Разновидности подземных вод по характеру залегания » Блог о самостоятельном туризме
В литературе приблизительно с 1860 г. в связи с практикой получения самоизливающейся подземной воды укоренился французский термин «артезианская вода». В противоположность этому термину, характеризующему напорную воду, стали использовать термин «почвенная вода», характеризующему «ненапорные воды».
По характеру залегания различают:
· Воды зоны аэрации;
· Грунтовые воды;
· Напорные воды;
· Элизионные (глубинные) воды.
Подземные воды зоны аэрации. Пустоты почвы и горных пород выше уровня грунтовых вод содержат воздух, водяной пар, гигроскопическую и капиллярную влагу. В период во время дождей и снеготаяния в зоне аэрации появляются подземные воды. Просачиваясь под действием силы тяжести, они могут скапливаться в почве.
В широком смысле все свободные воды зоны аэрации именуют верховодкой. В более стром понимании к верховодке относят воду в зоне аэрации, образовавшуюся на линзах относительных водоупоров.
Тогда подземные воды зоны аэрации это:
· Почвенные воды;
· Инфильтрующиеся воды;
· Собственно верховодка.
Почвенные воды. В почве находится почвенная влага. В отличие от термина «почвенная вода» он шире и включает не только свободную воду. Наличие избыточной почвенной воды приводит к заболачиванию.
Инфильтрующиеся воды. Ниже почвенного слоя (обычно до 5 м) между капиллярно-подвешенными и капиллярно-поднятыми водами находится промежуточный слой или «мертвый горизонт». В нем периодически появляется своюодная (гравитационная) вода, перемещающаяся вглубь.
Верховодка образуется если инфильтрующаяся вода встречает на своем пути относительный барьер (непроницаемые породы). Такой слой воды отличается сезонным характером. Он не представляет собой сплошного водоносного горизонта. Мощность верховодки обычно составляет 0,4 – 1.0 м и формируется в супесчано-суглинистых грунтах. Характер рельефа существенно влияет на формирование верховодки. Она чаще создается на плоских водоразделах и в степях.
Иногда ее обнаруживают в разрезе речных террас. Режим верховодки определяется количеством инфильтрующихся осадков. Воды верховодки легко подвержены загрязнению, в обжитых местах, где имеет место утечка бытовых и промышленных стоков
При небольших размерах и малой мощности относительного водоупора верховодка существует сравнительно недолго: за короткий срок вода проходит через полупроницаемые породы, или стекает за пределы линзы в ее краевых частях.
Грунтовые воды. Этот термин введен С.Н. Никитиным в 1900 г. Под грунтовыми водами понимают свободные (гравитационные воды первого от земной поверхности водоносного горизонта. Сверху их не перекрывают водонепроницаемые породы и они через зону аэрации связавны с атмосферой. Термин «грунтовый» горизонт фактически стал синонимом термина «безнапорный». Поверхность грунтовых вод именуется также зеркалом грунтовых вод.
В зависимости от геоморфологических и геолого-гидрогеологических условий выделяют грунтовый поток, грунтовый бассейн и сочетание грунтового потока с грунтовым бассейном.
Грунтовым потоком называют водоносный горизонт грунтовых вод (или его часть), движение воды в котором происходит под влиянием силы тяжести в направлении уклона их зеркала.
Бассейн грунтовых вод (грунтовый бассейн) обычно приурочен к понижению в водоупорном ложе, которое выполнено водопроницаемыми породами, насыщенными водой; зеркало его находится в горизонтальном положении.
Особенности грунтовых вод
· Это безнапорные воды и перемещаются под действием силы тяжести
· Питание их осуществляется преимущественно за счет инфильтрации атмосферных осадков и конденсации влаги в зоне аэрации
· Разгрузка происходит у основания склонов в поверхностные водоемы и водотоки, с которыми грунтовые воды имеют гидравлическую связь
· Вследствие воздействия приповерхностных факторов уровень, дебит, температура и другие параметры грунтовых вод подвержены колебаниям во времени
· Неглубокое залегание и интенсивный подземный сток вызывают формирование преимущественно пресных грунтовых вод, но при недостаточном увлажнении территории они становятся минерализованными и солеными.
Условия питания и распространения грунтовых вод. Питание грунтовых вод осуществляется через зону аэрации за счет инфильтрации атмосферных осадков (дождевых, талых и паводковых вод) и конденсирующейся влаги в зоне аэрации.
Величина инфильтрации зависит от продолжительности выпадения осадков. Наибольшее значение дают длительные обложные дожди. Зимние осадки могут служить источником питания грунтовых вод весной после оттаивания промерзших пород.
В местах нарушения водоупорного перекрытия (гидрогеологические окна) грунтовые воды могут пополняться за счет подтока напорных вод из расположенных ниже пластов если напорный уровень превышает отметки грунтовых вод.
Разгрузка грунтовых вод происходит через рассеянные и сосредоточенные выходы, пластовые высачивания или в заболоченные места. Иногда такие участки протягиваются вдоль склона холмов в виде заболоченной полосы.
Характер залегания грунтовых вод зависит от многих факторов (условий питания, водопроницаемости пород, конфигурации берегов водоемов и водотоков, с которыми грунтовые воды имеют гидравлическую связь, положения водоупорного пласта и т.
п.). Поверхность грунтовых вод отражают на карте гидроизогипс.
Гидроизогипсами называют линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными, или относительными отметками уровня грунтовых вод.
Глубина уровня грунтовых вод часто зависит от рельефа местности. Поэтому поверхность грунтовых водоносных горизонтов нередко повторяет в сглаженном виде рельеф. В речных долинах, балках оврагах и других понижениях рельефа грунтовые воды находятся на сравнительно небольшой глубине, а на водоразделах глубина залегания может достигать нескольких десятков метров.
Режим грунтовых вод, т.е. процесс изменения их количества и качества во времени, крайне непостоянен и зависит от воздействия на них природных или искусственных факторов. Режим, определяемый только природными факторами называют естественным или ненарушенным, тогда как при влиянии на его формирование искусственных факторов – его называют нарушенным.
Напорные подземные воды. Напорными называют подземные воды в подземных горизонтах, перекрытых и подстилаемых водоупорными или относительно водоупорными пластами и обладающие гидростатическим напором.
Последний вызывает подъем уровня воды над кровлей при вскрытии скважинами. При благоприятных условиях скважины дают фонтанирующую воду. Однако не везде водоносный горизонт с напорными водами дает самоизлив.
Для напорных вод характерны следующие особенности:
· Это межпластовые воды, горизонты и комплексы которых изолированы сверху и снизу водоупорами
· Область питания и создания напора вод и область их распространения не совпадают и часто удалены одна от другой на большие расстояния
· При вскрытии напорного водоносного горизонта появление воды в скважине всегда отмечается глубже по сравнению с установившимся уровнем, если уровень устанавливается выше земной поверхности, то скважина фонтанирует
· Режим этих вод более стабилен по сравнению с режимом грунтовых вод. Поверхностные факторы оказывают на него гораздо меньшее влияние
· В верхней части разреза напорные воды пресные, а с глубиной их минерализация возрастает.
Условия питания и распространения.
Среди природных емкостей напорных вод основными являются бассейны пластовых вод и моноклинальные бассейны пластовых вод.
Под бассейном пластовых вод понимают совокупность напорных водоносных горизонтов или комплексов, залегающих в синклинальных структурах, где движение подземных вод происходит под влиянием гидростатического напора.
Водоносные комплексы напорного типа отличаются относительно небольшим размером области питания (создания напора) по сравнению с площалью стока (развития напора). Иногда питание напорных вод осуществляется путем подтока из нижележащего горизонта. Подток обычно происходит по тектонически ослабленным зонам или через относительные водоупоры. Иногда эти воды гидравлически связаны с грунтовыми на участках, где размыты перекрывающие водонепроницаемые пласты.
Область распространения напора находится внутри основной площади напорного бассейна; в ее пределах водоносным горизонтам (комплексам) свойственны напорные уровни, которые принято называть пьезометрическими.
Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до пьезометрического уровня называют напором подземных вод. Напор характеризует запас потенциальной энергии воды.
Пьезометрический уровень определяют по измерениям в скважинах, вскрывших водоносный горизонт. Характер поверхности, составленный пьезометрическими уровнями на картах изображают гидроизопьезами. Гидроизопьезы – это линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками пьезометрического уровня.
Элизионные воды. Кроме напорных вод, находящихся под гидростатическим напором, существуют воды с иным источником напора и питания. Их выделяют в самостоятельную группу. Различия в геологическом строении районов распространения и факторов напорности глубинных вод обусловливают их деление на воды:
· Бассейнов пластовых вод
· Кристаллического фундамента, в том числе – древних щитов
· Различного рода разломов глубокого заложения в тектонически активных областях.
В первом случае и отчасти во второмпреобладают пассивные причины (гравитация, пластичность пород, присутствие углеводородов и т.
д.), в третьем – колоссальные эндогенные силы. Соответственно на противоположных полюсах будут находиться воды с элизионным и эндогенным питанием.
Наиболее типичные случаи распространения элизионных вод характерны для бассейнов пластовых вод. Напрмер, основная масса вод гидрогеодинамической зоны весьма затрудненного водообмена, воды нефтяных и газовых залежей. Пластичные осадочные породы обладают наилучшими свойствами с одной стороны, для изоляции подземных вод от влияния гидростатического напора, а с другой – для возникновения и сохранения гидрогеодинамических аномалий.
Как правило, для скважин, вскрывающих элизинные воды, характерен пульсирующий режим излива. Их дебит быстро, реже постепенно снижается вследствие релаксации пластового давления. Такой режим присущ и рассолам Припятского прогиба. Общим для глубинных рассолов является быстрое истощение дебита. Глубина залегания таких вод изменяется существенно. Иногда «запечатанные» линзообразные залежи рассолов с аномально высоким пластовым давлением (АВПД) встречаются всего на 0,4 – 0,5 км ниже земной поверхности.
В формировании ресурсов элизионных вод участвуют воды различного происхождения, но чаще всего они являются полигенетическим образованием. Занимая самые нижние горизонты, элизионые воды в соответствии с нормальной гидрогеохимической зональностью обычно минерализованные. Более того, они могут быть предельно насыщенными с минерализацией свыше 500 г/дм3. Очень часто глубинные воды содержат в повышенных количествах ряд макро- и микрокомпонентов (редкие щелочи, бром, фтор, стронций, литий, тяжелые металлы и т.п.).
Подземные воды — грунтовые воды
Доклад — подземные воды
Воды, находящиеся в земной коре, называются подземными. Для того чтобы они образовались, необходимы два условия:
а) атмосферные осадки, которые выпадают на сушу в достаточном количестве. Они выпадают в виде дождя и тут же просачиваются через горные породы, а если в виде снега — после его таяния. В пустынях и в областях вечной мерзлоты большое значение имеет конденсация водяных паров в порах или трещинах;
б) способность горных пород, слагающих поверхность суши, пропускать воду.
Она объясняется тем, что в горных породах есть поры, пустоты, трещины, которые и пропускают воду. Поры — промежутки между частицами горных пород; чем они крупнее, тем легче проходит вода через породу. Размер пор зависит от размера частиц. Чем крупнее частица, тем больше и поры. Хорошо пропускают воду крупнозернистый песок, гравий, галька, торф. Почти не пропускают воду глина, гранит, если только в нем нет трещин. Все горные породы по их способности пропускать воду можно разделить на несколько групп:
водопроницаемые. Это горные породы, легко пропускающие воду: пески, торф, лесс, галечник;
водонепроницаемые или водоупорные. Эти горные породы практически не пропускают влагу: глина, мергель, гранит;
растворимые. Эта группа горных пород сама легко растворяется под действием воды: известняки, мел, гипс, доломит, соли. В этих горных породах в результате растворения могут образоваться пустоты — пещеры (см. Карст), а в них — крупные озера и реки.
Водопроницаемые и водоупорные слои, залегая в земной коре, располагаются различно: в одних местах они залегают горизонтально, а в других могут изгибаться. При этом они очень часто чередуются друг с другом.
Слой, насыщенный водой, называют водоносным слоем. Если он сверху не прикрыт водонепроницаемым слоем, то вода этого слоя называется грунтовой. Грунтовые воды пополняются водой, которая просачивается со всей поверхности, расположенной над ними, поэтому можно утверждать, что грунтовые воды в целом имеют атмосферное происхождение и их количество и глубина зависят прежде всего от величины атмосферного увлажнения. Когда оно избыточно (в тундре, экваториальных лесах), уровень грунтовых вод находится близко от поверхности, а иногда и сливается с ней. Если испарение превышает осадки, то уровень грунтовых вод понижается и залегает тем глубже, чем больше испарение. Глубина залегания грунтовых вод зависит от рельефа. На холмистой равнине поверхность грунтовых вод повторяет рисунок рельефа, но если равнина сильно расчленена речными долинами или оврагами, то грунтовые воды залегают глубоко.
Зависят они также и от уровня рек, озер, от наличия растительности, причем последняя на уровень грунтовых вод влияет противоречиво. С одной стороны, древесная растительность корневой системой высасывает влагу и тем самым уменьшает пополнение грунтовых вод. С другой стороны, лесная растительность способствует снегозадержанию, а талый снег питает грунтовые воды.
Если водоносный слой лежит между двумя водонепроницаемыми слоями, то вода этого слоя называется межпластовой. Эти воды пополняются очень медленно. Область питания вод этого слоя находится там, где этот слой выходит на поверхность.
Грунтовые воды медленно «текут» по порам в ту сторону, где их уровень ниже. В оврагах, речных долинах они образуют источники (родники). Межпластовые воды тоже образуют источники, но чаще их добывают из скважин, пробуренных через водоупорные слои до водоносного.
Межпластовые воды могут быть ненапорными и напорными. Последние также называются артезианскими, как бы в напоминание о названии французской провинции Артуа, где в XII веке впервые в Европе был устроен фонтанирующий колодец.
В артезианских водах и сосредоточена основная масса подземных вод материка. Геологические структуры равнин, содержащие эти воды, называются артезианскими бассейнами. Крупные артезианские бассейны располагаются на Русской платформе в Прибалтике, в Подмосковье, на Украине. Многочисленны артезианские бассейны и в Северной Африке, в Австралии, где они занимают 1/3 всей площади материка. В США артезианские бассейны находятся в районе Великих озер.
Обычно пласты артезианских вод залегают в виде чаши и водоносный слой в этих чашах ограничен водоупорными пластами сверху и снизу. Вода в водоносном слое испытывает напор вышележащих слоев. Если пробурить скважину, то вода будет подниматься по скважине и фонтанировать. По химическому составу артезианская вода весьма разнообразна. Верхние пласты в артезианском бассейне имеют пресную воду. Она образуется в результате проникновения атмосферных, поверхностных и грунтовых вод. Ниже залегают слои минерализованных вод, химический состав которых формируется в результате смешения верхних пресных и нижних высокоминерализованных.
Минеральный состав меняется по бассейнам, что связано с химическим составом глубинных пластов.
Минеральные воды, имеющие целебные свойства, благодаря содержанию в них полезных микроэлементов пользуются особой известностью. Эти воды обладают биологически активными свойствами и оказывают благотворное влияние на организм человека.
В некоторых районах, где есть вулканы, подземные воды имеют высокую температуру (до 100°С). На поверхность они вытекают довольно спокойно, образуя источники, ручьи. А иногда вырываются фонтанами с густыми клубами пара и при этом могут подниматься на высоту нескольких десятков метров. Такие фонтанирующие источники называются гейзерами (исл. geysir — хлынуть). Каждый гейзер имеет определенную периодичность действия, от минуты до нескольких суток, в зависимости от скорости закипания воды и близости ее к источнику нагревания. Например, гейзер Великан на Камчатке выбрасывает струю воды диаметром 3 метра на высоту 40-50 метров через каждые 5-6 часов. При этом пар поднимается на 300-500 метров.
Много гейзеров в Исландии, Новой Зеландии, Северной Америке. Горячие подземные воды широко используются человеком для обогревания помещений, теплиц, оранжерей.
Подземные воды — драгоценная часть мировых запасов пресных вод, их надо разумно расходовать и заботливо охранять от загрязнения.
Общие факты и понятия о подземных водах
Общие факты и понятия о подземных водах
Устойчивость ресурсов подземных вод — циркуляр 1186
Следующий обзор некоторых основных фактов и концепций
о подземных водах служит фоном для обсуждения
устойчивость.
- Грунтовые воды встречаются почти повсеместно под поверхностью земли.
Причиной является широкое залегание пригодных для питья грунтовых вод.
что он используется в качестве источника водоснабжения примерно половиной населения
Соединенных Штатов, включая почти все население, которое обслуживается
по системам бытового водоснабжения. - Естественные источники пресной воды, которые становятся подземными водами: (1)
площадное пополнение за счет осадков, просачивающихся через
ненасыщенной зоны до уровня грунтовых вод (рис.
4) и (2) потерь
воды из ручьев и других поверхностных водоемов, таких как озера и
водно-болотные угодья. Площадь пополнения колеблется от крошечной доли до примерно половины
среднегодовых осадков. Поскольку площадная перезарядка происходит на широком
площади, даже небольшие средние скорости подпитки (например, несколько дюймов в год)
представляют собой значительные объемы притока к грунтовым водам. Потоки и прочее
поверхностные водные объекты могут либо получать воду из подземных вод, либо терять
(пополнение) воды в грунтовые воды. Потоки обычно являются важным источником
пополнения грунтовых вод вниз по течению от горных фронтов и крутых склонов
склоны холмов в засушливых и полузасушливых районах и
в карстовых местностях (участки, подстилаемые известняком и другими растворимыми породами).
4) и (2) потерьРис. 4. Ненасыщенная зона,
капиллярная кайма, уровень грунтовых вод и зона насыщения.Вода под поверхностью земли встречается в двух основных зонах:
ненасыщенная зона и насыщенная зона. В ненасыщенной зоне пространства между зернами частиц и трещинами
горные породы содержат как воздух, так и воду. Хотя значительное количество воды
может находиться в ненасыщенной зоне, эта вода не может быть откачана скважинами
потому что капиллярные силы держат его слишком крепко.В отличие от ненасыщенной зоны, пустоты в насыщенной зоне
полностью заполнены водой. Примерная верхняя поверхность
зона насыщения называется водным зеркалом. Вода в насыщенном
Зона ниже уровня грунтовых вод называется грунтовыми водами. Под водой
стол, давление воды достаточно высокое, чтобы вода могла попасть в колодец
уровень воды в колодце понижается за счет откачки, что позволяет грунту
вода, которая будет изъята для использования.Между ненасыщенной зоной и уровнем грунтовых вод находится переходная зона,
капиллярная кайма. В этой зоне пустоты насыщены или почти
насыщен водой, которая удерживается на месте капиллярной
сил.
- Верхняя часть подземного водного объекта, уровень грунтовых вод – это
поверхность, как правило, ниже поверхности земли, которая колеблется в зависимости от сезона и
из года в год в ответ на изменения питания от осадков и
поверхностные водные объекты. В региональном масштабе конфигурация
уровень грунтовых вод обычно представляет собой приглушенную копию рельефа поверхности земли.
Глубина до уровня грунтовых вод различна.
В некоторых условиях он может находиться на поверхности земли или рядом с ней; например, возле
поверхностные водоемы во влажном климате. При других настройках глубина до
уровень грунтовых вод может быть на сотни футов ниже поверхности земли. - Подземные воды обычно являются важным источником поверхностных вод.
вклад
отношения подземных вод к общему стоку сильно варьируется среди рек, но
гидрологи оценивают средний вклад где-то между 40 и
50 процентов в малых и средних водотоках. Экстраполяция этих чисел
к большим рекам не прямолинейна; однако грунтовые воды
вклад во весь речной сток в Соединенных Штатах может достигать 40
процент. Подземные воды также являются основным источником воды для озер и водно-болотных угодий. - Подземные воды служат крупным резервуаром подземных вод. Из всех
имеющейся пресной воды, около 75 процентов, по оценкам, хранится в полярных
льда и ледников, и около 25 процентов, по оценкам, хранится в виде
грунтовые воды. Пресная вода хранится в реках, озерах и в виде почвенной влаги.
составляет менее 1 процента мировых запасов пресной воды. Резервуар
аспект некоторых крупных систем подземных вод может быть ключевым фактором в
развитие этих систем. Большой коэффициент общего запаса подземных вод
либо к забору подземных вод насосами, либо к естественному сбросу.
потенциально полезных характеристик системы подземных вод
и позволяет поддерживать водоснабжение в течение длительных периодов засухи.
С другой стороны, высокий уровень использования подземных вод в районах с небольшим пополнением
иногда вызывает повсеместное понижение уровня грунтовых вод
и значительное уменьшение запасов в
резервуар подземных вод. - Скорости течения подземных вод обычно низкие и порядка
величина меньше скорости течения реки. Движение
грунтовых вод обычно происходит в виде медленного просачивания через поры
между частицами рыхлых грунтовых материалов или через сети
трещины и отверстия растворения в консолидированных породах. Скорость 1 фут
в сутки и более – высокая скорость движения грунтовых вод, а
скорость грунтовых вод может составлять всего 1 фут в год или 1 фут в
десятилетие. Напротив, скорость течения реки обычно измеряется в футах.
в секунду. Скорость 1 фут в секунду равняется приблизительно 16 милям в день.
Низкие скорости потока грунтовых вод могут иметь важные последствия,
особенно в отношении движения
загрязнений. - В естественных условиях подземные воды перемещаются по путям стока с территорий
подпитки к участкам разгрузки у родников
или вдоль ручьев, озер и водно-болотных угодий. Сброс также происходит как просачивание
заливам
или океаном в прибрежных районах, а также испарением растениями, корни которых
простираться почти до уровня грунтовых вод. Трехмерное тело земного материала
насыщен подвижными грунтовыми водами, которые простираются от участков питания до
районы сброса называются системой стока грунтовых вод (рис. 5).
Экстраполяция этих чисел
Рис. 5. Локальный масштаб
система грунтовых вод.
В этой системе подземных вод локального масштаба приток воды от площадного пополнения происходит на уровне зеркала грунтовых вод. Отток
вода возникает в виде (1) сброса в атмосферу в виде подземных вод
эвапотранспирация (транспирация растительностью, укоренившейся в воде или рядом с ней
уровнем грунтовых вод или прямым испарением с уровня грунтовых вод, когда он находится на уровне или близко к
поверхность земли) и (2) сброс грунтовых вод непосредственно через
русло.
ручей. По мере увеличения расстояния от ручья пути потока к ручью уменьшаются.
дольше и глубже. Для средних многолетних условий приток к этому естественному
система подземных вод должна быть равной оттоку.
Короткие неглубокие пути течения берут начало у уровня грунтовых вод вблизи- Площадь систем стока грунтовых вод варьируется от нескольких квадратных
миль или менее до десятков тысяч квадратных миль. Длина
пути стока грунтовых вод колеблется от нескольких футов до десятков, а иногда
сотни, миль. Глубокая система грунтовых вод с длинными путями потока
между областями подпитки и разгрузки могут быть перекрыты, а в гидравлических
связь с несколькими мелководными, более локальными системами потоков (рис. 6). Таким образом,
определение системы стока грунтовых вод в некоторой степени субъективно
и частично зависит от масштаба исследования.
Рисунок 6.
система подземных вод, состоящая из подсистем разного масштаба и
сложный гидрогеологический каркас. (Изменено по материалам Sun, 1986 г.)
РегиональныйСущественные особенности этого изображения части региона
система подземных вод включает (1) локальные подсистемы подземных вод в
верхний подземный водоносный горизонт, впадающий в ближайшие поверхностные водоемы
(озера или ручьи) и разделены водоразделами подземных вод под
топографически высокие участки; (2) субрегиональная подсистема подземных вод в
водоносный горизонт, в котором пути потока, берущие начало на уровне грунтовых вод,
сброс не в ближайший поверхностный водоем, а в более удаленный
один; и (3) глубокая региональная подсистема подземных вод, которая лежит
под подсистемами уровня грунтовых вод и гидравлически связана с ними.
Гидрогеологический каркас проточной системы представляет собой сложную
пространственное расположение водоносных горизонтов с высокой и низкой
блоки гидрокондуктивного ограждения.
может составлять от десятков до сотен миль.
Горизонтальный масштаб фигуры- Возраст (время с момента пополнения) подземных вод различается в разных частях
систем подземного стока. Возраст подземных вод неуклонно увеличивается
по определенному пути потока через систему грунтовых вод из
область подпитки к области разрядки. В неглубоком, локальном потоке
систем, возраст подземных вод в районах разгрузки может варьироваться от менее чем
в день до нескольких сотен лет. В глубоких, региональных системах потока с длинным потоком
пути (десятки миль), возраст подземных вод может достигать тысяч и десятков
тысячи лет. - Поверхностные и подземные материалы сильно различаются по своим свойствам.
степень консолидации частиц, размер частиц, размер и форма
пор или открытых пространств между частицами и между трещинами в консолидированных
горных пород, так и в минеральном и химическом составе частиц. Земля
вода встречается как в рыхлых, так и в рыхлых материалах, таких как
как песок и гравий, так и в сцементированных горных породах, таких как песчаник, известняк,
гранит и базальт. - Земляные материалы сильно различаются по своей способности передавать и сохранять землю
вода. Способность грунтовых материалов пропускать грунтовые воды
(количественно определяемая как гидравлическая проводимость) изменяется на порядки и составляет
определяется размерами, формой, взаимосвязанностью и объемом пространств
между твердыми телами в различных типах материалов. Например,
взаимосвязанные поровые пространства в песке
и гравия крупнее, чем в более мелкозернистых отложениях, и
гидравлическая проводимость песка и гравия больше, чем гидравлическая
проводимость
более мелкозернистые материалы. Способность земных материалов хранить землю
вода также различается для различных типов материалов. Например,
объем воды, хранящейся в трещинах и разломах, на единицу объема гранита составляет
намного меньше, чем объем, хранящийся на единицу объема в межкристаллитной
пространства между частицами песка и гравия. - Скважины являются основным прямым окном для изучения недр
Окружающая среда. Скважины используются не только для откачки грунтовых вод для многих
целей, они также предоставляют важную информацию об условиях в
недра. Например, скважины (1) позволяют напрямую измерять уровень воды.
в колодце, (2) разрешить отбор проб грунтовых вод
для химического анализа, (3) обеспечить доступ для
большой массив физических измерений в скважине (скважинная геофизическая
каротаж), которые дают косвенную информацию о свойствах флюидов и
земляные материалы по соседству с колодцем и (4) позволяют
гидравлические испытания (испытания водоносных слоев) грунтовых материалов в окрестностях
скважины для определения локальных значений их передачи и хранения
характеристики. Кроме того, образцы грунта можно брать непосредственно в любом месте.
глубины при бурении скважины. - Откачка грунтовых вод из колодца всегда вызывает (1) снижение
уровень грунтовых вод (напор; см. рис. 7) у колодца и рядом с ним, и (2)
отвод в откачивающий колодец грунтовых вод, которые медленно продвигались к своей цели.
естественная, возможно отдаленная, область сброса. Откачка одиночной скважины
обычно оказывает локальное воздействие на систему подземных вод. Откачка
многие скважины (иногда сотни или тысячи скважин) на больших площадях могут
оказывают существенное региональное воздействие на системы подземных вод.
Земля
рис. 7) у колодца и рядом с ним, и (2)Рисунок 7. Концепция
«гидравлическая головка» или «головка»
в точке водоносного горизонта.
Рассмотрите высоты над уровнем моря в точках A и B на
безнапорный водоносный горизонт и C в замкнутом водоносном горизонте. Теперь рассмотрим добавление
скважины с короткими экранированными интервалами в этих трех точках. Вертикаль
расстояние от уровня воды в каждой скважине до уровня моря является мерой гидравлического напора или напора, отнесенного к общей системе отсчета в каждой скважине.
точки А, В и С соответственно. Таким образом, напор в точке водоносного горизонта
сумма (а) высоты точки над общей исходной точкой, обычно морем
уровень, и (b) высота над точкой столба неподвижной воды в
хорошо, что экранируется в точку. Когда мы обсуждаем снижение или повышение
уровня грунтовых вод в конкретном водоносном горизонте в этом отчете мы имеем в виду
к изменениям напора или уровня воды в колодцах, которые экранированы или имеют
открытый интервал в этом водоносном горизонте.
(коробка А)
- Напор грунтовых вод реагирует на откачку в заметно разной степени в
безнапорные и напорные водоносные горизонты. Перекачивание одинакового количества воды
из скважин в напорных и безнапорных водоносных горизонтах первоначально приводит к значительному
большее снижение напора на гораздо больших площадях для ограниченных водоносных горизонтов
(см. вставку А). Это связано с тем, что меньше воды доступно из хранилища в
напорные водоносные горизонты по сравнению с безнапорными. В
позднее, по мере уменьшения количества воды, полученной из хранилища, и
система приближается к равновесию, реакция
система больше не зависит от того, ограничена она или нет. Количество
падения напора при равновесии зависит от передаточных свойств
водоносных горизонтов и водоупоров, дебит скважины и
расстояние до границ системы подземных вод. Многие водоносные горизонты, такие как верхний
часть подсистемы глубокого потока, показанной на рисунке 6, демонстрируют реакцию
к накачке, которая занимает промежуточное положение между
полностью замкнутая и полностью безнапорная система водоносных горизонтов.
В
Вернуться к содержанию
Вернуться к введению
Далее — вставка A
Как образуются грунтовые воды
Не обязательно существует связь между водоносной способностью горных пород и глубиной их залегания.
Очень плотный гранит, который будет давать мало или вообще не будет давать воды в колодец, может быть обнажен на поверхности земли. И наоборот, пористый песчаник, такой как песчаник Дакота, упомянутый ранее, может лежать на сотнях или тысячах футов ниже поверхности земли и может давать сотни галлонов воды в минуту. Скалы, дающие пресную воду, были обнаружены на глубине более 6000 футов, а соленая вода поступала из нефтяных скважин на глубине более 30 000 футов. Однако в среднем пористость и проницаемость горных пород уменьшаются по мере увеличения их глубины от поверхности земли; поры и трещины в породах на больших глубинах закрыты или сильно уменьшены в размерах из-за веса вышележащих пород.
Попав в водоносный горизонт, вода медленно перемещается в более низкие места и в конечном итоге выбрасывается из водоносного горизонта из родников, просачивается в ручьи или перехватывается колодцами. Грунтовые воды в водоносных горизонтах между слоями плохо проницаемой породы, такой как глина или сланец, могут находиться под давлением.
Если такой замкнутый водоносный горизонт будет вскрыт колодцем, вода поднимется выше верхней части водоносного горизонта и может даже вытекать из колодца на поверхность земли. О воде, заключенной таким образом, говорят, что она находится под артезианским давлением, а водоносный горизонт называется артезианским водоносным горизонтом. Слово «артезианская» происходит от города Артуа во Франции, древнеримского города Артезиум, где в Средние века были пробурены самые известные фонтанирующие артезианские скважины. Уровень, до которого будет подниматься вода в наглухо обсаженных скважинах артезианских водоносных горизонтов, называется потенциометрической поверхностью.
Глубокие колодцы, пробуренные в скале так, чтобы они пересекали уровень грунтовых вод и уходили далеко под него, в обычном разговоре часто называют артезианскими колодцами, но это не обязательно правильное использование термина. Такие глубокие колодцы могут быть такими же, как обычные, более мелкие колодцы; Одна только большая глубина не делает их автоматически артезианскими скважинами.
Слово «артезианская» при правильном использовании относится к ситуациям, когда вода находится под давлением под слоями относительно непроницаемой породы.
Вода качается из скважины.
Вода под артезианским напором течет из скважины.
Там, где грунтовые воды не находятся под давлением, они считаются находящимися в условиях уровня грунтовых вод. Водоносные горизонты уровня грунтовых вод обычно пополняются локально, а уровень грунтовых вод в неглубоких водоносных горизонтах может колебаться вверх и вниз непосредственно в унисон с осадками или речным стоком.
Родник – это результат заполнения водоносного горизонта до такой степени, что вода переливается на поверхность земли. Существуют разные виды источников, и их можно классифицировать в соответствии с геологической формацией, из которой они получают воду, например, известняковые источники или источники из лавовых камней; или в зависимости от количества воды, которую они выпускают, — большой или маленький; или в зависимости от температуры воды — горячей, теплой или холодной; либо силами, вызывающими родниково-гравитационный или артезианский поток.
Термальные источники — это обычные источники, за исключением того, что вода в них теплая, а местами и горячая. Многие термальные источники находятся в районах недавней вулканической активности и питаются водой, нагретой от контакта с горячими камнями глубоко под поверхностью. Таковы термальные источники в Йеллоустонском национальном парке. Даже там, где не было недавней вулканической деятельности, породы с увеличением глубины становятся теплее. В некоторых таких районах вода может медленно мигрировать на значительную глубину, нагреваясь по мере того, как она опускается сквозь горные породы глубоко в землю. Если затем он достигает большой расщелины, которая предлагает путь с меньшим сопротивлением, он может подниматься быстрее, чем спускаться. Вода, которая не успевает остыть до выхода на поверхность, образует термальный источник. Знаменитые Термальные источники Джорджии и Горячие источники Арканзаса относятся к этому типу. Гейзеры — это термальные источники, которые периодически извергаются на разную высоту над поверхностью земли.