Виды грунтовых вод: Грунтовые воды: разновидности и классификация

Содержание

Виды грунтовых вод и их особенности – Дом и Сад

АБВГДЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЭЮЯ Главная / Энциклопедия / Термин, определение и понятие Грунтовые воды – это гравитационные подземные воды первого от поверхности Земли постоянного водоносного горизонта, располагающегося на региональном водоупоре.

Образуются главным образом за счет инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков и вод рек, озер, водохранилищ, оросительных каналов. В районах речных долин запасы грунтовых вод пополняются восходящими водами более глубоких горизонтов (например, водами артезианских бассейнов), а также за счет конденсации водяных паров.

Характеристика грунтовых вод

Поверхность грунтовых вод является свободной, т. к. грунтовые воды обычно безнапорные.

На отдельных участках, где все же имеется местное водонепроницаемое перекрытие, грунтовые воды приобретают местный напор. Области питания и распространения грунтовых вод совпадают. Вследствие этого условия формирования и режим грунтовых вод отличаются от более глубоких артезианских вод: грунтовые воды чувствительны ко всем атмосферным изменениям.

В зависимости от количества выпадающих атмосферных осадков и глубины залегания грунтовых вод их поверхность испытывает сезонные и многолетние колебания. Величины сезонных и многолетних амплитуд колебаний уровней грунтовых вод могут достигать 20 и более метров, что необходимо учитывать при строительстве различного рода объектов. Вблизи рек и водоемов изменения уровня, расхода и химического состава грунтовых вод определяются характером гидравлической связи их с поверхностными водами и режимом последних.

[my_custom_ad_shortcode1]

Зональность грунтовых вод

Различия условий формирования грунтовых вод обусловливают зональность их географического распределения, которая тесно связана с зональностью климата, почвенного и растительного покрова. В лесных, лесостепных и степных районах распространены пресные (или слабоминерализованные) грунтовыt вод; в пределах сухих степей, полупустынь и пустынь на равнинах преобладают соленые грунтовые воды, среди которых пресные воды встречаются лишь на отдельных участках. Наиболее значительные запасы грунтовых вод сосредоточены в аллювиальных отложениях речных долин, в конусах выноса предгорных областей, а также в неглубоко залегающих массивах трещиноватых и закарстованных известняков (реже в трещиноватых изверженных породах).

[my_custom_ad_shortcode2]

Применение грунтовых вод

Грунтовые воды в силу относительно слабой защищенности от загрязнения имеют ограниченное применение как источники водообеспечения промышленных предприятий и городов. Однако для водоснабжения поселков и населенных пунктов в сельской местности их роль достаточно велика. По величине антропогенного воздействия на грунтовые воды различают естественный, слабонарушенный, нарушенный, сильнонарушенный и искусственный режимы грунтовых вод.

Искусственный режим формируется преимущественно под влиянием техногенных факторов (интенсивная эксплуатация грунтовых вод, орошение земель в аридной зоне). Естественные многолетние изменения режима грунтовых вод во многих случаях могут быть причиной активизации оползневой деятельности, карстово-суффозионных процессов, регионального подтопления территории, угнетения наземных экосистем и др.

Для изучения закономерностей и механизмов формирования и прогноза режима грунтовых вод в России организована государственная и ведомственная службы его изучения и прогноза (гидрогеологический мониторинг). Разработана нормативно-методическая база ведения мониторинга и методы сезонных и долгосрочных прогнозов.

Источники: Общая гидрогеология. Климентов П.П. —М., 1980; Изучение, прогноз и картирование режима грунтовых вод. Семенов С. —М., 1980; Гидрогеология. Саваренский Ф.П. —М., 1935.

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 атмосферных осадков и т. д. В данной статье мы рассмотрим виды подземных вод.

[my_custom_ad_shortcode3]

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.

[my_custom_ad_shortcode4]

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.

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.

[my_custom_ad_shortcode5]

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.

[my_custom_ad_shortcode6]

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.

[my_custom_ad_shortcode1]

Классификация движения рассматриваемых объектов

Выделяют следующие виды движения подземных вод (см. рисунок).

Просачивание поверхностных вод 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.

[my_custom_ad_shortcode2]

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.

[my_custom_ad_shortcode3]

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, поля фильтрации, неисправная канализация, выгребные ямы и др. Распространение микрофлоры определяется скоростью фильтрации и выживаемостью данных организмов.

Тепловое загрязнение 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.

[my_custom_ad_shortcode4]

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 геологоразведочных работ 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.

[my_custom_ad_shortcode5]

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: 1. Свободная вода заполняет трещины и пустоты в грунтах и горных породах. Свободные воды образуют скопления и подземные потоки, передают гидростатическое давление по закону сообщающихся сосудов.

2. Капиллярная вода заполняет капиллярные поры и промежутки. Удерживается силами поверхностного натяжения и может подниматься выше уровня свободной воды на 2 м и более. Это имеет большое значение в природных процессах. В частности, именно этот эффект приводит к засолению почв.

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 водынапорные 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.

[my_custom_ad_shortcode6]

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.

Источники:

fireman.club
fb.ru
studopedia.ru

Виды грунтовых вод, их качество и химический состав

Обычно перед началом строительных работ или бурением скважины осуществляют исследование глубины залегания и основных характеристик подземных вод. Данное название объединяет все их виды, находящиеся ниже поверхности земли или дна водоема. При обильных атмосферных осадках и таянии снега образуются поверхностные воды, носящие сезонный характер. Они находятся неглубоко и имеют мощность пласта не более 3 м. Впоследствии такой водоносный пласт, называемый верховодкой, частично просачивается сквозь грунт, частично – испаряется в атмосферу. В качестве источника для питья используется нечасто, так как высока вероятность загрязнения.

Схема верховодки.

В отличие от верховодки, грунтовые воды, под которыми пролегает водонепроницаемый слой, являются достаточно стабильным источником влаги. Их особенность – отсутствие сплошного водоупора поверх пласта. Это, в свою очередь, может привести к просачиванию токсичных веществ с поверхности земли и загрязнению водоносного пласта. Поэтому, если его планируется использовать в качестве источника питьевой воды, предварительно должно быть произведено химическое и бактериологическое обследование грунта. А вот находящиеся между двух водонепроницаемых слоев безнапорные межпластовые и напорные артезианские горизонты считаются хорошо защищенными.

Основные параметры оценки водоносного горизонта

Установка дренажных колодцев на участке.

В местах понижения рельефа можно наблюдать выход водоносного пласта на поверхность. В народе место такого выхода называют родником или ключом. Образовать его могут все виды подземных вод – поверхностные, грунтовые и артезианские. Однако артезианские источники являются наиболее стабильными. Они обладают практически неизменным дебитом, температурой и химическим составом. При отсутствии естественного выхода приходится копать колодцы или бурить скважины.

Чтобы определить, насколько целесообразно обустраивать скважину в том или ином месте, производят гидрогеологические изыскания грунтовых вод. Целью изысканий является получение следующей информации:

мощность пласта;
глубина нахождения;
сезонные изменения уровня;
направление и скорость потока;
химический состав;
агрессивность;
физические качества.

Оценка физических характеристик включает измерение температуры, электропроводности, проверку отсутствия радиоактивного загрязнения. Питьевая вода должна быть прозрачной и бесцветной, не иметь никакого запаха. Большое значение имеет ее вкус. Принято считать, что грунтовые воды практически никогда не замерзают, а изменение их уровня весьма незначительно. Но иногда оказывается, что первый из стабильно заполненных слоев находится слишком близко к поверхности земли. В этом случае он может быть востребован разве что на дачном участке. Для постоянного водоснабжения необходимо бурить скважину до следующего водоносного горизонта.

Вернуться к оглавлению

О чем свидетельствует химический состав?

Схема основных типов грунтовых вод.

В строительстве обязательно учитывают такую характеристику грунтовых вод, как агрессивность. В зависимости от нее принимается решение об использовании той или иной марки бетона, а также целесообразности применения дополнительной защиты строительных материалов от разрушения. Агрессивность может быть следующей:

Общекислотная. Негативные свойства, заключающиеся в увеличении растворимости карбоната кальция, начинают проявляться при водородном показателе pH<6.
Выщелачивающая. Содержит повышенное количество гидрокарбонатов и увеличивает вынос гидроксида кальция из бетона.
Магнезиальная. В ее состав входит свыше 750 мг/л двухвалентного магния.
Сульфатная. Содержит более 250 мг/л ионов сульфатов, которые при реакции с составными элементами бетона приводят к его вспучиванию.
Углекислотная. Концентрация углекислоты порядка 3-4 мг/л приводит к растворению карбоната кальция и в итоге к разрушению бетона.

Схема осушение участка своими руками.

Качество питьевой воды определяется такими показателями, как минерализация и жесткость, а также отсутствие токсичных примесей. В зависимости от количества минеральных веществ, в ней растворенных, определяют степень минерализации. Обычно она имеет повышенное значение в жарких засушливых регионах. Грунтовые воды, находящиеся поблизости от рек и водохранилищ, как правило, более пригодны для питья. Их пополнение происходит за счет гидравлической связи с пресными водоемами, а также за счет атмосферных осадков.

Если минерализация в большей степени характеризуется присутствием сульфатов и хлоридов, то жесткость рассчитывают по количеству ионов кальция и магния. При этом определяют как общую жесткость, так и отдельные ее виды: карбонатную и некарбонатную. Но не менее важен конкретный химический состав. Наличие незначительного количества вредных примесей в составе даже самой мягкой воды сделает ее губительной для здоровья.

Вернуться к оглавлению

Напорные и безнапорные водоносные горизонты

Схема дренажа участка.

Грунтовые воды не заполняют водоносный пласт по всей толщине. Они обладают так называемой свободной поверхностью, испытывающей только атмосферное давление. Именно поэтому их уровень в колодце находится на глубине залегания пласта. Вода, заключенная между двумя непроницаемыми слоями, заполняет всю полость и может находиться под давлением, иногда значительным. Водоносный горизонт, жидкость в котором обладает определенным напором, называется артезианским. При вскрытии горизонта происходит ее выплескивание в виде фонтанчика.

Уровень воды в скважине, опущенной в артезианский пласт, всегда находится выше уровня самого пласта. Иногда она даже может изливаться через края колодца. Напорные слои, расположенные близко к поверхности, могут создать весьма значительные помехи при проведении строительных работ. В то же время они являются наиболее надежным источником бесперебойного снабжения качественной питьевой водой.

Если при бурении скважины приходится проходить несколько водоносных горизонтов, производится ее изоляция обсадными трубами. Это делают для того, чтобы грунтовые воды более низкого качества не просачивались вглубь.

В особенности такая защита требуется там, где высока вероятность загрязнения первого водоносного слоя.

Подземные воды

ЭЭНС 1110	Физическая геология
Университет Тулейна	Проф. Стивен А. Нельсон
Подземные воды

Подземные воды – это вода, которая существует в порах и трещинах горных пород и отложений.
под поверхностью Земли. Он возникает в виде дождя или снега, а затем перемещается по
почву в систему подземных вод, откуда она в конечном итоге возвращается на поверхность
ручьи, озера или океаны.

Подземные воды составляют около 1% воды на Земле (большая часть воды находится в океанах).
Но количество подземных вод примерно в 35 раз превышает количество воды в озерах и ручьях.
Подземные воды встречаются повсюду под поверхностью Земли, но обычно ограничиваются
глубины менее 750 метров.
Объем подземных вод эквивалентен 55-метровому слою, раскинувшемуся на
всю поверхность Земли.
Это важный ресурс для питьевой воды, ирригации и промышленности.
Поскольку он в значительной степени скрыт от глаз, о нем часто забывают и подвергают заражению неосторожные люди.
Подземные воды являются основным фактором химического выветривания и ответственны за образование пещер и воронок.

Система грунтовых вод

Подземные воды находятся в пустотах горных пород, отложений или почвы, полностью заполняя пустоты. Общий объем открытого пространства, в котором могут находиться подземные воды, составляет пористость . Пористость определяет количество воды, которое может содержать порода или осадок.

Пористость

В отложениях или осадочных породах пористость зависит от размера зерен, формы
зерен, и степенью сортировки, и степенью цементации.

Хорошо окатанные крупнозернистые отложения обычно имеют более высокую пористость, чем мелкозернистые отложений, так как зерна плохо стыкуются друг с другом.

Плохо отсортированные отложения обычно имеют меньшую пористость, т.к. стремятся заполнить открытое пространство.

Поскольку цементы имеют тенденцию заполнять поры, высокосцементированные осадочные породы меньшая пористость.

В магматических и метаморфических породах пористость обычно низкая, потому что минералы имеют тенденцию сросшиеся, оставляя мало свободного места. сильнотрещиноватых магматических и метаморфических пород, однако может иметь высокую пористость

Вторичная пористость – пористость, возникшая после образования породы. Такие процессы, как трещинообразование, разломы и растворение, могут создавать вторичную пористость.

Проницаемость является мерой степени заполнения поровых пространств.
взаимосвязанных, и размер взаимосвязей. Низкая пористость обычно приводит к низкой
проницаемость, но высокая пористость не обязательно означает высокую проницаемость. это
возможно иметь высокопористую породу с небольшими взаимосвязями между порами или без них. А
хорошим примером породы с высокой пористостью и низкой проницаемостью является везикулярный вулканит.
порода, где пузырьки, которые когда-то содержали газ, придают породе высокую пористость, но поскольку
эти отверстия не связаны друг с другом, порода имеет низкую проницаемость.

Тонкий слой воды всегда
притягиваться к минеральным зернам из-за неудовлетворенного ионного заряда на
поверхность.
Это называется силой молекулярного притяжения . Если размер
взаимосвязей не так велика, как зона молекулярного притяжения,
вода не может двигаться.

Таким образом, крупнозернистые породы обычно более проницаемы, чем мелкозернистые
скалы и пески более проницаемы, чем глины.

Водоносные горизонты

Водоносный горизонт представляет собой большой объем проницаемого материала, где грунтовые воды
присутствует и заполняет все поровое пространство. Хорошие водоносные горизонты – это водоносные горизонты с высокой проницаемостью, такие как
плохо сцементированные пески, гравий или сильно трещиноватые породы. Водоупор представляет собой корпус из материала с очень низкой проницаемостью. Как правило, плотные глины, хорошо сцементированные песчаники, а также магматические и метаморфические породы без трещин являются хорошими водоупорами. Крупные водоносные горизонты
могут быть отличными источниками воды для использования людьми, такими как водоносный горизонт Высоких Равнин (в
пески и гравий) или Флоридский водоносный горизонт (в пористых известняках), как указано в вашем
текст.

Водоносные горизонты могут быть двух типов:

Безнапорные водоносные горизонты — наиболее распространенный тип водоносных горизонтов, где вода
стол подвергается воздействию атмосферы Земли через зону аэрации. .
Напорные водоносные горизонты – менее распространены, но встречаются, когда водоносный горизонт
заключены между слоями водоупорных толщ (водоупоров).

Уровень грунтовых вод

Дождь, падающий на поверхность, просачивается сквозь почву в зону, называемую
зона аэрации или ненасыщенная зона (также называемая вадозной зоной ), где большая часть
поровые пространства заполнены воздухом. По мере того, как он проникает глубже, он в конце концов попадает в зону, где
все поровые пространства и трещины заполнены водой.

Эта зона называется насыщенной
зона или фреатическая зона . Поверхность, ниже которой все отверстия в скале заполнены водой (т.
верхней части насыщенной зоны) называется уровнем грунтовых вод .

Уровень грунтовых вод встречается повсюду под поверхностью Земли. В пустынных районах это
присутствует всегда, но редко пересекает поверхность.

В более влажных регионах достигает
поверхности у ручьев и озер и обычно имеет тенденцию повторять топографию поверхности. Глубина
Однако уровень грунтовых вод может измениться, так как количество воды, поступающей в и из
изменения зоны насыщения.

В засушливые сезоны глубина до уровня грунтовых вод увеличивается. В течение
во влажные сезоны глубина до уровня грунтовых вод уменьшается.

В недрах могут существовать прерывистые водоупоры и водоносные горизонты.
Они останавливают инфильтрацию вниз к уровню грунтовых вод и образуют так называемые взгроможденные грунтовые воды. Они перекрывают ненасыщенный материал, и их можно спутать с основным уровнем грунтовых вод. Поскольку они меньше, они легче обезвоживаются или загрязняются.

Движение подземных вод

Подземные воды находятся в постоянном движении, хотя скорость их движения обычно
медленнее, чем он двигался бы в потоке, потому что он должен пройти через сложную
проходы между свободным пространством в скале. Сначала грунтовые воды движутся вниз из-за
притяжение гравитации. Но он также может двигаться вверх, потому что он будет течь из-за более высокого давления.
области в области с более низким давлением, как это видно из простого эксперимента, показанного ниже.
Представьте, что у нас есть U-образная трубка, наполненная водой. Если мы окажем давление на
с одной стороны трубы, уровень воды с другой стороны поднимается, поэтому вода движется из
зоны высокого давления в зоны низкого давления.

То же самое происходит под поверхностью Земли, где давление
выше под холмами и ниже под долинами

Поверхность Земли можно разделить на области, где часть воды
падающая на поверхность просачивается в зону насыщения и другие участки, откуда вода вытекает
зоны насыщения на поверхность. Места, где вода попадает в зону насыщения,
позвонил зоны подпитки , потому что зона насыщения подзаряжается
подземные воды под этими участками. Места выхода грунтовых вод на поверхность (озера,
ручьи, болота и родники) называются зонами сброса , потому что
вода сбрасывается из зоны насыщения. Как правило, площади перезарядки превышают
зоны разгрузки.

Движение подземных вод медленнее, чем в поверхностных водотоках. Это связано с тем, что он должен просачиваться через отверстия пор и дополнительно замедляется трением и электростатическими силами.

Для сравнения, типичные скорости потока следующие:

Океанские течения — 3 км/час
Крутое русло реки — 30 км/час
Подземные воды — 0,00002 км/час

Поток подземных вод бывает разного масштаба.
Локальный — мелководный поток возникает в течение короткого времени и на короткие расстояния, тогда как глубокий дальний поток возникает в течение столетий.

Скорость, с которой грунтовые воды проходят через насыщенный
зона зависит от проницаемости породы и гидравлического напора .
Гидравлический напор определяется как разница высот между двумя точками на уровне грунтовых вод.

Гидравлический градиент представляет собой гидравлический напор, деленный на расстояние
между двумя точками на уровне грунтовых вод.

Скорость потока подземных вод V определяется выражением:

В = К(ч ₂ — ч ₁ )/л

, где К — гидравлическая проводимость , которая является мерой проницаемости материала, через который проходит вода.

Если мы умножим это выражение на площадь А, через которую проходит вода
движется, то получаем разряд, Q.

Q = АК(ч ₂ — ч ₁ )/л

что Закон Дарси . В нем просто говорится, что расход пропорционален гидравлическому градиенту, умноженному на проницаемость. Расход выше, если гидравлический градиент высок и/или проницаемость высока.

Обратите внимание, что, как и сток ручья, Q имеет единицы измерения объема за время (т. е. кубические метры в секунду).

Пружины

Родник – это область на поверхности Земли, где уровень грунтовых вод пересекает
поверхности и вода вытекает из-под земли. Некоторые родники возникают, когда водоупор пересекает водоносный горизонт на поверхности Земли.
Такое сопоставление проницаемой и непроницаемой породы может происходить вдоль геологических
контакты и зоны неисправности (см. рис. 19.10 в вашем тексте для других примеров),

Горячие источники и гейзеры

Горячие источники – это выходы подземных вод с температурой от 30° до 104°C.
Воды обычно богаты растворенными минералами, которые часто выпадают в осадок вокруг источников.
Они развиваются в двух условиях: (1) там, где глубокие грунтовые воды выходят на поверхность вдоль разломов или трещин, и (2) в геотермальных регионах, где грунтовые воды нагреваются неглубокой магмой или горячими породами. Горячие источники являются отличительной геологической особенностью. Если поверхность через вулканический пепел, они превращаются в вязкую суспензию, называемую грязевыми котлами. Если они осаждают растворенные минералы при охлаждении, они могут образовывать отложения, подобные травертину, состоящему из кальцита.

Горячие источники также могут давать широкий спектр цветов из-за термочувствительных бактерий, которые метаболизируют минералы серы.

Гейзеры образуются, когда горячая вода извергается на поверхность. Они вызваны кипением воды на глубине, что вызывает подъем пузырьков пара и снижение давления. Это приводит к быстрому кипению, которое выбрасывает воду на поверхность в виде гейзера. Затем цикл повторяется после того, как пустая камера снова заполняется водой и нагревается до температуры кипения.

См. http://mysite.du.edu/~jcalvert/geol/geyser.htm

Горячие источники и гейзеры распространены в активных вулканических регионах, особенно в Йеллоустонском парке в Вайоминге.

Скважины

Колодец – это искусственная яма, вырытая или пробуренная достаточно глубоко, чтобы пересечь воду.
стол. В качестве источника подземных вод обычно используют колодцы. Если колодец вырыт под
уровень грунтовых вод, вода заполнит открытое пространство до уровня грунтовых вод, и может быть
вытягивается ведром или насосом. Системы переломов и водоемы с выступами
часто может затруднить поиск лучшего места для скважины.

Особым видом замкнутого водоносного горизонта является
артезианская система, показанная ниже. В артезианской системе водоносный горизонт заключен между водоносными горизонтами и включен таким образом, что давление внутри водоносного горизонта может выталкивать воду из колодца или подниматься вверх почти до того же уровня, что и верхняя часть зеркала грунтовых вод. Артезианские системы желательны, потому что они приводят к бесплатному
течет артезианские источники и артезианские скважины.

Изменения в системе подземных вод

Когда сброс подземных вод превышает пополнение системы, несколько неблагоприятных последствий
может возникнуть. Наиболее распространенным является понижение уровня грунтовых вод, что приводит к высыханию родников и
колодцы должны быть выкопаны на более глубокие уровни. Если воду откачивать из водоносного горизонта, поры
давление в водоносном горизонте может быть снижено, что может привести к уплотнению уже высохшего
водоносный горизонт и привести к проседанию земли. В некоторых случаях забор подземных вод превышает
подпитываются естественными процессами, поэтому подземные воды следует рассматривать как невозобновляемую
природное ископаемое.

Качество воды и загрязнение подземных вод

К качеству воды относятся такие параметры, как температура воды,
количество растворенных твердых веществ и отсутствие токсичных и биологических загрязнителей. Вода, которая
содержит большое количество растворенного материала из-за действия химического выветривания может
имеют горьковатый вкус и обычно называют жесткой водой. Горячая вода может появиться, если
вода поступает из глубинного источника или встречает остывающее магматическое тело на своем пути через
система подземных вод. Такая горячая вода может понадобиться для бань или геотермальной энергии,
но обычно нежелательно для потребления человеком или в сельскохозяйственных целях. Самый
загрязнение подземных вод является результатом биологической деятельности, в значительной степени человеческой. Среди
источники загрязнения:

Канализационные и септиктенки

Свалки отходов (как промышленных, так и жилых)

Бензобаки (подобные расположенным под всеми заправочными станциями)

Биологические отходы. Биологические загрязнители могут быть удалены из подземных вод
естественными процессами, если водоносный горизонт имеет взаимосвязи между порами, которые мельче
чем микробы. Например, песчаный водоносный горизонт может выступать в качестве фильтра для биологических
загрязнения.

Сельскохозяйственные загрязнители, такие как удобрения и пестициды.

Загрязнение соленой водой – в результате чрезмерного сброса пресных подземных вод в
прибрежная зона.

Загрязнение подземных вод может произойти из точечного источника, где шлейф загрязнения исходит из 1 точки. Концентрация загрязнителя максимальна вблизи источника и уменьшается по мере удаления от источника. Или из широко распространенного источника, когда загрязнение попадает на обширную территорию и распространяется по грунтовым водам на обширной территории. Загрязнители из неточечных источников трудно идентифицировать и устранить.

Шлейфы загрязнения подземных вод со временем меняются.
Они увеличиваются в длину с течением грунтовых вод.
Они увеличиваются в ширину за счет диффузии и дисперсии.
Большие шлейфы загрязняют большие территории и затрагивают многих людей.

Рекультивация проблем загрязнения подземных вод

Чтобы начать восстановление, сначала проводится характеристика загрязняющих веществ. Мониторинговые скважины устанавливаются для оценки поведения потока. Это позволяет проводить химические испытания для количественного определения количества и характера загрязняющих веществ. Затем разрабатываются стратегии для снижения рисков для здоровья.

Исправление обычно довольно дорогое. Большинство стратегий включают удаление источника загрязнения, затем откачку грунтовых вод и их очистку. Иногда для испарения грунтовых вод закачивают тепло или закачивают пар для очистки защитной оболочки. Недавно разработанные методы используют бактерии для очистки грунтовых вод в процессе, называемом биоремедиацией .

Предотвращение загрязнения подземных вод

Лучше всего предотвратить загрязнение, управляя землепользованием.
Полигоны теперь требуют облицовки дна полигона непроницаемой глиной и пластиковыми вкладышами.
Подземные резервуары для хранения требуют двойной облицовки для предотвращения утечек.
Тем не менее, наилучшей практикой является требование, чтобы загрязняющие вещества не попадали в систему подземных вод.

Геологическая активность подземных вод

Растворение. Напомним, что вода является основным агентом химического выветривания.
Подземные воды являются активным агентом выветривания и могут выщелачивать ионы из горных пород, а в случае
карбонатных пород, таких как известняк, может полностью растворить породу.

Химическая цементация и замена

— Вода также является основным агентом, действующим во время
диагенез. Он несет растворенные ионы, которые могут осаждаться с образованием химических цементов.
которые скрепляют осадочные породы. Подземные воды также могут заменять другие молекулы в
вещество на молекулу за молекулой, часто сохраняя первоначальную структуру, например, в
окаменелость или окаменелое дерево.

Пещеры и пещеры — Если большие площади известняка под землей растворены
под действием грунтовых вод эти полости могут стать пещерами или кавернами (пещеры с большим количеством
соединенные камеры) после понижения уровня грунтовых вод. Как только пещера образовалась, она открыта для
атмосфера и просачивающаяся вода могут осаждать новый материал, такой как обычный
пещерные украшения, такие как сталактиты (свисают с потолка), сталагмиты (растут из
этаж вверх), а также капельницы и известняки.

Воронки — Если крыша пещеры или каверны обрушится, это приведет к
воронка. Воронки, как и пещеры, обычны в районах, подстилаемых известняками. За
Например, во Флориде, которая подстилается известняками, примерно один раз образуется новая воронка.
каждый год, пожирая машины и дома в процессе.

Карстовые ландшафты — В районе, где основным видом выветривания является растворение
(как в известняковых ландшафтах), образование пещер и воронок, их обрушение и
слияние может привести к очень неправильной топографии, называемой карстовыми ландшафтами
(см. рис. 19.29 в вашем тексте) .

Примеры вопросов по этому материалу, которые можно задать на экзамене.

Дайте определение следующим параметрам: (a) пористость, (b) проницаемость, (c) гидравлический напор, (d) гидравлический градиент, (d) напорный водоносный горизонт, (f) безнапорный водоносный горизонт, (g) выступающий водоем, (h) воронка, (i) сталактит, (j) сталагмит.
Приведите несколько примеров горных пород или отложений, которые могли бы стать хорошим водоносным горизонтом и хорошим водоупором.
Какие факторы увеличивают расход (расход) подземных вод?
Что может вызвать повышение или понижение уровня грунтовых вод?
Дайте определение и объясните артезианские колодцы и артезианские источники.
Что вызывает горячие источники и гейзеры? Почему некоторые горячие источники очень красочные?
Как могут загрязняться подземные воды?
Что можно сделать, чтобы предотвратить загрязнение подземных вод?
Какие особенности системы подземных вод способствуют удалению биологического (микробного) загрязнения?
Как образуются пещеры и каверны?
Что такое карстовый ландшафт и как развивается карстовый ландшафт?

Вернуться на страницу EENS 1110

Водоносный горизонт | Типы и факты

водоносный горизонт

См. все СМИ

Связанные темы:: рок
подземные воды
весна
безнапорный водоносный горизонт
замкнутый водоносный горизонт

См. все связанные материалы →

водоносный горизонт , в гидрологии, слой горных пород, который содержит воду и выделяет ее в заметных количествах. Горная порода содержит заполненные водой поровые пространства, и, когда эти пространства соединяются, вода может протекать через матрицу породы. Водоносный горизонт также можно назвать водоносным пластом, линзой или зоной. Скважины можно бурить во многих водоносных горизонтах, и они являются одним из самых важных источников пресной воды на Земле.

Типы

Напорный водоносный горизонт представляет собой водоносный пласт, ограниченный или перекрытый слоем горных пород, который не пропускает воду в сколько-нибудь заметном количестве или является непроницаемым. По-настоящему замкнутых водоносных горизонтов, вероятно, немного, потому что испытания показали, что водоупорные пласты или слои, хотя они и не пропускают воду с готовностью, в течение определенного периода времени вносят большие количества воды за счет медленной утечки в дополнение к добыче из основного водоносного горизонта.

Водоносный горизонт подземных вод считается безнапорным, если его верхняя поверхность (уровень грунтовых вод) открыта для атмосферы через проницаемый материал. В отличие от замкнутого водоносного горизонта, уровень грунтовых вод в системе безнапорного водоносного горизонта не имеет вышележащего непроницаемого слоя породы, отделяющего его от атмосферы.

Перезарядка

Вода, находящаяся в водоносных горизонтах, пополняется за счет дренажа через почву, что часто является медленным процессом. Этот дренаж называется пополнением грунтовых вод. Скорость пополнения подземных вод максимальна, когда поступления осадков в почву превышают потери на эвапотранспирацию. Когда уровень грунтовых вод находится глубоко под землей, вода в водоносном горизонте может быть чрезвычайно старой, возможно, в результате прежнего климатического режима. Хорошим примером является вода системы водоносных горизонтов Нубийского песчаника, которая простирается через несколько стран в районе, который сейчас является Сахарой. Вода широко используется для водоснабжения и орошения. Методы радиоизотопного датирования показали, что этой воде много тысяч лет. Точно так же массивный водоносный горизонт Огаллала на Великих равнинах в Соединенных Штатах больше не получает подпитку водой из Скалистых гор, которые сформировали его в эпоху плиоцена (5,3–2,6 миллиона лет назад). Использование такой воды, не подпитываемой в условиях современного климатического режима, известно как добыча подземных вод.

Во многих водоносных горизонтах за последнее время резко упал уровень грунтовых вод. Обычно это происходит из-за отвода источников надземных вод, а также из-за чрезмерной добычи подземных вод для орошения и других целей. Такое истощение увеличивает затраты на откачку, вызывает высыхание колодцев и рек, а там, где прибрежный водоносный горизонт находится в гидравлическом контакте с морской водой, может вызвать проникновение соленой воды. Были предприняты попытки увеличить подпитку за счет использования сточных вод и накопления избыточных речных стоков.