Классификация подземных вод

Классификация подземных вод
Главная | О нас | Обратная связь

Классификация подземных вод по характеру залегания. Воды зоны аэрации и зоны насыщения. Напорные и безнапорные подземные воды

Подзе́мные во́ды — воды, находящиеся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и газообразном состоянии. Наиболее важна в научном и практическом отношении классификация подземных вод по характеру залеганию, использующая и некоторые другие классификации. Классификация по характеру залегания подземных вод (их иногда называют «общими») разрабатывали такие известные гидрогеологи, как Ф.П.Саваренский, А.М.Овчиников, Е.В.Пинеккер и др. По характеру залегания подземные воды подразделяются на: почвенные, грунтовые, межпластовые, артезианские, минеральные. 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. Артезиа́нские во́ды — напорные подземные воды, заключенные в водоносных пластах горных пород между водоупорными слоями. Обычно встречаются в пределах определенных геологических структур, образуя артезианские бассейны. При вскрытии буровой скважиной артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта, иногда фонтанируют. Источники артезианского типа относятся к важнейшим полезным ископаемым. Обычно залегают на глубине от 100 до 1000 метров. Минера́льные во́ды. Питьевые минеральные воды (лечебно–питьевые минводы) — природные подземные (известны также талые, воды поверхностных водоёмов, искусственные и др.) воды, которые характеризуются наличием определённых минеральных солей, газов, органических веществ и других химических соединений, в отличие от питьевых, в более высоких концентрациях минерализации или обладающие специфическими химико–физическими и другими свойствами — температура, содержание биологически активных компонентов (CO2, H2S, As и др.), природная радиоактивность (быстрораспадающиеся радиоактивные вещества — радон) и оказывающие вследствие этого лечебное действие при внутреннем и наружном (ванны, ингаляции и проч.) применении. Минеральные воды имеют важное бальнеологическое значение и их широко используют в санаторно–курортном лечении. Минводы используют для так называемого питьевого лечения и для ванн, купаний, душей, проводимых в бальнеолечебницах и в лечебных бассейнах, а также для ингаляций и полосканий при заболеваниях носоглотки и верхних дыхательных путей, для орошений при гинекологических болезнях, для промываний, главным образом при заболеваниях органов пищеварения, нарушениях обмена веществ и т. д.

Воды зоны аэрации. Зона аэрации занимает верхний слой почвенно — грунтовой толщи: от земной поверхности и до уровня грунтовых вод. Через зону аэрации осуществляется взаимосвязь атмосферы и грунтовых вод. В этой зоне происходят: инфильтрация дождевых и талых вод, формирование почвенной воды и верховодки, фильтрация гравитационной воды и десукция влаги растительностью с последующей ее транспирацией. Попадая после дождей или таяния снега в грунт, вода расходуется прежде всего на смачивание почвенного слоя и формирование почвенных вод, под которыми понимают временное скопление свободной (гравитационной) и капиллярной воды в почвенной толще. Эти воды имеют связь с атмосферой и участвуют в питании корневой системы растений. Почвенные воды обычно просачиваются в более глубокие слои грунта и не образуют постоянного водоносного горизонта. Почвенный сток возникает лишь при сильных дождях или снеготаянии, если в почве имеются наклонные слабопроницаемые прослои и если часть почвы насыщается водой. Мощность слоя с почвенной водой обычно изменяется от нескольких сантиметров до 1 – 1,5 м. Инфильтрующиеся вертикально вниз под действием силы тяжести воды зоны аэрации, встречая на своем пути относительный водоупор (отдельные прослои или линзы грунтов, обладающие слабой водопроницаемостью), образуют верховодку, т.е. временные, сезонные скопления подземных вод. Мощность верховодки обычно равна 0,4 – 1,0 м, редко достигает 2 – 5 м. Почвенные воды и верховодка обычно пресные. Однако в болотных и торфянистых почвах эти воды могут иметь застойный режим и высокую концентрацию кислот органического происхождения. Воды зоны аэрации легко подвержены загрязнению с поверхности земли. Выше уровня грунтовых вод в пределах зоны аэрации располагается капиллярная зона (ее иногда называют капиллярной каймой). Воды этой зоны (особенно при неглубоком залегании грунтовых вод) часто участвуют в питании почвенных вод и поглощаются корневой системой растений. Весьма характерно изменение влажности грунта в зоне аэрации после обильного увлажнения: по мере приближения к уровню грунтовых вод влажность грунта увеличивается от наименьшей до полной влагоемкости.

Напорные и безнапорные воды. Напорные (артезианские) воды – это подземные воды, залегающие в водоносных горизонтах между водоупорными пластами. Артезианские воды залегают глубже горизонта грунтовых вод и имеют более стабильный режим. Области питания и распространения артезианских вод обычно не совпадают. При вскрытии артезианского водоносного горизонта скважиной находящаяся под напором вода поднимается по скважине и может даже излиться на земную поверхность (в случае, если линия напора лежит выше уровня земли). Напор в артезианских водах создается в основном гидростатическим давлением, а также геостатической нагрузкой (весом вышезалегающих пород). Артезианские воды нередко имеют повышенную минерализацию. Обычно они менее подвержены загрязнению в сравнении с грунтовыми водами. Безнапорные воды — воды в наземных водоёмах, водотоках и в трубах при неполном их заполнении, а также подземные воды, имеющие свободную поверхность (водное зеркало). Подземные безнапорные воды находятся в первом от земной поверхности водопроницаемом слое, образуя верховодку, грунтовые воды, либо насыщают водопроницаемый слой горных пород, располагающийся между водоупорными породами (слоями), не достигая его водонепроницаемой кровли, — так называемые межпластовые безнапорные воды. Для практики важно, что уровень безнапорных вод в подземных горных выработках (буровых скважинах, колодцах, шурфах и т.п.) без откачки устанавливается на глубине появления подземных вод, в отличие от напорных вод, у которых уровень устанавливается ниже места вскрытия водоносного пласта.

Классификация подземных вод

Существуют несколько классификаций подземных вод. Подземные воды подразделяются по характеру их использования и по условиям залегания. В инженерно–геологических целях классифицируются эти воды по гидравлическому признаку.

По характеру использования подземные воды делятся на:

Хозяйственно – питьевые воды. Источниками водоснабжения обычно являются воды зоны интенсивного водообмена.

Технические воды, используемые в промышленности и сельском хозяйстве.

Промышленные воды содержат полезные элементы (бром, йод и т.д.) в количестве, имеющем промышленное значение; они залегают в зоне весьма замедленного водообмена.

Минеральные воды, отличаются повышенным содержаним биологически активных микрокомпонентов, газов, радиоактивных элементов и т.д.

Термальные воды имеют температуру более 37°С и используются для теплофикации городов и других энергетических целей.

Классификация подземных вод по условиям залегания (рис. 22.1).

Зона аэрации расположена между поверхностью земли и уровнем грунтовых вод. В этой зоне, непосредственно связанной с атмосферой и почвенным покровом, наблюдается просачивание атмосферных осадков и поверхностных вод вглубь, в зону насыщения. Поры в зоне аэрации лишь частично заполнены водой, остальная их часть занята воздухом. Зона аэрации играет важную роль в формировании подземных вод. Мощность зоны аэрации колеблется от нуля (в заболоченных местах) до нескольких сотен метров (в горных районах).

Непосредственно над поверхностью подземных вод располагается зона повышенной влажности-капиллярная кайма.

Почвенные воды распространены в почвенном слое близ поверхности Земли. Их формирование связано с процессами инфильтрации атмосферных осадков, снеготалых вод и конденсации атмосферной влаги. Вид и состояние почвенных вод определяют три основных фактора: общая увлажненность почвы, мощность зоны аэрации и структурно-текстурные особенности почвы. На участках, где мощность зоны аэрации большая, а грунтовые воды находятся глубоко, в почвенном слое при растущем увлажнении образуются подвешенные капиллярные воды, заполняющие межзерновые пространства пород. Толщина такого слоя капиллярно-подвешенных вод составляет обычно десятки сантиметров. В случае неглубокого залегания грунтовых вод возможно питание почв снизу за счет капиллярно-поднятой воды.

Верховодки – временные скопление подземных вод в зоне аэрации, они образуются над локальными водоупорами. Водоупор – практически не пропускающий сквозь себя воду слой грунта или горной породы, контактирующий сверху и снизу с водопроницаемыми горными породами. При инфильтрации в период таяния снега и обильных дождей вода задерживается в них и образует водоносные горизонты.

Зона насыщения горных пород расположена ниже уровня грунтовых вод. В этой зоне все поры, трещины, каверны и другие пустоты заполнены гравитационной водой.

В зоне насыщения выделяют воды: 1) грунтовые; 2) межпластовые безнапорные; 3) межпластовые напорные, или артезианские.

Грунтовые воды – это постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод, залегающие на первом от поверхности водоупорном слое.

Свободная поверхность грунтовых вод называется зеркалом (на разрезе уровень грунтовых вод – УГВ). Глубина залегания уровня то поверхности от 1 до 50 м и более. Водоупор, на котором лежит водоносный слой, называют ложем. Расстояние от водоупора до уровня подземных вод, называют мощностью водоносного слоя (рис 22.2.). Грунтовые воды в силу наличия свободной поверхности безнапорны.

Классификация подземных вод

Рис. 22.1. Классификация подземных вод по условиям залегания в земной коре

Классификация подземных вод

Рис. 22.2 Формы залегания грунтовых вод

1 – грунтовый поток; 2 – грунтовый бассейн; 3 – водоупор

Питание грунтовых вод происходит за счет атмосферных осадков, а также поступления воды из поверхностных водоемов и рек. Грунтовые воды находятся в непрерывном движении, образуя потоки, которые направленны в сторону общего уклона водоупора. Зеркало грунтовых вод обычно копирует рельеф местности.

Грунтовые воды речных долин могут использоваться для водоснабжения; глубина залегания изменяется от 1 см до 10-15 м.

Грунтовые воды ледниковых отложений, представленных разнообразными обломочными породами, и включающих водоносные слои. Эти воды используются для водоснабжения.

Грунтовые воды пустынь и полупустынь залегают глубоко и имеют высокую минерализацию.

Грунтовые воды горных областей, в которых выпадает много атмосферных осадков, частично проникающих в выветрелые и трещиноватые породы. Наибольшее количество грунтовых вод хорошего качества скапливается в отложениях предгорных наклонных равнин. Это вода широко используется для водоснабжения.

При изучении режима грунтовых вод важно знать: 1) высотное положение их уровня и уменьшение его во времени и по площади; 2) дебит источников; 3) количество выпадающих атмосферных осадков; 4) изменение уровня воды в поверхностных водоемах и реках, с которыми связаны грунтовые воды. Изучение этих вопросов и систематические замеры уровня грунтовой воды в колодцах и специальных буровых скважинах производятся на многочисленных режимных гидрогеологических станциях. По результатам этих замеров, соответствующих определенному времени, строятся карты гидроизогипс (греч. «изос9quot; — равный, «гипсос9quot; — высота), на которых отражаются линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками уровня грунтовых вод. По карте гидроизогипс можно определить направление грунтового потока, глубину и характер залегания уровня грунтовых вод и зависимость его уклона от водопроницаемости отложений и мощности водоносного горизонта.

Межпластовые подземные воды.

Эти безнапорные воды располагаются в водопроницаемых породах, которые сверху и снизу ограничены водонепроницаемыми пластами. Обычно они встречаются на приподнятых междуречных массивах в условиях расчлененного рельефа (местной гидрографической сети) и выходят в виде нисходящих источников в береговых склонах оврагов, рек и других поверхностных водоемов.

Напорные (артезианские) воды связаны с залеганием водоносных слоев в виде синклиналей и моноклиналей (рис. 22.3, 22.4.). Напоры характеризуются пьезометрическими уровнями. Артезианские воды обычно залегают на большой глубине.

Классификация подземных вод

Рис. 22.3. Артезианская вода при моноклинальном залегании слоев

1 – водоупоры; 2 – водоносный слой; 3 – область питания водой; 4 – буровая скважина; 5 – пьезометрический уровень; Н – высота напора

Классификация подземных вод

Рис. 22.4. Артезианская вода при синклинальном залегании слоев

1 – водоупор; 2 – водоносный слой; 3 – буровые скважины; 4 – область питания водой; 5 – пьезометрический уровень; Н – высота напора

Уровень напорных вод называют пьезометрическим (греч. «пьезо9quot; — давлю) и всегда выражается в абсолютных отметках, а величина напора – в метрах. Пьезометрическая поверхность напорного водоносного горизонта изображается обычно на специальных картах гидроизопьез. Гидроизопьезы (иногда их называют изопьезы, или пьезо-изогипсы) – линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками пьезометрического уровня.

5.189.137.82 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Классификация подземных вод по характеру залегания

Под воздействием силы тяжести или гидравлического напора подземные воды перемещаются в порах, трещинах и пустотах, имеющихся в горных породах. Движение подземных вод в пористой среде называется фильтрацией. В зависимости от характера и степени пустотности (скважности) изменяется водопропускная способность горных пород, их водопроницаемость. Так как водопроницаемые и водоупорные горные породы обычно переслаиваются, наблюдается чередование водоносных и водоупорных слоев. Слои (толщи) горных пород, содержащие подземные воды, называются водоносными горизонтами.

По условиям образования и залегания выделяются три основных группы подземных вод:

1) воды зоны аэрации;

2) воды зоны периодического насыщения;

3) воды полного насыщения.

Воды зоны аэрации занимают верхний слой почвенно-грунтовой толщи — от земной поверхности до уровня грунтовых вод. В этой зоне происходит инфильтрация (движение подземных вод в вертикальном направлении под действием силы тяжести) дождевых и талых вод, формирование почвенной воды и верховодки, фильтрация гравитационной воды, десукция влаги растительностью (поглощение воды корневой системой растений) с последующей ее транспирацией (испарение органами растений). Инфильтрующиеся воды, двигаясь вертикально вниз под действием силы тяжести, встречают на своем пути относительные локальные водоупоры и образуют верховодку, т.е. временные сезонные скопления подземных вод (рис. 3.1).

К верховодке относятся подземные воды, залегающие на небольшой глубине от поверхности земли в зоне аэрации. Это периодически существующие локально развитые подземные воды, не имеющие регионально выдержанного водоупора. Они накапливаются на поверхности небольших линз или перемежающихся слоев водонепроницаемых и полупроницаемых горных пород. Мощность верховодки (0,5-1, редко 2-3 м ) и ее уровень подвержены значительным изменениям, которые находятся в соответствии с климатическими колебаниями. Наибольшей величины мощность верховодки достигает весной или осенью. Часто, при малом количестве осадков, она исчезает совсем.

Классификация подземных вод

Рис. 3.1. Гидрогеологическое строение верхней части грунтовой толщи

Почвенные воды — вода, расположенная у поверхности и заполняющая пустоты в почве. Она находится в гигроскопической плёночной и капиллярной формах. В пределах зоны аэрации, над уровнем грунтовых вод располагаются капиллярные воды (капиллярная кайма). Различают капиллярно подвешенные (не имеющие связи с уровнем грунтовых вод) и капиллярно приподнятые воды. Кроме того, в зоне аэрации существуют почвенные воды, удерживаемые поверхностью частиц в верхней части почвенного профиля.

Зона периодического насыщения водой, расположена между минимальным уровнем подземных вод, соответствующим засушливым периодам, и наивысшим, устанавливающимся в многоводные периоды. Эта зона характеризуется периодическим смачиванием и осушением за счет колебания уровня грунтовых или трещинных вод.

Зона полного насыщения находится ниже постоянного уровня грунтовых вод. В этой зоне выделяют:

1) грунтовые воды;

2) межпластовые воды;

Грунтовые воды — это воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, залегающего на первом более или менее регионально выдержанном водонепроницаемом слое. Отсутствие водоупорной кровли обусловливает их питание на всей площади распространения. Поэтому область питания грунтовых вод совпадает с областью распространения, что делает их уязвимыми по отношению к загрязнению.

В грунтовых водах следует различать верхнюю поверхность, или зеркало грунтовых вод, и водоупорное ложе (водонепроницаемая горная порода, подстилающая грунтовые воды). Расстояние от земной поверхности до уровня грунтовых вод называется глубиной залегания, расстояние от зеркала грунтовых вод до водоупорного ложа — мощностью водоносного слоя. Грунтовые воды по своим гидравлическим особенностям – безнапорные или обладают небольшим местным напором. Уровень грунтовых вод подвержен достаточно резким колебаниям в зависимости от метеорологических условий. К зеркалу грунтовых вод примыкает капиллярная кайма. В практике строительства чаще всего приходится встречаться именно с грунтовыми водами. Они создают большие трудности при производстве строительных работ (заливают котлованы, траншеи и т.д.) и мешают нормально эксплуатировать здания и сооружения.

Движение грунтовых вод. Зеркало грунтовых вод редко бывает горизонтальным. Часто оно, в несколько сглаженном виде, повторяет рельеф поверхности и имеет четко выраженный наклон в сторону понижения водоупора. Происходит это вследствие того, что подземные воды находятся в непрерывном движении. Они двигаются в виде грунтового потока, подчиняясь силе тяжести, в направлении оврагов, рек, морей и других понижений рельефа, где происходит их разгрузка в виде источников. Эти участки называются областями разгрузки, или, областями дренирования.

Режим грунтовых вод. Уровень, количество и качество грунтовых вод с течением времени меняется. Они чувствительны к изменению внешних гидрометеорологических условий. Основным фактором при этом являются климатические условия и особенно количество атмосферных осадков. В многоводные годы, когда атмосферных осадков выпадает много, уровень грунтовых вод повышается, в маловодные годы наоборот, понижается.

Межпластовые воды отличаются от грунтовых тем, что находятся между двумя регионально выдержанными водоупорными пластами. Их питание происходит не на всей площади распространения водоносного горизонта, а только в месте его выхода на дневную поверхность, через трещины или фациальные окна (литологическая неоднородность горной породы) в водоупоре. Межпластовые воды делятся на безнапорные и напорные.

Безнапорные межпластовые воды. Обычно такие воды развиты в условиях расчлененного рельефа и залегают выше базиса эрозии (уровень местной гидрологической сети). Они не заполняют полностью водоносный слой, не имеют соприкосновения с водонепроницаемой кровлей и, как грунтовые воды, характеризуются свободной (гравитационной) поверхностью. При вскрытии контакта водоносных и водоупорных пород на береговых склонах оврагов, рек образуются источники или родники. Таким образом, межпластовые воды являются проточными и по условиям передвижения аналогичны грунтовым нисходящим водам, подчиняющимся законам силы тяжести.

Напорные, или артезианские, межпластовые воды. К напорным водам относятся воды, залегающие между двумя водонепроницаемыми пластами горных пород ниже базиса эрозии и области питания. Геологические структуры значительных размеров (сотни и тысячи км 2 ), содержащие в себе напорные межпластовые воды, называют артезианскими бассейнами.

Наиболее благоприятные условия для формирования напорных вод создаются в пределах различных прогибов земной коры, а также при моноклинальном залегании горных пород. В первом случае водоносные слои изогнуты в виде чаши или синклинальной складки. Областью питания подземных вод является место выхода водоносного пласта на поверхность. Атмосферные воды, поступая в водопроницаемые слои путем инфильтрации или инфлюации (лат. influo — втекаю), движутся к центральным частям мульды и заполняют весь водоносный слой, находясь под гидростатическим давлением. Если выкопать колодец или пробурить скважину до водоносного слоя, то подземная вода после ее вскрытия поднимется на значительную высоту. В колодцах, заложенных на более низких по рельефу участках, вода будет самоизливаться на поверхность, или, как принято говорить, фонтанировать в других же остановится на какой-то глубине, но выше кровли водоносного пласта.

Подъем воды в скважинах бывает различным и зависит от высоты расположения областей питания. Разность отметок в области питания и вскрытия пласта (с учетом потери напора при движении подземных вод), определяет высоту напора воды в данном месте. Этот напорный уровень называют пьезометрическим уровнем. выше которого вода не может подняться. Пьезометрический уровень обычно выражают в отметках по отношению к уровню Мирового океана.

Трещинные воды. Подземные воды, приуроченные к сильно раздробленным зонам скальных горных пород, называются жильными или трещинными. Особенно широко они развиты в горных районах и характеризуются нестабильным уровнем, расходом и качеством воды. В отличие от вод, рассмотренных ранее, и заполняющих поры между частицами грунтов, в трещинных водах преобладает гравитационная (свободная) вода, а ее перемещение в большей степени напоминает течение поверхностных вод под действием силы тяжести или напора, чем фильтрацию в пористой среде. В случае, если трещиноватые горные породы относятся к числу растворимых, развиваются карстовые явления.

Карстовые воды. Карстом называют процесс выщелачивания растворимых трещиноватых горных пород движущимися подземными и поверхностными водами, которые вызывают образование пещер, каналов и полостей в глубине Земли и разнообразных впадин и каровых полей на поверхности (рис. 3.2, 3.3). К числу растворимых пород относятся каменная соль, гипс, ангидрит, известняк, доломит, отчасти мергель, в которых и наблюдается развитие интенсивных карстовых процессов. В зависимости от состава растворимых пород различают соляной карст, гипсовый, карбонатный. Вода, насыщенная углекислотой, органическими кислотами растворяет известняки и доломиты во много раз активней, чем химически чистая вода. Присутствие же в подземных водах NaCl повышает растворимость гипса в 2,5-3,5 раза, а наличие сернокислого магния понижает растворимость его до нуля.

Классификация подземных вод

Рис. 3.2 Карстовая воронка (фото О.Ю.Крицкой)

Классификация подземных вод

Рис. 3.3 Карровое поле (фото С.В.Газарян)

Типы подземных вод. Классификация подземных вод.

Подземные воды — полезное ископаемое, особенно ценное своей возобновляемостью в естественных условиях и в процессе эксплуатации. Самая общая схема классификации подземных вод выделяет три основные их типа по условиям залегания и характеру напора: верховодка, грунтовые безнапорные и напорные (артезианские) воды.

Верховодкой называют временные скопления вод в зоне аэрации, которые располагаются над горизонтом грунтовых вод, где часть пор грунта занята воздухом. Верховодка образуется над небольшими водоупорами типа линзы глин и суглинков в песке, над прослойками более плотных пород и т. д. (рис. 5.1.) при инфильтрации воды в период обильного снеготаяния, дождей. В остальное время вода верховодки испаряется и просачивается в нижеследующие грунтовые воды. В целом для верховодки характерны: временный, чаще сезонный характер, небольшая площадь распространения, малая мощность и безнапорность.

Классификация подземных вод

Грунтовыми называют постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод, залегающие на первом от поверхности водоупоре. Грунтовые воды безнапорны. имеют свободную поверхность, которая называется зеркало (или уровень). Положение зеркала в какой-то мере отвечает рельефу данной местности. Глубина до уровня грунтовых вод от поверхности различна — от 1 до 50 м и более. Водоупор, на котором лежит водоносный слой, называют водоупорным ложем, а расстояние от него до уровня подземных вод — мощностью водоносного слоя (Н) (рис.5.2.). Грунтовые воды образуют потоки, которые направлены в сторону уклона водоупора или зеркала грунтовых вод.

Межпластовыми водами называют водоносные горизонты, располага­ющиеся между водоупорами. Они бывают ненапорными (безнапорными) и напорными. Межпластовые ненапорные воды встречаются сравнительно редко, их водоносные слои заполнены водой лишь частично. Напорные (артезианские)воды связаны с залеганием водоносных слоев на большой площади под наклоном к горизонту или в виде изгиба (складки).

Площадь распространения напорных водоносных горизонтов называют артезианским бассейном. Отдельные части водоносных слоев залегают на различных высотных отметках. Это и создает напор подземных вод. Область питания, как правило, не Рис. 5.1. Грунтовые воды и верховодка

совпадает с площадью распространения межпластовых вод (рис. 5.2.).

Напорность вод характеризует пьезометрический уровень. Он может быть выше поверхности земли или ниже ее. В первом случае, выходя через буровые скважины, вода фонтанирует, во втором — поднимается лишь до пьезометрического уровня. Многие артезианские бассейны занимают огромные площади, содержат ряд водоносных горизонтов и являются важным источником питьевой воды.

Классификация подземных вод

Рис. 5.2. Схема артезианского бассейна. А – пределы распространения артезианских вод; а –область питания (и частично- стока); б- область напора; в – область разгрузки; Б – пределы распространения грунтовых вод; Н1 – напорный уровень выше поверхности Земли; Н2 – напорный уровень ниже поверхности Земли; М – мощность артезианского горизонта; 1 – водоносный пласт; 2 – водоупорные породы; 3 – уровень воды.

Режим подземных вод

Режим подземных вод — это изменение во времени их уровня, химического состава, температуры и расхода. Главными причинами колебания уровня подземных вод являются: 1) метеорологические факторы; 2) гидрогеологические условия; 3) колеба­ния земной коры; 4) антропогенное воздействие.

Метеорологические факторы, количество атмосферных осадков, интенсивность испарения воды вызывают сезонные и годовые (многолетние) колебания уровня. По сезонам года уровни могут испытывать колебания в 1—1,5 м и более в результате снеготаяния и затяжных дождей. Подъем уровня начинается лишь через некоторое время после этого: опоздание тем больше, чем меньше водопроницаемость пород и больше глубина залегания грунтовых вод. Многолетние колебания уровня связаны с изменениями количества годовых осадков. Средний уровень при этом повышается или понижается на длительное время.

Классификация подземных вод Гидрогеологические условия проявляются в виде влияния на грунтовые воды

Рис. 5.3. Изменение уровней и режима питания грунтовых вод при временном паводковом поднятии воды в реке (а и а1 ): АБА – поверхность грунтовых вод в межпаводковый период; ааА и а1 а1 А – то же в паводковый период).

рек и водохранилищ. Паводки на реках вызывают временный подъем уровней грунтовых вод. Ширина зоны влияния паводков в хорошо проницаемых песках может достигать 1—2 км. В это время речные воды фильтруются в водоносный горизонт. В межень, при низких уровнях воды в реке, наоборот, подземные воды разгружаются в борта и днище поймы реки. При этом уровни грунтовых вод уменьшаются (рис. 5.3.).

Колебания земной коры выражаются в опускании или поднятии отдельных участков суши. Процесс поднятия может приводить к сниже­нию уровней подземных вод, так как увеличивается их отток вследствие углубления эрозионных врезов (оврагов, долин и т. д.). При опускании территории происходит обратный процесс: отток грунтовых вод ослабева­ет, уровень их повышается.

Строительная деятельность человека в наше время существенно сказывается на положении уровней грунтовых вод. Водохранилища, пруды, системы орошения, судоходные каналы и многие другие сооружения интенсивно повышают уровни грунтовых вод, приводят к формированию горизонтов верховодок. В областях распространения слабоводопроницаемых грунтов на территории жилых районов и на участках промышленных сооружений уровень грунтовых вод с течением времени, как правило, повышается. Происходит так называемый процесс подтопления застраиваемых и застроенных территорий, который в настоящее время распространен и является одним из ведущих среди антропогенных процессов, оказывающих активное негативное воздействие на геологическую среду.

Движение подземных вод

Классификация подземных вод

Ненапорные грунтовые воды в зоне полного насыщения передвига­ются при на Рис.5.4. Схема безнапорной фильтрации. Н1 и Н2 – мощность водоносного горизонта; &#&16;Н – превышение уровней; L – расстояние между сечениями.

личии разности гидравлических напоров (уровней), от мест с более высоким к местам

с низким напором (уровнем) (рис. 5.4.). Разность напоров &#&16;H = H1 — H2 в сечениях I и II обусловливает движение воды в направлении сечения II. Скорость движения грунтового потока зависит от величины разности напора и длины пути фильтрации L. Отношение разности напора &#&16;Н к длине пути фильтрации L называют гидравлическим уклоном или гидравлическим градиентом:

Движение грунтового потока в водоносных слоях (галечник, песок, супесь, суглинок) имеет параллельно-струйчатый, или так называемый ламинарный, характер и подчиняется закону Дарси. В соответствии с этим законом расход фильтрующейся через породы воды Q (м 3 /сут, л/сек ) равен

где Q — расход воды (количество фильтрующейся воды в единицу времени, м 3 /сут ); Кф — коэффициент фильтрации, м/сут ; F — площадь поперечного сечения потока воды, м2 ; I — гидравлический уклон, в долях единиц .

Разделив обе части уравнения на площадь F и обозначив скорость фильтрации через

Скорость фильтрации (или ламинарного потока) по формуле v = Q/F не отвечает действительной скорости воды в породе и называется фиктивной или приведенной скоростью движения воды, так как площадь поперечного течения потока (F ) по этой формуле принята равной площади поперечного сечения породы. Вода, как известно, течет лишь через часть сечения, равную площади пор и трещин породы. Поэтому действительная скорость воды vд определяется с учетом пористости породы:

где n — пористость, выраженная в долях единицы.

Почти во все формулы, используемые в гидрогеологии, входит коэффициент фильтрации. Наиболее точные значения Кф можно получить с помощью полевых методов, основанных на проведении откачек воды из гидрогеологических скважин или наливов воды в шурфы. Для этого производят наблюдения во времени за уровнем и расходом подземных вод. Расчет коэффициента фильтрации производится на основании установленных зависимостей Q = f(t) и Н = f(t).

Классификация подземных вод

Приближенные значения коэффициента фильтрации для песков можно получить расчетным путем. Для этого используется одна из многочисленных эмпирических формул, связывающих Кф породы с ее гранулометрическим составом. Достаточно достоверные результаты дают лабораторные методы определения коэффициента фильт Рис. 5.5. Карта изогипс. 1 – гидроизогипсы в абсолютных отметках;2 – скважина (слева – номер скважины, справа: числитель – глубина до воды, знаменатель – абсолютная отметка уровня грунтовых вод); 3 – источник; 4 – направление движения грунтовых вод; 5 – участок, где изменяется гидравлический градиент (уклон поверхности вод) 6 – уровень грунтовых вод.

рации в специальных приборах, куда помещаются образцы пород из водоносного горизонта.

Движение подземных вод осуществляется от мест, где уровни подземных вод имеют более высокие абсолютные отметки к местам, где эти отметки ниже. О форме поверхности обводненной части пород можно судить по карте гидроизогипс. Гидроизогипсаминазывают линии, соединяющие точки с одинаковыми отметками уровней грунтовых вод (рис. 5.5.).

Классификация подземных вод Для её построения необходимо единовременное (1-2 дня) измерение уровней в скважинах и приведение их к одной плоскости сравнения. Обычно за плоскость сравнения берется уровень моря. По карте гидроизогипс определяется направление течения грунтового потока. Это направление всегда перпендикулярно к линиям гидроизогипс, так как вода двигается к более низким отметкам. Линии, по которым двигаются подземные воды при установившемся, не изменяющемся во времени движении, называют линиями тока.

infopedia.su не принадлежат авторские права, размещенных материалов. Все права принадлежать их авторам. В случае нарушения авторского права напишите сюда.

§ 4. Происхождение подземных вод

Подземные воды образуются большей частью путем инфиль­трации атмосферных осадков, а частично путем конденсации из воздуха, при понижении температуры воздуха, находящегося в порах пород, до точки росы. Часть подземных вод, будучи захороненном в порах осадочных толщ, образуется одновременно с осаждением терригенных материалов на дне водоемов; эти воды называются седиментационными.

Первоначально, по мнению большинства исследователей, вода па земле образовалась из магмы; в процессе ее охлаждения и кристаллизации наряду с твердыми и газообразными компонентами выделялась также вода в виде пара, конденсировавшегося затем и жидкое состояние. И в настоящее время при вулканических извержениях в составе летучих преобладает вода в парообразном состоянии. Подземная вода, образующаяся из магмы, называется ювенильной.

В круговороте воды на земле наиболее активно участвуют воды инфильтрацнонного и в меньшей мере конденсационного происхождения; седиментационные воды, входящие в состав древних осадочных толщ, могут включаться в общий круговорот в результате геологических процессов (сжатия в складки, разрушения вышележащих толщ, образования трещин и т. п.) и время их круговорота измеряется геологическими масштабами времени. Еще меньше доля участия в общем круговороте ювенильных вод.

В местах залегания месторождений полезных ископаемых подземные воды образуются преимущественно путем инфильтрации. Об этом свидетельствует наблюдаемое почти во всех шахтах и рудниках увеличение притоков воды в горные выработки в весеннее время, и после выпадения дождей, хотя и с некоторым запаздыванием.

§ 5. Классификация подземных вод

Единой общепринятой классификации подземных вод не существует. Это объясняется тем, что подземные воды залегают в земной коре в самых разнообразных геологических условиях, физические свойства их и химический состав чрезвычайно разнообраз­ны, требования к подземным водам при их эксплуатации неодинаковые.

В основу классификации подземных вод могут быть положены различные признаки: способ образования, условия залегания, гидравлические свойства, литологический состав водоносных пород, их возраст, физические свойства подземных вод, их химический состав и др.

По условиям образования подземные воды подразделяются па различные группы, из которых важнейшее значение имеют воды инфильтрационные и частично конденсационные.

По условиям залегания и характеру вмещающих горных пород подземные воды делятся на следующие типы: 1) паровые воды, залегающие и циркулирующие в порах горных пород, которые сла­гают самую поверхностную часть земной коры; 2) пластовые воды, залегающие и циркулирующие з порах или трещинах осадочных горных пород, перекрываемых и подстилаемых водоупорными породами; эти воды подразделяются на порово-пластовые и трещинно-пластовые; 3) трещинные воды, циркулирующие в скальных (магматических, метаморфических и осадочных) породах, пронизанных равномерной трещиноватость; 4) карстовые воды, цирку­лирующие в массивах карбонатных, гипсоносных и соленосных раскарстованных пород; 5) трещинно-жильные воды, циркулирующие в отдельных тектонических трещинах и в зонах тектонических разломов.

По гидравлическим свойствам подземные воды делятся на безнапорные, или воды со свободной поверхностью, и напорные, когда водоносный горизонт перекрыт сверху водоупорной породой и на­ходящаяся в нем подземная вода испытывает гидростатическое давление, обусловливающее напор.

В зависимости от возраста водовмещающих пород подземным водам присваивается соответствующее наименование, например: воды каменноугольных отложений, юрских, меловых, третичных и т. п.

По температуре подземные воды подразделяются на холодные (с температурой ниже 20° С), теплые (20 — 37° С), горячие (37 — 42 и очень горячие (термы, с температурой более 42° С).

По степени минерализации, или по содержанию растворенных солей, подъемные воды, согласно В. И. Вернадскому, подразде­ляются на пресные (содержащие до 1 г/л растворенных веществ), солоноватые (1 — 10 г/л), соленые (10 — 50 г/л) и рассолы (свыше 50 г/л). В практике существенное значение при характеристике и оценке подземных вод имеет не только общее содержание растворенных солей, но и их состав. В зависимости от преобладания растворенных в воде солей различают воды гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные, а по катионам — кальциевые, магниевые и натриевые.

Помимо солей в подземных водах всегда содержатся различные газы — углекислота, азот, сероводород и др. часто имеющие большое практическое значение. В зависимости от растворенного в воде газа различают углекислые, сероводородные, радоновые и другие виды подземных вод. В большинстве случаев подобные воды имеют лечебное значение (углекислые воды Кисловодска, сероводородные воды Мацесты, радоновые воды Цхалтубо и др.). Подземные воды, обладающие теми или иными лечебными свойствами, называются бальнеологическими.

Подземные воды, содержащие в растворенном виде промышленные концентрации тех или иных элементов, называются промышленными. Различают йодные, бромо-йодные, бромные и другие воды.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *