- Химический состав подземных вод. - Минеральные воды. - Происхождение подземных вод. Образование подземных вод. - Добыча подземных вод. Лицензия на подземные воды.
Подземные воды – запасы подземных вод, ресурсы подземных вод.
Подземные воды являются частью гидросферы планеты (2 % от объема) и участвуют в общем круговороте воды в природе. Запасы подземных вод еще до конца не разведаны. Сейчас в официальных данных фигурирует цифра в 60 млн кубических километров, но гидрогеологи уверены в том, что в недрах Земли находятся колоссальные неразведанные месторождения подземных вод и общее количество воды в них может исчисляться сотнями миллионами кубометров.
Подземные воды встречаются в буровых скважинах на глубине до нескольких километров. В зависимости от условий, в которых залегают подземные воды (таких как температура, давление, виды горных пород и т.п.), они могут быть в твердом, жидком и газообразном состоянии. По данным В.И. Вернадского, подземные воды могут существовать до глубины 60 км в связи с тем, что молекулы воды даже при температуре 2000 о С диссоциированы всего на 2%.
- О запасах подземной воды читайте: Океаны воды под землей. Сколько же воды на Земле?
При оценке подземных вод, кроме понятия «запасы подземных вод» используется термин «ресурсы подземных вод», характеризующий питание водоносного горизонта.
Классификация запасов и ресурсов подземных вод:
1. Естественные запасы – объем гравитационной воды, заключенной в порах и трещинах водовмещающих пород. Естественные ресурсы – количество подземных вод, поступающих в водоносный горизонт в естественных условиях путем инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек , перетекания из выше- и нижерасположенных водоносных горизонтов.
2. Искусственные запасы - это объем подземных вод в пласте, сформировавшийся в результате орошения, фильтрации из водохранилищ, искусственного пополнения подземных вод. Искусственные ресурсы – это расход воды, поступающей в водоносный горизонт при фильтрации из каналов и водохранилищ, на орошаемых площадях.
3. Привлекаемые ресурсы – это расход воды, поступающей в водоносный пласт при усилении питания подземных вод, вызванном эксплуатацией водозаборных сооружений.
4. Понятия эксплуатационные запасы и эксплуатационные ресурсы являются, в сущности, синонимами. Под ними понимается то количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления.
По степени общей минерализации выделяют воды (по В.И. Вернадскому):
- пресные (до 1 г/л),
- солоноватые (1 -10 г/л),
- соленые (10-50 г/л),
- рассолы (более 50 г/л) - в ряде классификаций принято значение 36 г/л, соответствующее средней солёности вод Мирового океана.
В бассейнах Восточно-Европейской платформы мощность зоны пресных подземных вод варьирует от 25 до 350 м, солёных вод - от 50 до 600 м, рассолов - от 400 до 3000 м.
Приведенная классификация указывает на значительные изменения в минерализации воды – от десятков миллиграммов до сотен граммов на 1 литр воды. Максимальная величина минерализации, достигающая 500 – 600 г/л, встречена в последнее время в Иркутском бассейне.
Более подробно о химическом составе подземных вод, химических свойствах подземных вод, классификации по химическому составу, факторах, влияющих на химический состав подземных вод, и других аспектах читайте в отдельной статье: Химический состав подземных вод.
Подземные воды - происхождение и образование подземных вод.
В зависимости от происхождения подземные воды бывают:
- 1) инфильтрационные,
- 2) конденсационные,
- 3) седиментогенные,
- 4) «ювенильные» (или магмогенные),
- 5) искусственные,
- 6) метаморфогенные.
Подземные воды - температура подземных вод.
По температуре подземные воды подразделяются на холодные (до +20 °С) и термальные (от +20 до +1000 °С). Термальные воды обычно отличаются высоким содержанием различных солей, кислот, металлов, радиоактивных и редкоземельных элементов.
По температуре подземные воды бывают:
Холодные подземные воды подразделяются на:
- переохлажденные (ниже 0°С),
- холодные (от 0 до 20 °С)
Термальные подземные воды подразделяются на:
- теплые (20 – 37 °С),
- горячие (37 – 50 °С),
- очень горячие (50 – 100 °С),
- перегретые (свыше 100 °С).
Температура подземных вод зависит также и от глубины залегания водоносных пластов:
1. Грунтовые воды и неглубоко залегающие межпластовые воды
испытывают сезонные колебания температуры.
2. Подземные воды, залегающие на уровне пояса постоянных температур
, сохраняют неизменную температуру в течение всего года, равную среднегодовой температуре местности.
- Там, где средние годовые температуры отрицательные , подземные воды в поясе постоянных температур круглый год находится в виде льда. Так образуется многолетняя мерзлота («вечная мерзлота»).
- В районах, где среднегодовая температура положительная
, подземные воды пояса постоянных температур, наоборот, не замерзают даже зимой.
3. Подземные воды, циркулирующие ниже пояса постоянной температуры , нагреты выше среднегодовой температуры местности и за счёт эндогенного тепла. Температура вод в данном случае определяется величиной геотермического градиента и достигает максимальных значений в областях современного вулканизма (Камчатка, Исландия и др.), в зонах срединно-океанических хребтов, достигая температур 300-4000С. Высокотермальные подземные воды в районах современного вулканизма (Исландия, Камчатка) используются для отопления жилищ, строительства геотермальных электростанций, тепличного теплоснабжения и т. д.
Подземные воды - методы поиска подземных вод.
- геоморфологическая оценка местности,
- геотермические исследования,
- радонометрия,
- бурение разведочных скважин,
- изучение керна, извлечённого из скважин, в лабораторных условиях,
- опытные откачки из скважин,
- наземная разведочная геофизика (сейсморазведка и электроразведка) и каротаж скважин
Подземные воды – добыча подземных вод.
Важной особенностью подземных вод как полезного ископаемого является непрерывный характер водопотребления, что вызывает необходимость постоянного отбора воды из недр в заданном количестве.
При определении целесообразности и рациональности добычи подземных вод учитываются следующие факторы:
- Общие запасы подземных вод,
- Ежегодное поступление воды в водоносные горизонты,
- Фильтрационные свойства водовмещающих пород,
- Глубина залегания уровня,
- Технические условия эксплуатации.
Таким образом, даже при условии больших запасов подземной воды и значительном ежегодном ее поступлении в водоносные горизонты, добыча подземных вод не всегда является рациональной с экономической точки зрения.
Например, нерациональным будет добыча подземных вод в следующих случаях:
- очень маленькие дебиты скважин;
- сложность эксплуатации в техническом отношении (пескование, солеотложение в скважинах и др.);
- отсутствие необходимого насосного оборудования (например, при эксплуатации агрессивных промышленных или термальных вод).
Высокотермальные подземные воды в районах современного вулканизма (Исландия, Камчатка) используются для отопления жилищ, строительства геотермальных электростанций, тепличного теплоснабжения и т. д.
В этой статье мы рассмотрели тему Подземные воды: общая характеристика. Далее читайте:
История изучения подземных вод.
Классификация
По условиям залегания подземные воды подразделяются на:
- почвенные;
- межпластовые;
Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы; они могут быть свободными (гравитационными), перемещающимися под влиянием силы тяжести, или связанными, удерживаемыми молекулярными силами.
Грунто́вые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать. Эти воды в большей мере подвержены загрязнению.
Межпластовые воды - нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых, уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые. Напорные межпластовые воды полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах.
По условиям движения в водоносных слоях различают подземные воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и галечниковых) слоях и в трещиноватых скальных породах.
В зависимости от залегания, характера пустот водовмещающих пород, подземные воды делятся на:
- поровые - залегают и циркулируют в четвертичных отложениях: в песках , галечниках и др. обломочных породах;
- трещинные (жильные) - в скальных породах (гранитах , песчаниках);
- карстовые (трещинно-карстовые) - в растворимых породах (известняках , доломитах , гипсах и др.).
Запасы подземных вод
Подземные воды - часть водных ресурсов Земли ; общие запасы подземных вод составляют свыше 60 млн км³. Подземные воды рассматриваются как полезное ископаемое . В отличие от других видов полезных ископаемых, запасы подземных вод возобновимы в процессе эксплуатации.
Исследование подземных вод
Разведка подземных вод
Для определения наличия подземной воды проводится разведка:
- бурятся опорные скважины с отбором керна ,
- изучается керн и определяется относительный геологический возраст пород, их мощность (толщина),
- проводятся опытные откачки, определяются характеристики водоносного горизонта , оформляется инженерно-геологический отчет;
- по нескольким опорным скважинам составляются карты, разрезы, проводится предварительная оценка запасов полезных ископаемых (в данном случае, воды);
Происхождение подземных вод
Подземные воды имеют разное происхождение: одни из них образовались в результате проникновения талых и дождевых вод до первого водоупорного горизонта (то есть до глубины 1,5-2,0 м, которые образуют грунтовые воды , то есть так называемая верховодка); другие занимают более глубокие полости в земле.
См. также
Ссылки
- Учёт влияния грунтовых вод при проектировании фундаментов
Литература
- // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : В 86 томах (82 т. и 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.
- Ланге O. K. Подземные воды СССР, ч. 1-2, М., 1959-1963.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Подземные воды" в других словарях:
- (a. underground waters; н. Grundwasser; ф. eaux souterraines, eaux de sous sol; и. aguas subterraneas) воды, находящиеся в толщах горн. пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и парообразном состоянии. П. в. являются частью… … Геологическая энциклопедия
Воды, находящиеся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и парообразном состоянии. В зависимости от характера пустот водовмещающих пород П. в. делятся на поровые в песках, галечниках и др. обломочных породах,… … Большая советская энциклопедия
Воды, в том числе минеральные, находящиеся в подземных водных объектах (Водный Кодекс Российской Федерации) EdwART. Термины и определения по охране окружающей среды, природопользованию и экологической безопасности. Словарь, 2010 … Экологический словарь
Воды, находящиеся в горных породах верхней части земной коры в жидком, твердом и парообразном состоянии. Различают: свободные (гравитационные, грунтовые воды) и связанные (гигроскопические, пленочные, кристаллизационные); пресные (минерализация… … Словарь черезвычайных ситуаций
Воды, находящиеся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твердом и парообразном состоянии … Большой Энциклопедический словарь
Все воды, находящиеся ниже поверхности земли и дна поверхностных водоемов и потоков … Геологические термины
Воды, в том числе минеральные, находящиеся в подземных водных объектах Словарь бизнес терминов. Академик.ру. 2001 … Словарь бизнес-терминов
подземные воды - Вода, находящаяся ниже земной поверхности в толще горных пород и в почве в любых физических состояниях. Syn.: грунтовые воды … Словарь по географии
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ - в водном законодательстве РФ воды, в том числе минеральные, находящиеся в подземных водных объектах … Юридическая энциклопедия
подземные воды - — EN groundwater Water that occupies pores and crevices in rock and soil, below the surface and above a layer of impermeable material. It is free to move gravitationally, either… … Справочник технического переводчика
Вода представляет собой наиболее распространенное вещество на нашей планете, благодаря которому поддерживается на ней жизнь. Она находится и в литосфере, и в гидросфере. Биосфера Земли состоит на ¾ из воды. Важную роль в кругообороте данного вещества играют его подземные виды. Здесь она может образовываться из мантийных газов, в процессе стока и т. д. В данной статье мы рассмотрим виды подземных вод.
Понятие
Под подземными водами понимают последние, находящиеся в земной коре, расположенные в горных породах, находящихся ниже поверхности Земли в различных агрегатных состояниях. Они составляют часть гидросферы. Как считает В. И. Вернадский, данные воды могут располагаться на глубине до 60 км. Расчетный объем подземных вод, расположенных на глубине до 16 км, составляет 400 млн кубических км, то есть треть от вод Мирового океана. Они расположены в двух этажах. В нижнем из них находятся метаморфические и магматические горные породы, поэтому здесь количество воды лимитированное. Основная масса воды расположена в верхнем этаже, в котором расположены осадочные породы.
Классификация по характеру обмена с поверхностными водами
В нем выделяют 3 зоны: верхнюю — свободного; среднюю и нижнюю — замедленного водного обмена. Виды подземных вод по составу в разных зонах различны. Так, в верхней из них располагаются пресные воды, использующиеся для технических, питьевых и хозяйственных целей. В средней зоне расположены древние воды различного минерального состава. В нижней части находятся высокоминерализованные рассолы, из которых добывают различные элементы.
Классификация по минерализации
Выделяют следующие виды подземных вод по минерализации: ультра-, пресные, имеющие относительно повышенную минерализацию - только последняя группа может достигать уровня минерализации 1,0 г/куб. дм; солоноватые, соленые, повышенной солености, рассолы. У последних минерализация превышает 35 мг/ куб. дм.
Классификация по залеганию
Выделяют следующие виды подземных вод по условиям залегания: верховодку, грунтовые, артезианские и почвенные воды.
Верховодка в основном формируется на линзах и выклинивающихся пластах слабопроницаемых или водоупорных горных пород в зоне аэрации при инфильтрации поверхностных и атмосферных вод. Иногда она образуется за счет иллювиального горизонта под почвенным слоем. Формирование данных вод связано с процессами конденсации водных паров помимо перечисленных выше. В некоторых климатических зонах они формируют достаточно большие запасы качественной воды, но в основном образуются маломощные водоносные горизонты, исчезающие при засухе и образующиеся в периоды интенсивных увлажнений. В основном данный вид подземных вод характерен для суглинков. Его мощность достигает 0,4-5 м. Существенное влияние на образование верховодки оказывает рельеф. На крутых склонах она существует короткое время или отсутствует вовсе. На плоских степях с понижениями в виде блюдец и плоских водоразделах, на поверхности речных трасс формируется более устойчивая верховодка. Она не имеет гидравлической связи с речными водами, при этом легко загрязняется иными водами. При этом она может питать грунтовые воды, а может расходоваться на испарение. Верховодка может быть пресной или слабоминерализованной.
Грунтовые воды - это часть подземных вод. Они расположены на первом водоносном горизонте от поверхности, залегают на первом водоносном пласте, выдержанном по площади. В основном они - безнапорные воды, небольшой напор могут иметь в участках с локальным водоупорным перекрытием. Глубина залегания, их химические и физические свойства подвержены периодическим колебаниям. Распространены повсеместно. Питаются посредством инфильтрации осадков из атмосферы, фильтрации из поверхностных источников, конденсации водных паров и внутригрунтового испарения, дополнительного питания, поступающего из нижерасположенных водоносных горизонтов.
Артезианские воды - это часть подземных вод, имеющих напор, залегающих в водоносных горизонтах между относительно водоупорными и водоупорными пластами. Они залегают глубже грунтовых. У них в большинстве случаев области питания и создания напора не совпадают. Вода появляется в скважине ниже установившегося уровня. Свойства данных вод менее подвержены колебаниям и загрязнениям по сравнению с грунтовыми.
Почвенные воды представляют собой таковые, которые приурочены к почвенному водному слою, принимают участие в снабжении растений данным веществом, связаны с атмосферой, верховодкой и грунтовыми водами. Они оказывают существенное влияние на химсостав грунтовых вод при их глубоком залегании. Если последние расположены неглубоко, то почва переувлажняется и начинается заболачивание. Гравитационная вода не формирует отдельного горизонта, передвижение осуществляется сверху вниз под действием капиллярных сил или сил тяжести в различных направлениях.
Классификация по формированию
Основными видами подземных вод являются инфильтрационные, которые формируются из-за просачивания атмосферных осадков. Помимо этого они могут образовываться в результате конденсации водяного пара, который попадает в трещиноватые и пористые породы вместе с воздухом. Помимо этого выделяют реликтовые (погребенные) воды, которые были в древних бассейнах, но были захоронены мощными слоями осадочных пород. Также отдельным видом идут термальные воды, которые образовались на последних этапах магматических процессов. Эти воды образуют магматогенные или ювенильные виды.
Классификация движения рассматриваемых объектов
Выделяют следующие виды движения подземных вод (см. рисунок).
Просачивание и осадков из атмосферы происходит в зоне аэрации. При этом данный процесс подразделяется на свободно осуществляемый и нормальную инфильтрацию. Первый предполагает осуществление движения сверху вниз под влиянием силы тяжести и капиллярных сил по неким канальцам и капиллярным порам, при этом пористое пространство не насыщается водой, что способствует сохранению движения воздуха. При нормальной инфильтрации к перечисленным выше силам присоединяются градиенты гидростатического давления, что приводит к тому, что поры полностью заполняются водой.
В зоне насыщения действуют гидростатическое давление и сила тяжести, что способствует перемещению свободной воды по трещинам и порам в стороны, уменьшение напора либо уклона поверхности горизонта, несущего воду. Такое движение называют фильтрацией. Наибольшая скорость движения воды наблюдается в подземных карстовых пещерах и каналах. На втором месте идут галечники. Гораздо более медленное перемещение наблюдается в песках — скорость составляет 0,5-5 м/сутки.
Виды подземных вод в зоне вечной мерзлоты
Данные подземные воды классифицируют на надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные. Первые располагаются в толще многолетней мерзлоты на водоупоре в основном в подножии склонов или на дне речных долин. Они, в свою очередь, делятся на сезонно промерзающие, верховодку, расположенную в деятельном слое; на сезонно частично промерзающие, с верхней частью в активном слое, на сезонно непромерзающие, залегание которых отмечается ниже сезонно промерзающего слоя. В некоторых случаях может происходить разрыв деятельного слоя различных грунтов, что приводит к выходу некоторой части надмерзлотных вод на поверхность, где приобретает вид наледи.
Межмерзлотные воды могут присутствовать в жидкой фазе, но наибольшее распространение получили в твердой фазе; как правило, не подвержены сезонным процессам оттаивания/промерзания. Данные воды в жидкой фазе обеспечивают водообмен с над- и подмерзлотными водами. Могут выходить на поверхность как родники. Подмерзлотные воды являются артезианскими. Они могут быть от пресных до рассолов.
Виды подземных вод России те же, что были рассмотрены выше.
Загрязнение рассматриваемых объектов
Выделяют следующие виды загрязнения подземных вод: химическое, которое, в свою очередь, подразделяется на органическое и неорганическое, тепловое, радиоактивное и биологическое.
В качестве химических загрязнителей в основном выступают жидкие и твердые отходы промышленных предприятий, а также пестициды и удобрения от сельхозтоваропроизводителей. Тяжелые металлы, другие токсичные элементы в наибольшей степени поражают грунтовые воды. По водоносным горизонтам они распространяются на значительные расстояния. Подобным образом ведет себя и загрязнение радионуклидами.
Биологическое загрязнение вызывает патогенная микрофлора. Источниками загрязнения обычно выступают скотные дворы, неисправная канализация, выгребные ямы и др. Распространение микрофлоры определяется скоростью фильтрации и выживаемостью данных организмов.
Является увеличением температуры подземных вод, возникающим при эксплуатации водозабора. Оно может возникать на участках сброса отработанных сточных вод или при расположении водозабора вблизи водоема с более нагретыми поверхностными водами.
Использование недр
Добыча подземных вод как вид пользования недрами регулируется ФЗ «О недрах». На добычу данных объектов требуется получение лицензии. Она выдается по отношению к подземным водам на срок до 25 лет. Срок пользования начинает исчисляться с момента госрегистрации лицензии.
Работы по добыче нужно зарегистрировать в Росреестре. Далее составляют проект и передают его на госэкспертизу. Затем готовят проект организации санохрзоны подземного водозабора, оценивают запасы этих вод и передают расчеты в госэкспертизу, фонд геоинформации и Росгеолфонд. Далее к полученным документам прикладывают свидетельства о праве собственности на землю, после чего подается заявка на лицензию.
В заключение
Какие виды подземных вод есть в России? Те же самые, что и в мире. Площадь нашей страны достаточно большая, поэтому в ней есть и мерзлотные, и артезианские, и грунтовые, и почвенные воды. Классификация рассматриваемых объектов достаточно сложна, и в данной статье она отражена неполная, здесь показаны самые основные ее моменты.
Подземные воды - воды, находящиеся в толще земной коры. Находятся они в различном физическом состоянии - жидком, твёрдом (лёд, а также вода, связанная в кристаллической решётке различных минералов) и газообразном (водяной пар). Основную работу производит вода в жидком состоянии. Но вода внутри земной коры способна переходить из одного состояния в другое. Поэтому при изучении гидрологического режима подземных вод нужно учитывать все возможные состояния её нахождения. Изучение подземных вод и их деятельности является предметом особой дисциплины, находящейся на стыке геологических и географических наук -гидрогеологии .
Подземные воды участвуют в общем круговороте воды, но с различной интенсивностью. Выделяют зоны:
Свободного водообмена (верхнюю) - большей частью пресные;
Замедленного водообмена (среднюю) - минерализованные;
Весьма замедленного водообмена (нижнюю) - преимущественно рассолы.
Виды подземных вод:
3. Плёночная вода обволакивает минеральные частицы плёнкой толщиной в доли микрона. Удерживается силами поверхностного натяжения и может перетекать туда, где плёнка тоньше.
4. Гигроскопическая вода облекает минеральные частицы плёнкой, толщиной в одну молекулу. Становится подвижной только при переходе в газообразную форму. Не замерзает при существующих на Земле температурах.
5. Лёд - замёрзшая вода. Может содержаться в форме мелких кристаллических частиц (в мёрзлых грунтах) и формировать скопления.
6. Газообразная вода , или водяной пар содержится в составе подземных атмосфер.
7. Кристаллизационная вода входит в состав минералов в виде молекул (гипс, опал). Удаляется и переходит в другие состояния при реакциях дегидратации.
8. Конституционная вода - в составе кристаллической решётки минералов в диссоциированном виде. Высвобождается лишь при полном разрушении минералов при метаморфических процессах.
Верховодка - временное скопление гравитационныхподземных вод в зоне аэрации в породах (почвах), подстилаемых линзами или выклинивающимися пропластками водонепроницаемых (или слабо проницаемых) пород. Верховодка образуется в результате проникновения атмосферных или поверхностных вод (талых снеговых или паводковых), а также из искусственных водоёмов; исчезает вследствие внутрипочвенного испарения, просачивания через слабо проницаемые грунты или проникновения до постоянно существующего уровня грунтовых вод.
Верховодка характеризуется сезонной изменчивостью, ограниченной площадью распространения, резкими колебаниями уровня, запасов и химического состава вод. Верховодка, как правило, непригодна для водоснабжения. При ведении открытых горных работ в области развития верховодки необходимо обеспечение устойчивости откосов въездных, разрезных траншей и рабочих бортов, которое достигается применением пригрузок, сооружением горизонтальных дренажных скважин, использованием водоотлива и водоотвода.
Грунтовые воды - гравитационные подземные воды первого от поверхности Земли постоянного водоносного горизонта. Образуются главным образом за счёт инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков и вод рек, озёр, водохранилищ, оросительных каналов и шахтных водоотводных канав. Поверхность грунтовых вод — свободная, ненапорная; при вскрытии грунтовых вод скважинами или колодцами их уровень устанавливается на той глубине, где они были встречены. Области питания и распространения грунтовых вод совпадают.
В зависимости от количества выпадающих атмосферных осадков поверхность грунтовых вод испытывает сезонные колебания (в сухое время года она понижается, во влажное — повышается), изменяются также дебит, химический состав и температура грунтовых вод. Вблизи рек и водоёмов изменения уровня, расхода и химического состава грунтовых вод определяются характером гидравлической связи их с поверхностными водами и режимом последних. Величина стока грунтовых вод за многолетний период приблизительно равна количеству воды, поступившей путём инфильтрации.
Грунтовые воды имеют большое значение для народного хозяйства как источники водоснабжения промышленных предприятий, населенных пунктов и др. При эксплуатации грунтовых вод ставятся задачи рационального использования и охраны вод от истощения и загрязнения, которые наблюдаются в районах деятельности промышленных предприятий. Изменение химического состава грунтовых вод особенно заметно вблизи химических заводов, теплоэлектростанций, обогатительных фабрик, отвалов горных пород, оросительных каналов, шахтных водоотводных канав. В горнопромышленных районах отмечается также нарушение естественного гидрогеологического режима и истощение ресурсов грунтовых вод (полное — при открытом способе разработки и частичное — при подземном).
Степень влияния подземных горных работ на режим и ресурсы грунтовых вод зависит от соотношения глубины разработки и высоты развития водопроводящих трещин зоны над добычными выработками при выемке полезных ископаемых с обрушением пород кровли. Сохранение режимов грунтовых вод может быть достигнуто закладкой (полной или частичной) выработанного пространства (при этом высота развития зоны водопроводящих трещин не должна превышать подошвы водоупорного слоя грунтовых вод), а также при помощи тампонирования зон деформации пород, изменения технологии производства горных работ (например, применение бесцеликовой выемки полезных ископаемых), управления горным давлением и др.
Артезианские воды - напорные пластовые воды, залегающие между водоупорными слоями. Образуют крупные водонапорные системы — артезианские бассейны.
Артезианские воды, вскрытые буровыми скважинами, поднимаются выше кровли водоносного пласта, а при избыточном гидростатическом давлении изливаются на поверхность Земли или фонтанируют. Формирование напора артезианской воды связано с гидравлической изолированностью водоносных горизонтов, с разностью высот областей питания и распространения вод, находящихся на пониженных участках; некоторую роль играет также выжимание воды из уплотняющихся осадков (глин) в менее уплотнённые (песчаники, известняки). Условия залегания артезианских вод разнообразны — главным образом они приурочены к мульдообразным структурам; встречаются также при флексурообразном асимметричном моноклинальном залегании слоев.
Артезианские воды в районах активного водообмена — пресные или солоноватые, в условиях застойного режима — солёные или рассолы и являются, по-видимому, захороненными водами древних морских бассейнов, находившихся в различных геологических эпохах на этой территории. При разработке месторождений артезианских вод (если они не являются самостоятельным объектом эксплуатации) проявляются в виде прорывов, затрудняют проходку горных выработок и требуют применения специальных мер по защите выработок от воды.
Трещинные и карстовые воды - подземные воды, залегающие и циркулирующие в трещиноватых и закарстованных горных породах. Для трещинно-карстовых вод характерны турбулентное движение и относительно большие ресурсы вод. При проходке выработок и добыче полезных ископаемых без применения водозащиты трещинно-карстовые воды проявляются в виде повышенных водопритоков и мощных внезапных прорывов (часто вызывающих затопление выработок). Горные работы в области трещинно-карстовых вод вызывают также развитие депрессионной поверхности подземных вод на большой площади и истощение водных ресурсов. Трещинно-карстовые воды, благодаря повышенной водоотдаче и хорошей дренируемости закарстованных и трещиноватых массивов, содержащих воды, широко используются в народном хозяйстве для питьевого и технического водоснабжения.
Гидроизогипсы, коэффициент фильтрации
ГИДРОИЗОГИПСЫ - линии, соединяющие на карте (плане) точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками высот поверхности безнапорных подземных вод.
Коэффициент фильтрации k является важнейшей гидрогеологической характеристикой породы, вмещающей водоносный горизонт. В силу этого при любом гидрогеологическом обследовании площадки коэффициент фильтрации водоносных пород должен быть определен тем или другим методом.
Коэффициент фильтрации определяют как среднее арифметическое значение по результатам лабораторных и полевых исследований, полученных в одинаковых условиях.
Коэффициент фильтрации зависит от свойств породы и жидкости, поэтому его обычно используют для гидротехнических расчетов в тех случаях, когда жидкость одна и та же - вода.
Подземные воды - воды, находящиеся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и газообразном состоянии. Подземные воды – один из основных существующих и перспективных источников водоснабжения. В сравнении с поверхностными водами они обладают более высоким качеством, не требуют дорогостоящей очистки, лучше защищены от поверхностных загрязнений и повсеместно распространены. На долю подземных вод приходится около 40% всего объема воды. Однако подземные воды – фактор, осложняющий строительные работы. Они ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых вод, могут быть агрессивной средой для металлических и бетонных конструкций, способствуют образованию неблагоприятных инженерно-геологических процессов.
Происхождение подземных вод (теории)
Существуют две основные теории происхождения подземных вод: инфильтрационная и конденсационная.
Инфильтрационная теория объясняет образование подземных вод просачиванием вглубь Земли атмосферных осадков и поверхностных вод. Просачиваясь по крупным трещинам и порам, вода задерживается на водонепроницаемых слоях, и дает начало подземным водам. Процесс изменчив во времени и определяется природными условиями района: рельефом, водопроницаемостью пород, растительным покровом, деятельностью человека. При понижении уровня подземных вод испарение поверхности уменьшается, а на некоторой глубине становится равной нулю. В этих условиях величина инфильтрационного питания подземных вод возрастает.
Конденсационная теория предполагает возникновение подземных вод в связи с конденсацией водяных паров, которые приникают в поры и трещины из атмосферы. Эти теории дополняют друг друга. Инфильтрационный путь образования подземных вод является основным для подземных вод, залегающих в зоне активного водообмена, в районах с достаточно высоким количеством атмосферных осадков. В районах с небольшим их количеством (пустыни, сухие степи) роль конденсации водяных паров в образовании и питании подземных вод существенно возрастает. Кроме того, воды земной коры пополняются ювенильными водами, которые возникают за счет кислорода и водорода, выделяемых магмой. Прямой выход на поверхность Земли в виде паров и горячих источников ювенильные воды имеют при вулканической деятельности.
22. Физические и химические свойства подземных вод, их жесткость, агрессивность.
1. Физические свойства подземных вод
При оценке подземных вод для водоснабжения исследуют вкус, запах, цвет, прозрачность, температуру и другие физические свойства, которые характеризуют органолептические свойства воды. Они обычно прозрачны, бесцветны, не имеют запаха. Вкус зависит от вида и количества растворенных солей и газов. Температура подземных вод колеблется в широких пределах в зависимости от глубины залегания водоносного слоя. Различают холодные воды (0…20 оС), теплые или субтермальные (20…37оС), термальные (37…100оС), перегретые (более 100 оС). Очень холодные подземные воды циркулируют в зоне вечной мерзлоты, в высокогорных районах; перегретые воды характерны для районов молодой вулканической деятельности (Камчатка). На участках действующих водозаборов в основном распространены холодные воды с температурой 5…20оС. С увеличением глубины залегания температура воды по закону геотермической ступени возрастает, достигая на глубине нескольких километров 100 оС и более. Плотность воды изменяется в зависимости о температуры и количества растворенных в ней веществ. Колебания от 0,8 (250оС) до 1,4 г/см (за счет солей). Сжимаемость подземных вод характеризуется коэффициентом сжимаемости, показывающем, на какую долю первоначального объема жидкости уменьшается объем при увеличении давления на 105 Па. Коэффициент сжимаемости составляет (2,5…5,0)10-5Па, т.е. вода в некоторой степени обладает упругими свойствами, что важно при изучении напорных подземных вод. Вязкость воды характеризует внутреннее сопротивление частиц ее движению. С повышением температуры вязкость уменьшается. Электропроводность зависит от количества солей в воде (0,02 до 1,00 Ом м). Радиоактивность подземных вод вызвана присутствием в ней радиоактивных элементов (урана, стронция, цезия, радия, радона и др.). Даже ничтожно малые концентрации (сотые и тысячные доли мг/л) некоторых радиоактивных элементов могут быть вредными для человека.
2 .Подземная вода представляет собой сложный водный раствор, содержащий растворенные соли, газы, органические вещества и коллоиды. Количественные соотношения между отдельными компонентами обусловливают физические свойства и химический состав подземных вод. Ионно-солевой состав. Подземная вода не встречается в химически чистом виде. В ней обнаружено более 60 элементов периодической системы. Основные компоненты (ионы), определяющие химический тип воды, - Cl, SO4, HCO3, Na, Mg, Ca, K. Суммарное содержание растворенных в воде минеральных веществ называют общей минерализацией. О ее величине судят по сухому или плотному остатку, который получается после выпаривания определенного объема воды при температуре 105…110оС.
3. Свойство воды, обусловлено содержанием в ней ионов кальция и магния, называют жесткостью. Различают: общую жесткость (все ионы Ca и Mg); карбонатную жесткость (содержание карбонатных и гидрокарбонатных ионов); устранимую (временную) жесткость, определяемую экспериментально после кипячения пробы; некарбонатную жесткость, определяемую вычитанием из общей жесткости карбонатной; неустранимую (постоянную) жесткость, определяемую вычитанием из общей жесткости устранимой жесткости. Жесткие воды дают накипь в паровых котлах, плохо взмыливаются и вызывают другие нежелательные явления.
4. Агрессивность подземных вод. Агрессивное действие вод на бетон проявляется в растворении его карбоната кальция, а также в образовании солей CaSO42H2O, MgSO42H2O и гидросульфоалюмината кальция, вызывающего вспучивание и крошение бетона. Агрессивное действие на металл (коррозия). Проявляется в основном за счет окисления железа с образование ржавчины. Мягкая вода проявляет свою агрессивность еще сильнее из-за ее большой растворимости.