile ușor solubile, apoi mai solubile).

VI. Evaluarea caracterului adecvat al apei pentru diverse scopuri.

Rezerva de apa. Conform GOST 2874-73 „Apă potabilă” și SanPiN 2.1.4.1074-01, apa trebuie să îndeplinească următoarele cerințe: Mineralizare până la 1 g/l (conform ratingului SES până la 1,5 g/l); duritate 7 mEq/l. până la 350 mg/l; până la 500 mg/l (Abdrakhmanov, Chalov, Abdrakhmanova, 2007).

Irigare. Apa de irigare, din punct de vedere al mineralizării și compoziției chimice, trebuie să fie accesibilă fiziologic plantelor și să nu provoace salinizarea și alcalinizarea solului. Este important să se studieze conținutul microcationilor microelementelor biologic active: I, Br, B, Co, Cu, Mn, Mo (Abdrakhmanov, Methodological..., 2008).

VII. Proprietățile agresive ale apelor subterane.Ele înseamnă capacitatea apei de a distruge diverse materiale de construcție, afectându-le cu săruri dizolvate, gaze sau prin leșierea componentelor acestora. De o importanță deosebită este efectul agresiv al apei asupra structurilor din beton. Liantul principal din beton este cimentul. Semnificația practică a acțiunii agresive a apei asupra betonului unei structuri este atât de mare încât nici o construcție semnificativă nu poate fi finalizată fără un studiu hidrochimic preliminar al mediului acvatic. Conform CH-249-63, se disting următoarele tipuri de acțiune agresivă a apei asupra betonului: leșiere, dioxid de carbon, acid general, sulfat, magnezie.

Agresivitatea leșierii se manifestă prin dizolvarea carbonatului de calciu, care face parte din beton. Este posibil cu un continut scazut in apa (0,4-1,5 mg-eq/l) si excesul se dizolva.

Agresivitatea dioxidului de carbon se datorează efectului său asupra betonului.

În cele mai periculoase condiții, conținutul maxim admis de dioxid de carbon agresiv () este de 3 mg/l, în condiții mai puțin periculoase până la 8,3 mg/l.

Agresivitatea generală a acidului este caracteristică apelor acide și depinde de conținutul de ioni liberi de hidrogen. La pH 5,0-6,8 este posibil acest tip de agresiune.

Agresivitatea sulfatului se manifestă atunci când există un conținut ridicat de ioni, care, pătrunzând în corpul betonului în timpul cristalizării, formează săruri. Formarea acestor săruri în porii betonului este însoțită de o creștere a volumului lor și de distrugerea betonului. Agresivitatea se manifestă cu cimenturile obișnuite la mai mult de 250 mg/l, cu cimenturi rezistente la sulfat - 4000 mg/l.

Agresivitatea de tip magneziu se manifestă, la fel ca și tipul sulfat, în distrugerea betonului atunci când apa pătrunde în corpul betonului. Această specie apare la conținut ridicat. În funcție de ciment, acesta apare la un conținut de magneziu de 1,0 până la 2,5 g/l.

VIII. Formarea compoziției chimice a apelor subterane.Factorii în formarea compoziției chimice a apei subterane sunt înțeleși ca forțele motrice care determină cursul diferitelor procese care modifică mineralizarea și compoziția chimică a apei. Compoziția chimică a apelor subterane se formează sub influența următorilor factori: levigarea solurilor și rocilor, dizolvarea completă a mineralelor și rocilor, concentrarea sărurilor în apă ca urmare a evaporării, precipitarea sărurilor din soluțiile naturale atunci când condițiile termodinamice se schimbă, schimbul de cationi în complexul absorbant de nămoluri, soluri, roci argiloase (pe și mai departe), procese de difuzie și microbiologice, amestecarea apelor de diferite origini. Procesul de schimb se observă între cationii rocilor argiloase - apă și depinde de capacitatea complexului absorbant (Tabelul 3).

Tabelul 3

Capacitatea de absorbție a unor minerale argiloase

Aceste procese depind de condiții climatice, geomorfologice, geologice, hidrodinamice și alte condiții. Compoziția precipitațiilor joacă un rol semnificativ în formarea compoziției chimice a apelor subterane. Rolul precipitațiilor atmosferice în formarea compoziției apelor slab mineralizate este bine cunoscut. O cantitate semnificativă de săruri dizolvate vine din atmosferă la suprafața pământului. În Republica Bashkortostan, compoziția anioică a apei pluviale este dominată de ionii de hidrocarbonat (41-85%), mai rar sulfat și clor. Dintre cationi predomină sodiul (40-75%), calciul fiind mai rar întâlnit. Mineralizarea apei pluviale variază de la 23 la 88 mg/l, pH -6,0-6,7, – 9-16 mg/l, mineralizarea apei de zăpadă este de 19-54 mg/l. Conform calculelor la 1 km 2 Teritoriul Bashkortostan primește 25-27 de tone de săruri pe an. Pe teritoriul părții europene a URSS ajunge la 50-85 la 1 km 2 .

Precipitațiile se infiltrează treptat mai adânc și devin saturate cu săruri în orizontul solului și apoi în zona de aerare. Acest lucru se întâmplă ca urmare a dizolvării sărurilor, mineralelor, rocilor în conformitate cu solubilitatea lor. Solubilitatea variază foarte mult, în funcție de temperatura apei și de conținutul altor săruri. Solubilitatea sărurilor în apă distilată la 7ºС este (g/l) – 0,013, – 2,01, – 193,9, – 168,3, – 358,6, – 329,3, – 354,3, – 558,1 . Solubilitatea în prezență crește de 4 ori. Dacă există CO în apă 2 solubilitatea carbonaților crește.

În formațiunile de acoperire libere se formează primele acvifere de tip sol de la suprafață. Analiza extractelor apoase din rocile din zona de aerare indică faptul că atunci când sunt expuse la ape atmosferice care au o reacție ușor acidă, se observă săruri din zona de aerare. Principalele săruri care intră în apele subterane sunt carbonații și sulfații de calciu și carbonații de magneziu. Excesul de azotat de potasiu, care este folosit pe câmp ca îngrășământ, este îndepărtat din sol. Conținutul ajunge la 200 mg/l.

În regiunile de stepă din Rusia, ca urmare a evaporării, în zona de aerare se acumulează o cantitate mare de săruri. Cu cât apa subterană se află mai aproape de suprafață, cu atât este mai înaltă, în egală măsură, mineralizarea acesteia. Cu ape subterane puțin adânci de până la 1 m, acumularea de sare este posibilă pe suprafața pământului. În zonele deșertice și semi-deșertice, se formează adesea apele subterane cu mineralizare ridicată (până la 10-20 sau mai mult) de compoziție sulfat-clorură și clorură.

Apele bicarbonatate de calciu (forma) se formează prin dizolvarea carbonaților de calciu (calcare). Apele cu sulfat de calciu la dizolvarea gipsului. Ape hidrocarbonatate de sodiu ca urmare a schimbului de cationi intre apa de compozitie hidrocarbonat-calciu + absorbtie. complexul de Na din sol. sol.

În câmpurile irigate se creează un mediu favorabil pentru producerea reacției.

Când sărați cu sifon, pentru a transforma sifonul în sare mai puțin dăunătoare, adăugați

Anioni și cationi. Surse primare de anioni și cationi.

Sursele primare ale compoziției minerale a apelor naturale sunt:

1) gaze eliberate din intestinele pământului în timpul procesului de degazare.

2) produse ale acţiunii chimice a apei cu roci magmatice. Aceste surse primare ale compoziției apelor naturale există și astăzi. În prezent, rolul rocilor sedimentare în compoziția chimică a apei a crescut.

Originea anionilor este asociată în principal cu gazele eliberate în timpul degazării mantalelor. Compoziția lor este similară cu gazele vulcanice moderne. Împreună cu vaporii de apă, compușii de hidrogen gazoși de clor (HCl), azot (), sulf (), brom (HBr), bor (HB), carbon () intră în atmosferă. Ca urmare a descompunerii fitochimice a CH Se formează 4 CO 2:

Saturare

Ca urmare a oxidării sulfurilor, se formează un ion.

Originea cationilor este asociată cu rocile. Compoziția chimică medie a rocilor magmatice (%): – 59, – 15,3, – 3,8, – 3,5, – 5,1, – 3,8, – 3,1 etc.

Ca urmare a intemperiilor rocilor (fizice si chimice), apele subterane sunt saturate cu cationi dupa urmatoarea schema: .

În prezenţa anionilor acizi (carbonici, clorhidric, sulfuric) se formează săruri acide: .

Microelemente. Cationi tipici: Li, Rb, Cs, Be, Sr, Ba. Ioni de metale grele: Cu, Ag, Au, Pb, Fe, Ni, Co. Agenți de complexare amfoteri (Cr, Co, V, Mn). Oligoelemente biologic active: Br, I, F, B.

Microelementele joacă un rol important în ciclul biologic. Absența sau excesul de fluor provoacă bolile carii și fluoroza. Lipsa de iod – boala tiroidiană etc.

Chimia precipitațiilor atmosferice.În prezent, se dezvoltă o nouă ramură a hidrochimiei - chimia atmosferică. Apa atmosferică (aproape de distilată) conține multe elemente.

Pe lângă gazele atmosferice (), aerul conține impurități eliberate din intestinele componentelor pământului (etc.), elemente de origine biogenă () și alți compuși organici.

În geochimie, studiul compoziției chimice a precipitațiilor atmosferice face posibilă caracterizarea schimbului de sare dintre atmosferă, suprafața pământului și oceane. În ultimii ani, din cauza exploziilor atomice, în atmosferă au fost eliberate substanțe radioactive.

Aerosoli. Sursa formării compoziției chimice sunt aerosolii:

particule minerale prăfuite, agregate foarte dispersate de săruri solubile, picături mici de soluții de impurități gazoase (). Dimensiunile aerosolilor (nucleele de condensare) sunt diferite - raza medie este de 20 μm (cm) și fluctuează (până la 1 μm). Cantitatea scade odata cu inaltimea. Concentrația de aerosoli este maximă în mediul urban și minimă la munte. Aerosolii sunt ridicați în aer de vânt - eroziune eoliană;

săruri care se ridică de la suprafața oceanelor și a mărilor, gheață;

produse ale erupțiilor vulcanice;

activitate umana.

Formarea compoziției chimice. O cantitate imensă de aerosoli se ridică în atmosferă - cad la suprafața pământului:

sub formă de ploaie,

sedimentare gravitațională.

Formarea începe cu captarea aerosolilor de către umiditatea atmosferică. Mineralizarea variază de la 5 mg/l până la 100 mg/l sau mai mult. Primele portiuni de ploaie sunt mai mineralizate.

Alte elemente din sedimente:

– de la sutimi la 1-3 mg/l. Substanțe radioactive: etc. Ele provin în principal din testarea bombelor atomice.

Apă minerală

Proprietățile curative ale apelor minerale sunt determinate de: mineralizare, compoziție ion-sare, conținut de componente biologic active, gaz și potențial redox (Eh), reacția activă a mediului (pH), radioactivitate, temperatură, conținut de hidrogen sulfurat ().

Concentrația minimă de elemente pentru apele minerale medicinale (mg/l): hidrogen sulfurat – 10, brom – 25; iod 5, fluor – 2, fier – 10, radon – 14 unități. Mahe.

Apele industriale includ apele care conțin componente de cel puțin:

Tabelul 4

Cerințe de reglementare pentru apele minerale industriale

Curs 4. Zonarea apelor subterane

Zonarea apelor subterane se manifestă la scară globală și aparține categoriei de proprietăți fundamentale ale hidrolitosferei. Este înțeles ca un model în organizarea spațio-temporală a hidrosferei subterane, o anumită direcție de schimbare a parametrilor hidrogeodinamici, hidrogeochimici, hidrogeotermici și hidrogeocronologici.

În învelișul sedimentar, de exemplu, al bazinului Volga-Ural, se disting două niveluri hidrogeochimice, care în volumul lor corespund în general nivelurilor hidrogeodinamice. Etajul superior (300–400 m, rar mai mult) conține predominant ape infiltrative oxigen-azot (azot) de diferite compoziții ion-sare, cu mineralizare care de obicei nu depășește 10–12 g/l. În etajul inferior se află saramură de înaltă presiune, în principal clorură de diferite origini (sedimentogenă, infiltogenă, mixtă) cu concentrații de sare de până la 250–300 g/l sau mai mult și gaze dizolvate în apă (H). 2S, C02, CH4, N2 ) corespund unui mediu geochimic reducător, unor condiţii de schimb de apă foarte dificil şi unui regim cvasi-stagnant al subsolului. În cadrul etajelor, în funcție de compoziția chimică și gradul de mineralizare, se disting patru zone - hidrocarbonat, sulfat, sulfat-clorură și clorură, care la rândul lor sunt împărțite într-un număr de subzone (Fig. 4).

Zona de ape hidrocarbonatate proaspete (până la 1 g/l) este limitată la roci de o gamă largă de vârstă (de la Cuaternar pe platformă până la Devonian pe versantul vestic al Uralului) și în termeni hidrogeodinamici corespunde unei zone de circulație intensă. . Grosimea sa (H) variază de la 20–50 m în văile râurilor până la 150–200 m pe bazine de apă, iar pe platoul Ufa atinge 500–800 m Viteza de mișcare a apei (v), în funcție de proprietățile de filtrare ale rocilor și gradientul hidraulic, variază de la zeci și sute de metri la zeci de kilometri pe an, iar perioada schimbului complet de apă (t) este de la zeci la câteva sute de ani.

Orez. 4. Secțiune hidrogeochimică a Uralului de Sud

1–9 – compoziția chimică și mineralizarea apelor subterane, g/l: 1 – bicarbonat de calciu (până la 0,5), 2 – bicarbonat de sodiu (0,5–1), 3 – hidrocarbonat, mai rar sulfat-hidrocarbonat și clor-bicarbonat de diverse compoziții cationice (până la 1), 4 – sulfat de calciu (1–3), 5 – sulfat de sodiu și calciu-sodiu (3–10, rar mai mult), 6 – sulfat-clorură (3–10), 7 – sulfat- clorură de sodiu, sodiu (10–36), 8 – clorură de sodiu (36–310), 9 – clorură de calciu-sodiu și sodiu-calciu (250–330); 10 – roci halogene relativ impermeabile din Kungur; 11–13 – limite: 11 – hidrogeochimic, 12 – stratigrafic, 13 – limita superioară a distribuției hidrogenului sulfurat în apele subterane; 14 – puț: a – pe linia de profil, b – proiectat pentru aceasta (figura – salinitatea apei (g/l) în intervalul testat), 15 – izolinii cu conținut de brom, 16 – hidroizoterme.

În cadrul zonei hidrocarbonate se disting două subzone: cea superioară - de calciu (magneziu-calciu) și cea inferioară - ape sodice. Grosimea acestuia din urmă variază de obicei între 20 și 100 m și rareori mai mult (depresiunea Yuryuzano-Ai). Mineralizarea apelor cu bicarbonat de sodiu (sodă) este de obicei de 0,5–0,9 g/l, dar în unele cazuri ajunge la 1,2–1,7 g/l. Din punct de vedere genetic, apele sodice pure sunt strâns legate de formațiunile permiene terigene, esențial argiloase, reprezentate de gresii, siltstones, noroi și argile intercalate. Au proprietăți de filtrare destul de scăzute și abundență scăzută de apă. Compoziția gazoasă a apelor hidrocarbonatate corespunde mediului geochimic oxidant: N 2 30–35, CO 2 5–30, O 2 până la 10 mg/l. Saturația gazului este de obicei 15–50 ml/l, Eh +100…+650 mV, pH 6,7–8,8, T 4–6 C. Conținutul de heliu (He) corespunde atmosferei (5×10–5 ml/l).

Zona de ape salmastre și saline sulfatate este dezvoltată peste tot, excluzând buzunarele de influență naturală și artificială (zonele unor câmpuri petroliere) ale saramurilor de adâncime. Cuprinde clasele sulfat și hidrocarbonat-sulfat de ape cu mineralizare de la 1–3 până la 15–20 g/l, formate într-un mediu geochimic oxidant în principal în zăcămintele de gips permian. În termeni hidrogeodinamici, corespunde atât unei zone de circulație intensă (deasupra inciziei rețelei de eroziune), cât și unei zone de schimb dificil de apă, în care viteza de mișcare a apei subterane scade la zeci de metri pe an, cât și timpul de apă completă. schimbul, dimpotrivă, crește la sute și mii de ani.

Adâncimea apei sulfatate variază de la 0 la 250 m sau mai mult. Grosimea medie a zonei este de aproximativ 100–150 m (vezi Fig. 4). În cadrul zonei se află principalele resurse de apă potabilă medicinală de origine infiltrativă, rolul principal în formarea compoziției căreia este jucat de procesele de extracție a gipsului din roci și de fenomene de schimb ionic cu participarea complexului absorbit de roci. .

Compoziția de oxigen-azot și azot a apelor sulfatate se formează din cauza pătrunderii gazelor din aer împreună cu apele de infiltrare și numai în cazuri rare, atunci când baza zonei este adânc scufundată și grosimea ei este mare, H este prezent în fază gazoasă 2 S, asociat genetic cu procese biochimice în rocile permiene sulfatate și bituminoase. O concentrare 2 în jos pe secțiunea zonei, datorită consumului său la oxidarea materiei organice, fierului și sulfurilor, scade de la 4–5 mg/l la zero, iar valoarea Eh scade de la +250 la –150 mV. pH-ul potențialului acido-bazic variază de la 7,3 la 8,8; T 4–10 C. Conținutul de heliu crește (până la 30–100×10–5 ml/l)

După compoziția cationică, apele din zona sulfatului aparțin a două grupe principale - calciu (magneziu-calciu) și sodiu (calciu-sodiu), corespunzătoare subzonelor hidrogeochimice ale apelor gips și glaubere.

Mineralizarea apelor din subzona superioară nu depășește de obicei 2,5–2,6 g/l. Acestea sunt ape tipice de levigare a rocilor de gips, gips terigen și carbonat, care sunt dominate de ionii sulfat (până la 80–90%), calciu și magneziu (până la 90–98% în total). Grosimea subzonei variază de la 10 la 100 m.

Apele sulfatate de sodiu ale subzonei inferioare sunt limitate exclusiv la sedimente permiane terigene, purtătoare de gips, de origine lagunar-marină, aflate sub fundul principalelor râuri ale regiunii. Ele sunt cel mai dezvoltate în depozitele Permianului superior din vestul regiunii, unde adâncimea acoperișului subzonei variază de la 10–20 m în văile râurilor până la 200 m pe bazinele de apă. Grosimea sa este în medie de 100 m În bazinul Cis-Ural se deschid ape sulfatate de sodiu la o adâncime de 100–300 m; Grosimea subzonei de aici poate ajunge la 120–150 m.

Mineralizarea apelor cu sulfat de sodiu variază de la 1,4 la 20, de obicei 3–10 g/l, și crește odată cu adâncimea. Cu o valoare de mineralizare de până la 6,0–6,5 g/l, compoziția cationică a apei este de obicei calciu-sodiu sau mixtă (tricomponentă). În apele mai mineralizate, rolul principal în rândul cationilor revine sodiului (până la 85–90%), care în termeni absoluti este de 4–5 g/l. Formarea apelor cu sulfat de sodiu se datorează a două procese interdependente și interdependente care se stimulează reciproc: extracția CaSO 4 și schimbul de adsorbție între calciul soluției și sodiul complexului de roci absorbite.

Zona apelor sulfato-clorurate cu o salinitate de 5–36 g/l, precum cea de mai sus, este asociată în principal cu depozitele permiene și se caracterizează prin condiții de regim hidrogeodinamic dificil. Geochimic, zona ocupă o poziție intermediară, diferă în condiții redox (Eh de la +100 la 180 mV; pH 6,7–7,5), gaze atmosferice (O 2, N 2 ) și biochimice (H 2 S) originea. Prin urmare, în funcție de compoziția gazului, apele minerale sulfat-clorurate pot fi folosite fie pentru băutură medicinală, fie în scop balneologic.

La est de meridianul orașului Ufa, în partea marginală a bazinului Volga-Kama și în bazinul Pre-Ural, se stabilesc ape hidrogen sulfurat sulfat-clorură (5–30 g/l) în carbonat și terigen. -zăcăminte carbonatice din epoca Permianului inferior, iar în bazinul Ural de Vest - în zăcăminte carbonatice Carbonifer și Devonian. Grosimea zonei de aici ajunge la 250 m.

Zona de saramură clorură este dezvoltată peste tot, ocupă cel mai mare interval al secțiunii hidrogeochimice (de la 3 km pe Podișul Ufa la 10–11 km în Jgheabul Pre-Ural) și corespunde complet nivelului inferior al bazinului artezian.

Zona conține două subzone principale: sodiu (CaCl 2 mai puțin de 20%) și sodiu-calciu (CaCl 2 până la 50–70% sau 100–150 g/l) saramură. Aceste subzone diferă nu numai în compoziția generală de ioni-sare, ci și în compoziția microcomponentelor și a gazelor apelor, precum și în condițiile hidrogeodinamice.

Principalele componente gazoase ale subzonei inferioare - CH 4 și N 2. H 2 Nu există niciun S în el. Dimpotrivă, N 2 S este o componentă obligatorie a compoziției gazoase a saramurilor din subzona superioară (sodiu). Una dintre condițiile indispensabile pentru generarea biochimică a H 2 Se știe că S este mobilitatea apelor subterane, asigurând dizolvarea CaSO 4 și activitatea bacteriilor reducătoare de sulfat. Această împrejurare, precum și datele privind gradul de metamorfizare a saramurilor (rNa/rCl), valorile gradientului de brom (Br/H), coeficienții Br/M, He/Ar, dau motive de asociere superioare. subzona cu condiții de schimb de apă foarte dificil, iar subzona inferioară cu condiții de regim de apă cvasi-stagnantă.

Curs 5. Activitatea geologică a apelor subterane

Plan:

carstică

Fracturarea rocii

Sufuzie

I. Karst. Conform definiției D.S. Sokolova (1962) carstică este procesul de descompunere și distrugere a rocilor solubile permeabile, în primul rând prin levigare prin mișcarea apelor. Se disting roci carstice - roci sărate (suprafața lor în lume este de 4 milioane km 2 ), anhidrit de gips (7 milioane km 2 ) și roci carbonatice (40 milioane km 2 ). Există carstul sărat, carstul de gips și carstul carbonatat. Pentru a se forma carstul, trebuie să fie prezente următoarele condiții:

prezența rocilor solubile,

prezența fisurilor care fac posibilă circulația apei în roci,

prezența apelor în mișcare,

puterea de dizolvare a apelor în mișcare.

Doar atunci când aceste condiții sunt combinate se formează carstul.

Principalele forme carstice:

crăpături, doline carstice, fântâni, râpe oarbe, văi etc.,

peșteri carstice, canale și alte cavități carstice mari,

cavități și porozitate secundară.

După gradul de suprapunere a rocilor carstice se disting subclase de carsturi închise, acoperite, acoperite și goale. Aproape 50% din teritoriul Bashkortostanului este carstic (Fig. 5, Tabelul 5).

Orez. 5. Schema de zonare carstică

Pentru simboluri, vezi tabel. 5

Tabelul 5

Zonarea carstului în Bashkortostan

Sfârșitul tabelului 5

II. Fracturarea rocii.Fractura este o formă de perturbare a continuității rocii, răspândită în formațiunile sedimentare, magmatice și metamorfice ale scoarței terestre. Fractura este un factor important care determină permeabilitatea apei a rocilor.

În conformitate cu binecunoscuta clasificare a D.S. Sokolov există patru categorii de fisuri: litogenetice, tectonice, de descărcare și intemperii.

Fisuri litogeneticese formează în timpul procesului de litogeneză datorită energiei interne a rocii (sedimentului). Trăsătura lor distinctivă este localizarea lor într-un anumit strat (fisuri intrastrat); direcția lor poate fi diferită: paralelă cu așternutul, perpendicular sau înclinat pe acesta.

Fisuri tectonicesunt rezultatul tensiunilor și mișcărilor scoarței terestre, formând deformații plicative (pliate) și disjunctive (discontinue) ale rocilor. Ele sunt împărțite în două tipuri: intrastrat și tăierea mai multor straturi. Fisurile intrastrat tectonice și litogenetice sunt foarte asemănătoare și, prin urmare, practic greu de distins.

Descărcare și intemperii fisuriaparțin grupului de exogeni. Ele, de regulă, sunt suprapuse pe o rețea de fracturi preexistente de origine endogenă (litogenetice și tectonice) și pe fracturarea planetară.

Nivelul de cunoștințe despre fracturarea rocilor din Bashkortostan nu este același în diferite regiuni. Cea mai mare exhaustivitate a informațiilor despre această problemă este disponibilă pentru acoperirea sedimentară a teritoriului platformei Uralului de Sud (Vestul Bashkortostan), unde fracturarea a fost studiată în procesul de anchete hidrogeologice, explorare și exploatare a câmpurilor petroliere și căutări de alimentare cu apă. surse. Fracturarea rocilor din regiunea montană pliată din Bashkortostan a fost slab studiată.

Printre fisurile din rocile din regiunea platformei Bashkortostan se remarcă fisurile intrastratului tectonic, litogenetic și secante. Sunt comune în toate soiurile litologice de roci permiene care formează acoperirea sedimentară a platformei - gips, calcar, marne, silstone, noroi și argile asemănătoare noroiilor, gresii etc. Predomină fisurile perpendiculare pe planul de așternut (60–70). °) sunt destul de rare. Suprafața fisurilor drepte, deschise și deschise este netedă (în gips și calcar) și aspră (în gresie), foarte netedă și pe alocuri parcă lustruită (în argile asemănătoare argilitei). Pe pereți sunt depozite de hidroxizi de fier și mangan, depozite de calcit și gips.

Cele mai fracturate sunt argilele de tip noroi și noroiurile (densitatea fisurilor 0,1–0,3 m). În calcarele masive cu straturi medii și groase, fisurile sunt situate una față de alta la o distanță de 0,5–2,5 până la 5–9 m, iar în calcarele stratificate subțiri și foliate - de la 0,1 la 0,4 m, mai rar până la 1,5 m. , în ipsos - de la 0,5 la 2,0 m sau mai mult. Densitatea fisurilor din gresie depinde de compoziția și tipul cimentului acestora. Gresiile slab cimentate si de densitate medie cu ciment argilos de tip bazal sunt fracturate mai intens decat soiurile puternice de gresii cu ciment carbonatat.

Lățimea maximă a fisurilor intrastrat și transversale se găsește în calcare masive, pure și gresii puternice (1–20, uneori până la 50 cm). În calcare și marne argiloase cu straturi subțiri, lățimea fisurilor este de la 0,2 la 3 cm.

În gipsul Kungur, în ciuda masivității sale, lățimea fisurilor intrastrat și secante este mică (până la 1-1,5 cm), ceea ce este asociat cu plasticitatea ridicată a rocilor. În același timp, crăpăturile din ele servesc drept cauză inițială a dezvoltării procesului carstic de-a lungul lor, determinând o creștere bruscă a permeabilității apei (până la 100 m/zi). În zonele de vale, rocile carstice se complică și prin descărcarea fisurilor.

În depozitele permiene din sudul Cis-Ural, au fost identificate două direcții predominante de fisuri intrastrat și de tăiere, orientate în unghi drept una față de cealaltă și planul de așternut. Aceste direcții sunt: ​​pe muntele Bugulma-Belebeevskaya - NW 320–340° și NE 40–60° sau NW 290–300° și NE 25–30° (Fig.6a), în depresiunea Kama-Belsky - NW 290–335° și NE 45–70°, pe platoul Ufa (Fig.6b) - NW 320–340° și NE 40–60° sau NW 270–280°, în depresiunea Yuryuzan-Ai (regiunea Yangan-Tau) - NW 310–320° și NE 40–55° sau NW 270–290 ° și NE 15–25°, în partea de sud a depresiunii Belsk - NW 340–350° și NE 60–70°. Direcția nord-vest reprezintă 40–52%. din numărul total de fisuri măsurate, iar ponderea fisurilor de nord-est este de până la 35%.

Orez. 6. Diagrame de trandafiri ale direcțiilor fisurilor intrastrat și secante în depozitele permiane ale Cis-Urals de Sud (în %)

a - Muntele Bugulma-Belebeevskaya; b - platoul Ufa

Rolul principal al proceselor tectonice în formarea fracturării rocii pe structurile platformei este stabilit și recunoscut de mulți cercetători. Materialul actual de fracturare a depozitelor Permianului superior din Muntele Bugulma-Belebeevskaya și rocilor Permianului inferior din Podișul Ufa și Câmpia Pribelskaya indică acordul între maximele de fracturare și elementele de apariție a rocilor.

Amplasarea rețelei hidrografice a teritoriului luat în considerare este, de asemenea, în concordanță cu direcțiile predominante de fracturare. Carstificarea intensă a depozitelor carbonatice este, de asemenea, limitată la zonele liniare de fracturare tectonică.

Un tip de fisuri litogenetice suntuscarea fisurilor. Ele se formează în condiții subaeriene cu participarea agenților de intemperii, sunt deschise la suprafață și se îngustează rapid cu adâncimea. Cu cât grosimea stratului este mai mică, cu atât este mai mare numărul de astfel de fisuri. Fisurile de uscare pot fi urmărite la o adâncime de 2,5–3 m de la suprafață, lățimea lor variază de la 1–2, rareori 2,5–3 cm în partea superioară a secțiunii până la 1–2 mm în partea inferioară. Fisurile sunt fie deschise, fie umplute cu material humus liber.

Fracturi litogenetice de patexprimată clar în calcare și gresii, cu cea mai mare densitate (0,03–0,1 m) și cea mai mică deschidere (0,1–0,3 cm) caracteristice calcarelor stratificate subțiri. Fisurile din ele sunt de obicei umplute cu material argilos. În calcarele medii și groase, densitatea fisurilor este de 0,5–0,8 m, iar lățimea este de 0,5–2,0 cm. 05–0,1 până la 1–3 cm Aproape toate fisurile au umplutură nisipoasă-argilosă.

Descărcarea fisurilor(presiune laterală și de fund) sunt dezvoltate în văile râurilor. Formarea lor este asociată cu decompresia rocilor cauzată de eliberarea presiunii geostatice sub influența eroziunii. Grosimea zonei de descărcare în văile fluviale ale platformelor est-europene și siberiene, conform datelor din literatură, este de câteva zeci de metri. În rocile sedimentare, adâncimea de distribuție a rocilor decompactate depinde de rezistența lor și variază de la 30 la 50 m.

Fisurile de descărcare au fost studiate în cel mai detaliu de către A.G. Lykoshin în valea râului.Ufa în timpul sondajelor pentru centrala hidroelectrică Pavlovsk. În adit, el a observat crăpături cu lățimea de la 3 la 25 cm, în unele locuri umplute cu material argilos. Odată cu adâncimea, numărul de fisuri și lățimea lor scad brusc. În valea râului Belaya în regiunea Ufa, crăpăturile din peretele lateral sparg gipsul în blocuri separate paralele cu panta.

Descărcarea fisurilor din zonele depresiunilor Bugulma-Belebeevskaya Upland, Kama-Belsky și Yuryuzano-Aisky practic nu au fost studiate vizual. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că în văile râurilor din sudul Cis-Uralului, în condițiile debitelor interstratale descendente de apă, fisurile de presiune laterale, care traversează atât roci permeabile la apă, cât și cele rezistente la apă de pe versanți, contribuie la drenarea acvifere până la nivelul râului. Astfel se explică debitele scăzute ale surselor, numărul lor mic, precum și numărul slab exprimat de etaje pe versanții abrupți ai văilor Belaya, Ika, Ufa, Yuryuzan, Aya, Chermasan, Useni, Dema etc. situate în părțile de margine ale văilor și care nu ajung la nivelul râului se dovedesc adesea a fi sărace în apă sau chiar anhidru.

Prezența fisurilor în peretele lateral, izolând masivul cu gaze fierbinți din acviferele bazinului hidrografic Yuryuzan-Ai, explică, de asemenea, „fenomenul” Yangantau (fenomenul termic gazos) din Bashkortostan.

Materialul extensiv din studiile hidrogeologice și lucrările de prospecțiune a apei din acest teritoriu indică faptul că permeabilitatea apei a rocilor dense, care, după cum se știe, depinde de fracturarea lor, este semnificativ (în medie de 10 ori) mai mare în văile râurilor decât în ​​bazinele hidrografice. De exemplu, în văile râurilor Syun, Baza, Chermasan și altele, coeficienții de filtrare ai gresiilor acvifere Ufa variază de la 1–5 până la 10–15 m/zi, uneori mai mult, în timp ce la bazine nu depășesc zecimi de m. /zi.

O dependență similară a permeabilității apei de condițiile orografice este observată și pentru rocile argiloase. Acest model, aparent, este de natură generală și indică prezența unor zone slăbite sub văile râurilor cu permeabilitate crescută la apă a rocilor și, prin urmare, fracturare mai mare, în formarea căreia factorul de descărcare joacă, fără îndoială, un rol semnificativ.

Fracturarea rocilor din regiunea montană pliată a Bashkortostanului a fost studiată de un număr de cercetători (Yu.E. Zhurenko, I.K. Zinyakhina, A.P. Rozhdestvensky, V.A. Romanov, G.S. Senchenko, R.A. Fatkullin etc.) . Ele indică dezvoltarea predominantă a fracturării tipurilor tectonice și litogenetice în această regiune.

Fracturarea rocii se întâlnește în aproape orice rocă, indiferent de poziția structurală, compoziția petrografică, vechime, formând un sistem complex (rețea) de fisuri mici și mai mari care taie masa de rocă la o adâncime semnificativă (până la 300–400 m). Cele mai mari fisuri, grupate în sisteme de anumite direcții, separă roci sedimentare masive și dense, magmatice și metamorfice în blocuri - unități individuale de diferite forme și dimensiuni.

Printre sistemele de fracturare care pătrund în rocile din Uralul de Sud, există unele diferențe în general nesemnificative de orientare a fracturării în roci de diferite vârste și compoziție petrografică (litologică) care sunt relevate prin prelucrarea statistică a măsurătorilor de câmp. Deci, potrivit R.A. Fatkullin, în rocile precambriene ale complexului metamorfic al anticlinoriului Uraltau (șisturi, cuarțite), se lovesc fisuri în azimuturi de 20°, 50°, 280°, 320°, 340°, în gresiile formațiunii Zilair (D). 3 fm – C 1 t) - 0°, 40°, 80°, 350°, în rocile magmatice de vârstă siluriană și devoniană a ridicării Irendyk - 0°, 20°, 40°, 80°, 350°, în rocile magmatice devoniene din Kizilo -Urtazym synclinorium - 30°, 60°, 90°, 280–300°, 350°.

Principalele direcții ale rețelei hidrografice ale regiunii coincid cu fracturarea rocilor.

Solubilitatea rocii. Acest proces joacă un rol vital în formarea carstului. Solubilitatea rocilor variază foarte mult în prezența altor săruri (Tabelele 6, 7, 8).

Tabelul 6

Solubilitatea în prezență (V. M. Levchenko, 1950)

G/l

2,085

2,25

3,14

4,35

7,48

6,96

6,64 ,% volum

0,00

0,03

0,30

10,00

100,00

III. Sufuzie – îndepărtarea mecanică a particulelor mici din rocile afanate și fisurile prin deplasarea apei subterane.

Sufuzia este rezultatul presiunii hidrodinamice pe care apa filtrată o exercită asupra stâncii. Sufuzia apare de obicei în roci nisipoase. Îndepărtarea particulelor începe atunci când gradientul de presiune atinge o valoare critică. Gradient critic conform E.A. Zamarin este egal

γ este densitatea nisipului, n este porozitatea nisipului în fracții de unități.

Sufuzia are loc sub fundațiile structurilor hidraulice și canalelor și poate duce la distrugerea structurilor.

Curs 6. evaluarea rezervelor de apă subterană

Pentru a dezvolta și extrage apa subterană este necesară cunoașterea rezervelor de apă subterană (uneori numite resurse). Ele constau din mai multe tipuri:

Vechi de secole

secolul Q = F×H×µ, unde F este aria de distribuție a orizontului apei, km 2 ; H – grosimea orizontului apei, m, µ – randamentul apei.

Resurse naturale regenerabile (rezerve).

Q cine = MF, unde M este modulul debitului subteran l/s×km 2 .

Rezerve de exploatare

Q ex = +0,7Q exc , unde α este coeficientul de extracție, valoarea maximă admisă a coborârii nivelului orizontului apei (de obicei nu mai mult de jumătate din grosimea acviferului, α = 0,5), t este timpul de funcționare specificat, ani (calculat de obicei pentru 15 , 25, 50 de ani).

Pentru a folosi apele subterane trebuie să știțiresurse operaționale. Acesta este volumul apei subterane în m 3 /zi, care poate fi obținut prin structuri de captare a apei raționale din punct de vedere tehnic și economic într-un mod de funcționare dat și calitatea apei care îndeplinește cerințele pe toată perioada estimată a consumului de apă.

Rezervele (resursele) de exploatare sunt asigurate de:

rezerve capacitive naturale (vechi de secole);

resurse naturale (regenerabile);

resurse atrase;

rezerve artificiale (formate în timpul construcției de inginerie hidraulică, irigare, reaprovizionare artificială).

Rezervele de exploatare sunt împărțite în 4 categorii: A, B, C 1, C 2 . Categoriile A și B sunt rezerve industriale.

Curs 7. Regimul apelor subterane

Sub modul apele subterane trebuie înțelese ca modificări ale nivelului, temperaturii, compoziției sale chimice și fluxului în timp și spațiu sub influența factorilor naturali și artificiali.

Sub factori naturali, influențând regimul apelor subterane, înțelegeți modificarea condițiilor de reîncărcare și evacuare a apelor subterane în funcție de regimul apelor de suprafață, precum și de cantitatea de precipitații, temperatură și presiunea aerului. O serie de cercetători asociază schimbările în regimurile apelor subterane cu activitatea solară.

Factori artificiali, care afectează regimul apelor subterane sunt asociate cu activitățile umane practice. Acestea includ pomparea, ridicarea orizontului apei în rezervoare, irigarea, drenajul etc.

Este necesar să se facă distincția între modificările zilnice, sezoniere, anuale și pe termen lung ale elementelor regimului apelor subterane.

Fluctuațiile zilnice ale nivelului au fost studiate cel mai bine; depind de deficitul de umiditate din zona de aerare si sunt de ordinul 0,7-3,2.

Variațiile sezoniere depind în principal de precipitații și de temperatura solului; Influența acestor factori se înregistrează clar primăvara și toamna.

Fluctuațiile anuale ale nivelului apei subterane depind de cantitatea de precipitații, de intensitatea acestora, de deficitul de umiditate și de temperatura solului. Amplitudinile anuale ale fluctuațiilor sunt de 0,78-3,05 m Conform observațiilor de 60 de ani, se înregistrează un număr de maxime și minime, care se repetă la 10-13 ani. Nivelurile minime ale apei coincid cu anii secetoși, cele maxime cu anii umezi.

Se obișnuiește să se facă distincția între două tipuri de regim de apă subterană: de coastă și bazin hidrografic.

În zonele bazinelor hidrografice, regimul apelor subterane depinde în principal doar de factorii climatici; Fluctuațiile nivelului apei de suprafață au un efect redus.

Regimul apelor subterane în zonele de coastă fluviale și maritime sau în apropierea rezervoarelor este în legătură directă cu regimul apelor de suprafață; influenta lor afecteaza distante ajungand la 5-11 km. Amplitudinea fluctuațiilor nivelului apei subterane într-o fântână situată la 1 km de râu ajunge la 6,5 ​​m.

Regimul apelor subterane este influențat de curenții de maree care se extind până la 15 km de coastă.

În zonele cu climă umedă, amplitudinea fluctuațiilor nivelului apelor subterane departe de râuri nu depășește de obicei 1-1,5 m și rar ajunge la 2-2,5 m Cea mai mare amplitudine se observă primăvara în perioada de topire a zăpezii, cea mai mică iarna. Productivitatea acviferelor, precum și compoziția chimică și temperatura apelor subterane, se modifică puțin pe parcursul anului.

În zonele muntoase, fluctuațiile nivelului apelor subterane și modificările productivității acviferelor pe parcursul anului sunt foarte dramatice.

In zonele aride, ca si in cele umede, regimul apelor subterane depinde de factori meteorologici. Diferența de regim al acestor zone este că în zonele aride amplitudinea anuală a fluctuațiilor nivelului apei subterane ajunge la 6-8 m cu o scădere semnificativă a productivității acviferului.

Sub influența factorilor artificiali, regimul apelor subterane se poate schimba dramatic. Acest lucru se manifestă cel mai clar în zonele de captare a apei și minerit, unde scăderea nivelului apei subterane pe an este de cel puțin 1,5-2 m.

Schimbarea regimului apelor subterane, în special fluctuațiile nivelului acesteia, are o importanță practică deosebită: atunci când nivelul crește, pot apărea inundații ale clădirilor sau mlaștini ale zonelor, iar în zonele aride în care apele subterane se află la o adâncime mică de 1,5 m, o ridicarea nivelului poate provoca evaporarea de la suprafata apelor subterane si acumularea de saruri in sol cu ​​formarea de solonetzes sau solonchaks.

Curs 8. Fundamente ale geologiei ingineriei

Plan:

Conceptul de proprietăți inginerie-geologice ale rocilor.

Metode de studiere a proprietăților inginerie-geologice ale rocilor.

Proprietățile inginerie-geologice de bază ale rocilor.

Recuperarea tehnică a rocilor.

Rocile folosite ca fundații pentru diferite structuri sunt soluri. Solurile sunt roci și soluri care sunt studiate ca sisteme multicomponente care se modifică în timp, cu scopul de a le înțelege ca obiect al activității de inginerie umană. Din cauza diferențelor de origine și de dezvoltare geologică, rocile nu sunt la fel. Unele proprietăți se pot schimba în timpul funcționării structurilor. Proprietățile inginerie-geologice sunt influențate de condițiile geomorfologice, procesele geologice moderne, condițiile hidrogeologice (adâncimea apei subterane, compoziția chimică) etc.

Se studiază proprietățile inginerie-geologice ale rocilor:

metode geologice (vechimea rocilor, originea, natura apariției, grosimea) cu forarea puțurilor și gropilor.

folosind metode de câmp (ștampile). Acestea se bazează pe utilizarea unor instalații speciale care fac posibilă evaluarea proprietăților rocilor în condițiile apariției lor naturale (umplere, pompare etc.).

metode de laborator (compoziție granulometrică, plasticitate, umiditate naturală, porozitate, grad de densitate, greutate volumetrică, diagramă de sol etc.).

La studierea rocilor se studiază starea acestora (fracturi, intemperii, umplutură de fisuri, rezistență la compresiune etc.). Clasificarea proprietăților de rezistență ale rocilor este dată în tabel. 9.

Tabelul 9

Clasificarea rocilor în funcție de rezistența la compresiune 60-100

100-150

150-230

230-350

350-520

520-800

800-1200

1200-1800

1800-2700

>2700

Principalele proprietăți inginerie-geologice ale rocilor includ următorii indicatori:

1. Compoziția granulometrică a rocilor necoezive (determinată prin analiză prin sită) și a rocilor coezive este determinată prin metoda hidrometrică - pe baza diferitelor viteze de decantare a particulelor în apă). Rata de decontare este determinată de Stokes. Coeficientul de eterogenitate și diametrele particulelor, mai mici decât o rocă dată conține 60 și, respectiv, 10% din particule. Când K > 3, rocile sunt numite eterogene.

2. Densitatea rocilor - raportul dintre masa particulelor solide și volumul lor (densitatea rocilor de nisip este de obicei 2,5-2,8 g/cm³).

3. Porozitatea rocii - raportul dintre volumul tuturor porilor și volumul total al rocii: .

4. Pentru nisipuri și pietriș se determină unghiul de repaus. Acesta este unghiul format de suprafața unui con de nisip cu un plan orizontal atunci când nisipul este turnat liber pe plan într-o stare uscată la aer.

5. Plasticitate - capacitatea unei roci de a-și schimba forma sub influența forțelor externe fără distrugere sau ruptură. Determinat în intervalul de umiditate. Limita superioară a plasticității este umiditatea, cu o creștere în care roca își pierde proprietățile plastice.

Recuperarea tehnică a rocilor constă în reglarea și transformarea stării și proprietăților rocilor într-o direcție dată, modificarea compoziției granulometrice, a structurii rețelei cristaline și a gradului de soliditate. Anumite metode de recuperare tehnică produc schimbări atât de profunde și radicale încât își pierd complet proprietățile naturale. Ca rezultat al silicizării cu două soluții, nisipurile se transformă în roci monolitice. Rocile de argilă se transformă în piatră după ardere, înghețare, cimentare.

Metode de recuperare a rocii: întărire cu aditivi granulometrici, compactare mecanică (compactare prin vibrații), laminare, compactare seismică, reducerea apei etc.

Literatură

Principal

Vsevolozhsky V.A. Fundamentele hidrogeologiei: manual. - Ed. a II-a. M: Editura Universității de Stat din Moscova, 2007. 448 p.

Bogomolov G.V. Hidrogeologia cu elementele de bază ale geologiei ingineriei. M.: Editura „Școala superioară”, 1966. 316 p.

Adiţional

Abdrakhmanov R.F. Hidrogeoecologia Bashkortostanului. Ufa: Informreklama, 2005. 344 p.

Abdrakhmanov R.F. Instrucțiuni metodologice pentru efectuarea exercițiilor practice la cursul „Hidrogeologie”. Ufa, IG UC RAS, 2008. 44 p.

Abdrakhmanov R.F., Martin V.I., Popov V.G. și alții. Ufa: Informreklama, 2002. 383 p.

Abdrakhmanov R.F., Chalov Yu.N., Abdrakhmanova E.R. Apele proaspete subterane ale Bashkortostanului. Ufa: Informreklama, 2007. 184 p. pdf Cartea rezumă rezultatele cercetărilor în domeniul utilizării metodelor geotermale pentru rezolvarea problemelor teoretice și aplicate...

Strokova L.A. (comp.) Structuri de inginerie

• 1,33 MB
• adăugat la 12.03.2011

Tutorial. – Tomsk: Editura. TPU, 1999. – 114 p.

Manualul este dedicat luării în considerare a diferitelor tipuri de structuri inginerești (civile și industriale, hidraulice, liniare).
Manualul a fost pregătit la Departamentul de Hidrogeologie și Inginerie Geologie al Universității Politehnice din Tomsk și este destinat studenților...

Știința apelor subterane

Prima literă este „g”

A doua litera „i”

A treia litera „d”

Ultima literă este „eu”

Răspuns pentru indiciul „Știința apelor subterane”, 13 litere:
hidrogeologie

Întrebări alternative de cuvinte încrucișate pentru cuvântul hidrogeologie

Ramura geologiei, știința apelor subterane

Definiția cuvântului hidrogeologie în dicționare

Dicţionar enciclopedic, 1998 Semnificația cuvântului în dicționar Dicționar enciclopedic, 1998
HIDROGEOLOGIE (din hidro... și geologie) știința apelor subterane; studiază compoziția, proprietățile, originea, modelele de distribuție și mișcare ale acestora, precum și interacțiunea cu rocile. Formarea hidrogeologiei datează din a doua jumătate. secolul al 19-lea

Marea Enciclopedie Sovietică Semnificația cuvântului în dicționar Marea Enciclopedie Sovietică
(din hidro... și geologie), știința apelor subterane, studiind compoziția și proprietățile acesteia, originea, modelele de distribuție și mișcare, precum și interacțiunea cu rocile. Geografia este strâns legată de hidrologie, geologie (inclusiv geologia inginerească),...

Wikipedia Înțelesul cuvântului în dicționarul Wikipedia
Hidrogeologia (de la „conținut de apă” + geologie) este o știință care studiază originea, condițiile de apariție, compoziția și modelele de mișcare a apelor subterane. De asemenea, este studiată interacțiunea apei subterane cu rocile, apa de suprafață și atmosfera. Spre sfera...

Noul dicționar explicativ al limbii ruse, T. F. Efremova. Semnificația cuvântului în dicționar Noul dicționar explicativ al limbii ruse, T. F. Efremova.
și. O disciplină științifică care studiază originea, mișcarea, proprietățile apelor subterane, precum și posibilitățile de utilizare a acestora. Starea geologică a apelor subterane. teritorii.

Exemple de utilizare a cuvântului hidrogeologie în literatură.

Chiar și în timpul lui Vernadsky hidrogeologie cum știința nu a căpătat încă semnificație practică.

Jean Baptiste Lamarck în lucrarea sa despre hidrogeologie pentru a desemna totalitatea organismelor vii care locuiesc pe glob.

Un grup special este format din industrii de importanță aplicată: hidrogeologie, geologie inginerească, geocriologie etc.

Puțini oameni știu răspunsul la întrebarea, ce este hidrogeologia? Doar puțini, din păcate, sunt chiar conștienți că un astfel de cuvânt, un astfel de concept există. Dar, fără îndoială, trebuie să știți că hidrogeologia nu este doar știința naturii sau altceva generalizat, ci știința apei subterane („hidro” - apă, „geo” - pământ, „logos” - cuvânt).

Definiție și informații generale

Hidrogeologia este o știință care studiază apele subterane: mișcarea acesteia, originea, compoziția (chimică), condițiile de apariție, modelele de interacțiune cu atmosfera, apa de suprafață și rocile (muntele). Această știință constă din mai multe secțiuni, inclusiv dinamica apelor subterane, hidrogeochimia și studiul apelor minerale, termale și industriale. Hidrogeologia este interconectată cu geologia (în special, geologia ingineriei), geografia, hidrologia și alte științe care studiază Pământul.

Pentru a efectua calculele necesare, se folosesc metode de cercetare nu numai matematice, ci și chimice, fizice și geologice. Fără hidrogeologie, este problematică prevederea afluxurilor de apă, eliminarea consecințelor asupra mediului ale structurilor hidraulice (astfel de structuri includ rezervoare, baraje, centrale hidroelectrice, ecluze pentru transport maritim etc.) și proiectarea utilizării zăcămintelor de apă de diferite scopuri și calități ( potabil, tehnic, mineral, industrial, termic) .

Ce este apa subterană?

Prin apă subterană se înțelege apa situată sub suprafața pământului, partea superioară a scoarței terestre, în roci (atât în ​​stare lichidă, cât și în stare gazoasă și solidă). Sunt un tip de mineral. Apele subterane sunt împărțite în sol, ape subterane, interstratale, arteziene și minerale. Când vă familiarizați cu conceptul de „hidrogeologie”, apa subterană este subiectul de studiu și, prin urmare, este necesară o înțelegere generală a ceea ce este apa subterană.

Excursie în istorie

Există surse din care putem concluziona că omenirea știe despre apele subterane încă din cele mai vechi timpuri. Se știe cu siguranță că în mileniul 2-3 î.Hr. în China, Egipt și o serie de alte țări (civilizații) au existat fântâni, a căror adâncime era de câteva zeci de metri. Deja în mileniul I î.Hr., Aristotel, Thales, Lucretius, Vitruvius (vechi oameni de știință greci și romani) au descris proprietățile, originea și circulația apei în natură, inclusiv a apei subterane. În anul 312 î.Hr., în orașul Affliano a fost construit un tunel în subteran, în care apa curgea prin gravitație.

Filosoful arab Al-Biruni în mileniul I d.Hr. a sugerat pentru prima dată că ar trebui să existe rezervoare subterane (depozite) de apă deasupra izvoarelor, astfel încât să poată curge în sus. Un cercetător din Persia (azi Iran) Karadi a oferit o înțelegere oficială a ciclului apei în natură și a căutării acestuia, inclusiv forarea ca metodă de căutare. Acestea și multe alte fapte istorice indică faptul că hidrogeologia este o știință, a cărei cunoaștere a apărut în antichitate. Informațiile din cercetările antice au fost în mare măsură confirmate de oamenii de știință moderni.

Hidrogeologia URSS

Abia după Revoluția din octombrie 1917 știința hidrogeologiei a început să se dezvolte intens în țara noastră. Din 1922, Rusia a devenit Uniunea Republicilor Sovietice Socialiste. În acest moment s-au format primele centre hidrogeologice. În aproximativ cincizeci de ani s-a format o hidrogeologie generală, care cuprindea o mare bogăție de cunoștințe. A devenit un domeniu foarte informativ și semnificativ de cunoștințe geologice. Această dezvoltare intensivă a fost în mare măsură ajutată și a determinat ritmul de creștere de perioada fertilă pentru geologia și hidrogeologia Rusiei pre-revoluționare.

Lomonosov, Krasheninnikov, Zuev, Lepekhin, Falk și mulți alții și-au adus contribuția neprețuită la știință (și nu numai în legătură cu hidrogeologia). În Rusia sovietică, succesorii experienței pre-sovietice au fost oameni de știință remarcabili precum Lvov, Lebedev, Khimenkov, Vasilevsky, Butov, Obruchev și mulți alți slujitori ai științei care au organizat cercetări hidrogeologice în URSS și au întocmit cataloage de foraje. Hidrogeologia a apărut treptat din alte științe geologice. În această perioadă s-au format bazele hidrogeologiei în URSS și Rusia.

Direcții de hidrogeologie

Datorită faptului că hidrogeologia acoperă o cantitate mare de cunoștințe, metode de studiu, întrebări de studiu țintă, precum și probleme indirecte într-o zonă precum apele subterane, există mai multe domenii ale acestei științe:

• Regional. Această direcție este dedicată studiului noilor bazine de apă regionale (diverse țări ale lumii și geostructurii) situate în subteran.
• Genetic. În analiza științifică a acestei zone au fost studiate apele sărate, apele termale, saramură (de la orizonturi mai puțin adânci până la mai adânci).
• Hidrodinamic. Direcția care se ocupă de partea de calcul privind mișcarea apei și tiparele acestei mișcări, întocmirea modelelor folosind modelarea matematică.
• Hidrogeochimic. Luarea în considerare a compoziției apei, condițiile de formare a acesteia, formularea și soluționarea diferitelor tipuri de probleme, inclusiv în domeniul căutării mineralelor, sunt obiecte de studiu.
• Paleohidrogeologice. Sunt studiate fundamentele istorice ale formării științei și rolul acesteia.
• Ecologic. Angajată în protecția apelor subterane.

Apa din scoarța terestră: distribuție, zone

Apele subterane au o distribuție specială în scoarța terestră - formează, parcă, două etaje. Primul etaj, cel inferior, este format din roci dese (ignee și metamorfice), drept urmare conține o cantitate destul de limitată de apă. Al doilea etaj, care conține cea mai mare parte a apei subterane, este format din roci sedimentare. Datorită volumului mare de apă de la ultimul etaj, acesta este împărțit în mai multe zone:

Grupări de sol după permeabilitatea apei

Permeabilitatea solului este capacitatea sa de a trece apa prin el. În funcție de acest indicator, solurile sunt:

1. Solurile permeabile sunt soluri prin care apa trece destul de usor si este filtrata. Nisipul și pietrișul sunt printre astfel de roci.
2. Impermeabil - soluri care au o capacitate minimă de a absorbi apa. Argilele aparțin acestui grup - după ce sunt saturate cu apă, nu mai lasă apa să treacă. Marmura și granitul sunt cele mai faimoase exemple de roci rezistente la apă.
3. Semipermeabile - soluri care permit trecerea apei într-o măsură limitată: nisipuri argiloase, gresii afânate.

Bazine hidrogeologice

Bazinele de apă subterană se numesc hidrogeologice. Aceasta înseamnă că în hidrosfera subterană există un sistem de ape, care se caracterizează prin comunitatea nu numai a condițiilor de apariție, ci și a limitelor geologice și structurale. Bazinele hidrogeologice pot fi împărțite în mai multe grupe.

• Artezian - un grup de bazine care sunt un element negativ într-un număr de bazine hidrogeologice, care sunt o acumulare de apă (desigur, subterană) și care conțin apă de formare sub presiune.
• Apele subterane - bazine, care sunt un întreg sistem de fluxuri de apă subterană, care se distinge prin poziția limitelor hidrodinamice.
• Apele cu fisuri sunt bazine care sunt un masiv hidrogeologic de ape carstice, fisurate și fisurate.
• Drenajul subteran - ca si in cazul piscinelor subterane, este un sistem de curgeri de apa (natural, subteran) cu directie generala.

Sisteme hidrogeologice

Există așa ceva ca un sistem hidrogeologic. Acest sistem este o uniune de corpuri numite „corpuri geologice” în ele, apele nu sunt doar interconectate, ci au și legi generale de mișcare. Desigur, vorbim despre apele subterane. Conexiunile și interacțiunile dintre componentele sistemului pot fi de trei tipuri:

1. Direct - interacțiune peste o graniță comună.
2. Indirect - prin alte elemente ale unui sistem sau unui sistem care se învecinează cu cel studiat.
3. Indirect - elementele din exterior intră în sistemul analizat printr-un alt sistem.

Sistemele în sine pot fi împărțite în naturale și natural-tehnogene. Naturale și artificiale includ structuri de inginerie.

Hidrogeologia azi

Starea actuală a apelor subterane, modificările acesteia ca urmare a activității umane în domeniul activității economice, este studiată de hidrogeologia inginerească. Desigur, aceasta nu este o știință separată, ci o ramură a hidrogeologiei în ansamblu.

Hidrogeologia și geologia inginerească studiază influența activităților de inginerie asupra apelor subterane, proprietățile sale chimice, interacțiunea cu rocile și procesele din straturile de roci. Astăzi, cea mai presantă problemă pe care o abordează experții este utilizarea rațională a apelor subterane.

Este necesar nu numai să se ocupe de consumul de apă, ci și să se asigure că epuizarea și poluarea nu au loc la costuri minime. În același timp, problema legată de necesitatea gestionării apelor subterane în timpul activităților economice rămâne relevantă.

Ca atare, știința de ape subterane a apărut în 1674 după ce savantul P. Perrault și-a publicat lucrarea „Originea surselor” și și-a primit numele oficial după publicarea în 1802 a cărții „Hidrogeologie sau Studiul influenței apei pe suprafața globului”. de J. Lemarck.

Potrivit oamenilor de știință, volumul Panza freatica este de 60.000.000 km3, sau 3,83% din volumul total al hidrosferei. (sursa World Water Balance..., 1974; Gavrilenko, Derpgolts, 1971; etc.)

Apa subterana este...

Pentru o înțelegere mai precisă a ceea ce este apa subterană ca atare, prezentăm mai multe definiții din dicționare și enciclopedii autorizate.

Enciclopedie de munte

Apa subterană... este apa care se găsește în straturile de rocă din partea superioară a scoarței terestre în stare lichidă, solidă și de vapori. P.v. fac parte din resursele de apă. În domeniile de existență a lui P. v. temperatura variază de la -93 la 1200°C, presiunea - de la câțiva la 3000 MPa...

A. A. Konoplyantsev.

Enciclopedie de munte. M.: Enciclopedia Sovietică. Editat de E. A. Kozlovsky. 1984 - 1991

Dicționar ecologic

Apă subterană - apă, inclusiv apă minerală, situată în corpurile de apă subterane (Codul apei al Federației Ruse)

EdwART. Termeni și definiții privind protecția mediului, managementul mediului și siguranța mediului. Dicţionar. 2010

Dicţionar de Geografie

Apă situată sub suprafața pământului în roci și sol în orice stare fizică.

Dicţionar de Geografie. 2015

Originea apelor subterane

Origine Panza freatica a entuziasmat de multă vreme imaginația celor mai bune minți ale omenirii. Au fost exprimate cele mai îndrăznețe presupuneri și ipoteze și, de dragul corectitudinii, trebuie remarcat faptul că multe dintre ele s-au dovedit a fi corecte. Există speculații rezonabile că apele subterane au fost folosite în regiunile aride din Orientul Mijlociu, Asia Centrală și China încă din anii 3000-2000 î.Hr. Prima ipoteză despre originea apelor subterane care a ajuns până la noi datează din secolul al VII-lea î.Hr. e. Aparține filosofului grec antic Thales. Mai târziu, Platon și-a exprimat acordul cu această ipoteză. Filosofii greci antici au presupus că apele subterane provin din aerul răcit în peșterile subterane.

Apele subterane există în diferite stări de agregare. Se acumulează în grosimea scoarței terestre și se deplasează acolo în diferite moduri prin goluri, pori și crăpături. În locurile în care sunt prezente roci impermeabile, acestea se acumulează, formând rezervoare subterane interconectate - sisteme acvifere subterane care înconjoară întregul glob.

Apele subterane au o mare varietate de utilizări în activitățile economice umane. În primul rând, este o sursă de apă dulce, iar în al doilea rând, apa subterană este o sursă de multe minerale importante pentru oameni. Apele calde sau geotermale, despre care am discutat în detaliu în articol, sau apele fierbinți ale Pământului, nu sunt doar surse de minerale utile, ci oferă oamenilor energie geotermală accesibilă și gratuită.

Tipuri de apă subterană

O. Meinzer (1935) a clasificat apele găsite în roci astfel:

• Ape în stare liberă, capabile de forme independente de mișcare, diferite în funcție de tipul specific de apă:
  * abur (vapori);
  * ape gravitaționale (picături de lichid infiltrate, curgeri subterane);
  * în stare supercritică - apă subterană cu o temperatură și presiune peste critică.
• Ape în stare legată, incapabile de forme independente de mișcare, fără trecere la o stare liberă (în alte tipuri de apă):
  * apa legata chimic de structura cristalina a mineralelor;
  * apă, asociată fizico-chimic și fizic cu suprafața particulelor minerale (scheletul) rocilor;
  * apă într-o stare de tranziție de la legată la liberă, inclusiv apa legată prin capilare;
  * apa imobilizata (vacuola);
  * apa solida.

În funcție de intensitatea schimbului de apă, apele subterane pot fi împărțite în următoarele categorii:

• Zona de schimb activ de apă este la 300/500 de metri de suprafața pământului, timpul de reînnoire a apei este de la câțiva ani la câteva zeci de ani;
• Zona de schimb lent de apă - 500/2000 de metri de suprafața pământului, timpul de reînnoire a apei este de zeci și sute de ani;
• Zona pasivă de schimb de apă se află la mai mult de 2000 de metri de suprafață, reînnoirea apei are loc de-a lungul a milioane de ani.

Clasificarea apelor subterane după gradul de mineralizare:

• Zona de schimb activ de apă este la 300/500 de metri de suprafața pământului, predomină apa dulce cu un conținut de sare de până la 1 gram/litru;
• Zona de schimb lent de apă - 500/2000 de metri de suprafața pământului, ape salmastre cu un conținut de sare de la 1 la 35 g/l;
• Zona de schimb pasiv de apă se află la mai mult de 2000 de metri de suprafață, apa sărată din punct de vedere al salinității este aproape de apa mării, mai mult de 35 g/l.

Subtitrare de clasificare apă în funcție de tipul de goluri pe care le umplu:

• Subsecțiunea porilor apa - in nisip, pietricele...;
• Crapați subsecțiuni apă - în granite, gresie și alte roci;
• Subsecţiunea carstică apa - apa care se gaseste in rocile solubile (gips, calcar, dolomita...).

Clasificarea apelor subterane în funcție de temperatură (Șcherbakov, 1979)

Un factor important este temperatura apei subterane. Această problemă a fost discutată în articolul „Izvoare termale sau ape calde ale Pământului”. Să remarcăm un fapt interesant: la adâncimi mari, apa ajunge în starea așa-numitei „plasme de apă”. Această stare se caracterizează prin faptul că, pe de o parte, apa încetează să mai fie „apă”, iar pe de altă parte, nu a devenit vapori de apă. Acest lucru se întâmplă atunci când, din cauza temperaturilor ridicate, viteza de mișcare a moleculelor este comparabilă cu viteza de mișcare a moleculelor de vapori de apă, iar densitatea rămâne aceeași cu cea a apei lichide. Un astfel de amestec de abur-apă este adesea aruncat la suprafață sub formă de așa-numitele gheizere.

Apă subterană suprarăcită

• Nivel de căldură: excepțional de frig.
• Scala de temperatură: sub 0 °C.
• trecerea la o stare solidă.

Apă subterană rece - tip nr. 1

• Nivel de căldură: foarte frig.
• Scala de temperatură: sub 0-4 °C.
• Criterii fizice și biochimice pentru limitele de temperatură: 3,98°C este temperatura densității maxime a apei.

Apă subterană rece - tip nr. 2

• Nivel de căldură: moderat frig.
• Scala de temperatură: sub 4-20 °C.
• Criterii fizice și biochimice pentru limitele de temperatură: Unitatea de vâscozitate (centipoise) se determină la o temperatură de 20°C.

Ape termale subterane - tip nr. 1

• Nivel de căldură: cald.
• Scala de temperatură: sub 20-37 °C.
• Criterii fizice și biochimice pentru limitele de temperatură: temperatura corpului uman este de aproximativ 37°C.

Ape termale subterane - tip nr. 2

• Nivel de căldură: Fierbinte.
• Scala de temperatură: sub 37-50 °C.
• Criterii fizice și biochimice pentru limitele de temperatură: temperatura optimă pentru creșterea bacteriilor.

Ape termale subterane - tip nr. 3

• Nivel de căldură: destul de fierbinte.
• Scala de temperatură: sub 50-100 °C.
• Criterii fizice și biochimice pentru limitele de temperatură: trecerea la starea de vapori.

Apă subterană supraîncălzită - tipul nr. 1

• Nivel de căldură: moderat supraîncălzit.
• Scala de temperatură: sub 100-200 °C.
• Criterii fizice și biochimice pentru limitele de temperatură: termometamorfism (hidroliza carbonaților cu eliberare de CO2, generare de H2S abiogen etc.).

Apă subterană supraîncălzită - tip nr. 2

• Nivel de căldură: foarte supraîncălzit.
• Scala de temperatură: sub 200-372 °C.
• Criterii fizice și biochimice pentru limitele de temperatură: procese de carbonizare a materiei organice si de formare a hidrocarburilor.

Ape fără presiune:

• Apele subterane și apele cocoțate sunt primele acvifere de la suprafața pământului, sau altfel acvifere, care se află pe primul strat impermeabil (spre deosebire de apa perenă, apele subterane sunt de obicei asociate cu prezența unui strat larg răspândit la nivel de roci cu permeabilitate scăzută, aceste ape). puțuri de alimentare);
• Ape interstratale, sisteme acvifere - rezervoare subterane, adesea interconectate, în care stratul impermeabil este situat atât deasupra, cât și dedesubt;
• Fisura si apa subterana fisura-carstica.

Apă sub presiune sau apă arteziană

Apele sub presiune sau apele arteziene sunt bazine arteziene în care apa este sub presiune/presiune hidraulică între două roci impermeabile.

Apele juvenile

Vrem să ne concentrăm și pe așa-numitele ape Juvenile. Prin care înțelegem ape, a căror origine se datorează proceselor de sinteză a hidrogenului și oxigenului în topiturile magmatice. Mai departe, aceste ape, crescând în sus, se amestecă cu alte tipuri de ape subterane. Ipoteza despre apele juvenile a fost formulată pentru prima dată în 1902 de către geologul austriac E. Suess.

Trebuie remarcat faptul că în zonele de permafrost, apa subterană de la nivelul superior este înghețată și în stare solidă.

Una dintre formele de apă subterană este așa-numita „apă legată fizic”. A primit această formulare deoarece interacționează cu particulele de rocă și este atrasă de acestea. Cu cât particulele sunt mai mici, cu atât pot atrage mai multă apă.

Există o mulțime de apă obișnuită în subteran, care se află acolo datorită gravitației, drept urmare sunt numite „ape gravitaționale”. Printre acestea, se pot distinge două tipuri - apă sub presiune și apă fără presiune.

Proprietățile fizice ale apelor subterane

Se disting următoarele proprietăți fizice ale apelor subterane:

• Turbiditate și transparență;
• Croma;
• Miros și gust;
• Temperatura;
• Viscozitate;
• Radioactivitate.

Subiectul apelor subterane este foarte amplu și este evident că este pur și simplu imposibil să îl afișați într-un articol. Am încercat să evidențiem cele mai importante, din punctul nostru de vedere, puncte. Ne vom bucura dacă acest material vă încurajează să studiați mai detaliat un subiect atât de interesant.

Apele subterane

Apa subterană este considerată a fi toată apa din scoarța terestră situată sub suprafața Pământului în roci în stare gazoasă, lichidă și solidă. Apele subterane fac parte din hidrosferă - învelișul apos al globului. Rezervele de apă dulce din intestinele Pământului reprezintă până la 1/3 din apele Oceanului Mondial. În Rusia sunt cunoscute aproximativ 3.367 de zăcăminte de apă subterană, dintre care mai puțin de 50% sunt exploatate. Uneori, apele subterane provoacă alunecări de teren, mlaștinirea zonelor, tasarea solului, complică operațiunile miniere în mine pentru a reduce afluxul de apă subterană, zăcămintele sunt drenate și se construiesc sisteme de drenaj;

Istoria hidrogeologiei

Acumularea de cunoștințe despre apele subterane, care a început în cele mai vechi timpuri, s-a accelerat odată cu apariția orașelor și a agriculturii irigate. În special, și-a adus contribuția construcția fântânilor săpate, construite în 2-3 mii î.Hr. e. în Egipt, Asia Centrală, China și India și atingând adâncimi de câteva zeci de metri. Cam in aceeasi perioada a aparut si tratarea cu ape minerale.

Primele idei despre proprietățile și originea apelor naturale, condițiile de acumulare a acestora și ciclul apei pe Pământ au fost descrise în lucrările oamenilor de știință greci antici Thales și Aristotel, precum și ale anticului roman Titus Lucretius Cara și Vitruvius. Studiul apelor subterane a fost facilitat de extinderea lucrărilor legate de alimentarea cu apă în Egipt, Israel, Grecia și Imperiul Roman. Au apărut conceptele de apă fără presiune, presiune și apă cu curgere proprie. Acesta din urmă a primit în secolul al XII-lea d.Hr. e. numele artesian este de la numele provinciei Artois (numele antic este Artesia) din Franța.

În Rusia, primele idei științifice despre apele subterane ca soluții naturale, formarea lor prin infiltrarea precipitațiilor atmosferice și activitatea geologică a apelor subterane au fost exprimate de M. V. Lomonosov în eseul său „Despre straturile pământului” (1763). Până la mijlocul secolului al XIX-lea, studiul apelor subterane s-a dezvoltat ca parte integrantă a geologiei, după care a devenit o disciplină separată.

Distribuția apelor subterane în scoarța terestră

Apele subterane din scoarța terestră sunt distribuite pe două etaje. Etajul inferior, compus din roci magmatice și metamorfice dense, conține o cantitate limitată de apă. Cea mai mare parte a apei se află în stratul superior al rocilor sedimentare. Există trei zone în el - zona superioară a schimbului liber de apă, zona mijlocie a schimbului de apă și zona inferioară a schimbului lent de apă.

Apele din zona superioară sunt de obicei proaspete și sunt utilizate pentru alimentarea cu apă potabilă, menajeră și tehnică. În zona de mijloc există ape minerale de diferite compoziții. Zona inferioară conține saramură foarte mineralizată. Din ele se extrag brom, iod și alte substanțe.

Suprafața apei subterane se numește „pânză freatică”. Distanța de la pânza freatică până la stratul acvifer se numește „grosimea acviferului”.

Formarea apelor subterane

Apele subterane se formează în diferite moduri. Una dintre principalele moduri prin care se formează apele subterane este prin infiltrarea, sau infiltrarea, a precipitațiilor și a apei de suprafață. Apa care se scurge ajunge la stratul impermeabil și se acumulează pe acesta, saturând roci poroase și fisurate poroase. Așa apar acviferele sau orizonturile apelor subterane. În plus, apele subterane se formează prin condensarea vaporilor de apă. Se identifică și apele subterane de origine juvenilă.

Două moduri principale de formare a apelor subterane - prin infiltrare și prin condensarea vaporilor de apă atmosferici în roci - sunt principalele modalități de acumulare a apelor subterane. Apele de infiltrare și de condensare se numesc ape vadose (latină vadare - a merge, a se mișca). Aceste ape se formează din umiditatea atmosferică și participă la ciclul general al apei în natură.

Infiltrare

Apele subterane se formează din apele precipitațiilor atmosferice care cad pe suprafața pământului și se infiltrează în pământ până la o anumită adâncime, precum și din apele mlaștinilor, râurilor, lacurilor și rezervoarelor, care se infiltrează și în pământ. Cantitatea de umiditate care intră în sol în acest fel este de 15-20% din cantitatea totală de precipitații.

Pătrunderea apei în sol depinde de proprietățile fizice ale acestor soluri. În ceea ce privește permeabilitatea la apă, solurile sunt împărțite în trei grupe principale - permeabile, semi-permeabile și impermeabile sau impermeabile. Rocile permeabile includ roci grosiere, pietricele, pietrișuri, nisipuri și roci fracturate. Rocile impermeabile includ roci dense magmatice și metamorfice, cum ar fi granitul și marmura, precum și argile. Rocile semi-permeabile includ nisipuri argiloase, loess, gresii libere și marne libere.

Cantitatea de apă care se infiltrează în sol depinde nu numai de proprietățile sale fizice, ci și de cantitatea de precipitații, de panta terenului și de acoperirea cu vegetație. În același timp, ploaia prelungită cu burniță creează condiții mai bune pentru infiltrații decât ploile abundente.

Pantele abrupte măresc scurgerea de suprafață și reduc infiltrarea precipitațiilor în sol, în timp ce pantele blânde, dimpotrivă, măresc infiltrația. Acoperirea cu vegetație crește evaporarea umidității căzute, dar în același timp întârzie scurgerea de suprafață, ceea ce favorizează infiltrarea umidității în sol.

Pentru multe zone ale globului, infiltrarea este metoda principală de formare a apelor subterane.

Apa subterană poate fi formată și din structuri hidraulice artificiale, cum ar fi canalele de irigare.

Condensarea vaporilor de apă

A doua modalitate de formare a apei subterane este prin condensarea vaporilor de apă din roci.

Apele juvenile

Apa juvenilă este o altă modalitate de formare a apelor subterane. Astfel de ape sunt eliberate în timpul diferențierii unei camere de magmă și sunt „primare”. În condiții naturale, apele pure juvenile nu există: apele subterane, formate în moduri diferite, se amestecă între ele.

Clasificarea apelor subterane

Există patru tipuri de apă subterană: apă cocoțată, sporadă, apă subterană, apă subterană sub presiune (arteziană) și apă subterană de permafrost.

• După condițiile de apariție: por, formare, fractură.
• In functie de gradul de mineralizare: ultra-proaspat, proaspat, mineral, salmastru, salin si saramura.
• După temperatură: suprarăcită, rece și termică.
• În funcție de calitate: tehnică, minerală și potabilă.

Verhovodka

Verkhodka și apele subterane

Verkhodka este apa subterană care se află lângă suprafața pământului și se caracterizează prin distribuție, durată de viață și debit variabil. Verkhodka, de regulă, se formează pe primul strat acvifer de la suprafața pământului sau straturile de sedimente acvifere din acvifer, are o distribuție locală și un caracter sezonier al existenței. Verkhodka există în perioadele de umiditate suficientă și dispare în perioadele uscate. În cazurile în care stratul impermeabil se află în apropierea suprafeței sau iese la suprafață, se dezvoltă aglomerarea cu apă. Apa cocoțată include adesea și apa din sol, sau apa din stratul de sol, reprezentată de apă aproape legată, unde apa lichidă în picături este prezentă numai în perioadele de exces de umiditate.

Apele cocoțate sunt de obicei proaspete, ușor mineralizate, dar sunt adesea contaminate cu materie organică și conțin cantități crescute de fier și acid silicic. De regulă, apa cocoțată nu poate servi ca o sursă bună de alimentare cu apă. Cu toate acestea, dacă este necesar, se iau măsuri pentru conservarea artificială a acestui tip de apă: se instalează iazuri, devieri de la râuri, asigurarea de alimentație constantă fântânilor exploatate, plantarea vegetației sau întârzierea topirii zăpezii.

Panza freatica

Apa subterană este apa care se află mai întâi de la suprafață și are o distribuție regională. De obicei, curg liber, în cazuri rare au presiune locală și se caracterizează printr-un debit mai mult sau mai puțin constant. Apele subterane pot apărea atât în ​​roci poroase afânate, cât și în rezervoare dure fracturate. Nivelurile apelor subterane sunt supuse fluctuațiilor sezoniere și sunt influențate de cantitatea de precipitații, climă, topografie, prezența vegetației și activitățile umane. Apele subterane sunt una dintre sursele de alimentare cu apă (în principal fântânile de evacuare la suprafață se numesc izvoare sau izvoare).

ape arteziene

Apa sub presiune (arteziană) este apa care este situată într-un acvifer, închisă între straturile acvifere și suferă presiune hidrostatică din cauza diferenței de nivel în punctul de reîncărcare și eliberare a apei la suprafață. Caracterizat prin debit constant. Zona de reîncărcare a apelor arteziene, ale căror bazine ating uneori mii de kilometri în dimensiune, se află de obicei deasupra zonei de curgere a apei și deasupra ieșirii apelor sub presiune la suprafața Pământului. Zonele de hrănire ale bazinelor arteziene sunt uneori îndepărtate semnificativ din locurile de extracție a apei - în special, în unele oaze din Sahara primesc apă care a căzut sub formă de precipitații peste Europa.

Legături

• Hidrogeologia pe site-ul „Enciclopediei miniere”

Geologie
Compoziție și structură
Istoric
Circulaţie
Hidrogeologia
Geofizică
Minerale

Fundația Wikimedia. 2010.

Sinonime:

Vedeți ce este „Hidrogeologie” în alte dicționare:

Hidrogeologia… Dicționar de ortografie - carte de referință

Știința apelor subterane: despre originea ei, condițiile de apariție, legile mișcării, regimul, fizic. si chimic. proprietăți, legătura reciprocă cu mineralele solide, cu apele atmosferice și de suprafață, semnificația lor economică (minerale, prospecțiuni... Enciclopedie geologică

- (greacă, de la hydor apă, ge pământ și cuvânt logos). Doctrina conform căreia formarea suprafeței pământului este atribuită influenței apei; numit altfel neptunism. Dicționar de cuvinte străine incluse în limba rusă. Chudinov A.N., 1910. HIDROGEOLOGIE ... Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

Hidrogeologia- - știință care studiază originea, condițiile de apariție, compoziția și modelele de mișcare a apelor subterane. De asemenea, este studiată interacțiunea apei subterane cu rocile, apa de suprafață și atmosfera. Hidrogeologia este strâns legată de... ... Microenciclopedia petrolului și gazelor

- (din hidro... și geologie), știința apelor subterane; studiază compoziția, proprietățile, originea, modelele de distribuție și mișcare ale acestora, precum și interacțiunea cu rocile. Format în a doua jumătate a secolului al XIX-lea... Enciclopedie modernă