- Химический состав подземных вод. - Минеральные воды. - Происхождение подземных вод. Образование подземных вод. - Добыча подземных вод. Лицензия на подземные воды.

Подземные воды – запасы подземных вод, ресурсы подземных вод.

Подземные воды являются частью гидросферы планеты (2 % от объема) и участвуют в общем круговороте воды в природе. Запасы подземных вод еще до конца не разведаны. Сейчас в официальных данных фигурирует цифра в 60 млн кубических километров, но гидрогеологи уверены в том, что в недрах Земли находятся колоссальные неразведанные месторождения подземных вод и общее количество воды в них может исчисляться сотнями миллионами кубометров.

Подземные воды встречаются в буровых скважинах на глубине до нескольких километров. В зависимости от условий, в которых залегают подземные воды (таких как температура, давление, виды горных пород и т.п.), они могут быть в твердом, жидком и газообразном состоянии. По данным В.И. Вернадского, подземные воды могут существовать до глубины 60 км в связи с тем, что молекулы воды даже при температуре 2000 о С диссоциированы всего на 2%.

• О запасах подземной воды читайте: Океаны воды под землей. Сколько же воды на Земле?

При оценке подземных вод, кроме понятия «запасы подземных вод» используется термин «ресурсы подземных вод», характеризующий питание водоносного горизонта.

Классификация запасов и ресурсов подземных вод:

1. Естественные запасы – объем гравитационной воды, заключенной в порах и трещинах водовмещающих пород. Естественные ресурсы – количество подземных вод, поступающих в водоносный горизонт в естественных условиях путем инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек , перетекания из выше- и нижерасположенных водоносных горизонтов.

2. Искусственные запасы - это объем подземных вод в пласте, сформировавшийся в результате орошения, фильтрации из водохранилищ, искусственного пополнения подземных вод. Искусственные ресурсы – это расход воды, поступающей в водоносный горизонт при фильтрации из каналов и водохранилищ, на орошаемых площадях.

3. Привлекаемые ресурсы – это расход воды, поступающей в водоносный пласт при усилении питания подземных вод, вызванном эксплуатацией водозаборных сооружений.

4. Понятия эксплуатационные запасы и эксплуатационные ресурсы являются, в сущности, синонимами. Под ними понимается то количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления.

По степени общей минерализации выделяют воды (по В.И. Вернадскому):

• пресные (до 1 г/л),
• соло­новатые (1 -10 г/л),
• соленые (10-50 г/л),
• рассолы (более 50 г/л) - в ряде классификаций принято значение 36 г/л, соответствующее средней солёности вод Мирового океана.

В бассейнах Восточно-Европейской платформы мощность зоны пресных подземных вод варьирует от 25 до 350 м, солёных вод - от 50 до 600 м, рассолов - от 400 до 3000 м.

Приведенная классификация указывает на значительные изменения в минерализации воды – от десятков миллиграммов до сотен граммов на 1 литр воды. Максимальная величина минерализации, достигающая 500 – 600 г/л, встречена в последнее время в Иркутском бассейне.

Более подробно о химическом составе подземных вод, химических свойствах подземных вод, классификации по химическому составу, факторах, влияющих на химический состав подземных вод, и других аспектах читайте в отдельной статье: Химический состав подземных вод.

Подземные воды - происхождение и образование подземных вод.

В зависимости от происхождения подземные воды бывают:

• 1) инфильтрационные,
• 2) конденсационные,
• 3) седиментогенные,
• 4) «ювенильные» (или магмогенные),
• 5) искусственные,
• 6) метаморфогенные.

Подземные воды - температура подземных вод.

По температуре подземные воды подразделяются на холодные (до +20 °С) и термальные (от +20 до +1000 °С). Термальные воды обычно отличаются высоким содержанием различных солей, кислот, металлов, радиоактивных и редкоземельных элементов.

По температуре подземные воды бывают:

Холодные подземные воды подразделяются на:

• переохлажденные (ниже 0°С),
• хо­лодные (от 0 до 20 °С)

Термальные подземные воды подразделяются на:

• теплые (20 – 37 °С),
• горячие (37 – 50 °С),
• очень горячие (50 – 100 °С),
• перегретые (свыше 100 °С).

Температура подземных вод зависит также и от глубины залегания водоносных пластов:

1. Грунтовые воды и неглубоко залегающие межпластовые воды испытывают сезонные колебания температуры.
2. Подземные воды, залегающие на уровне пояса постоянных температур , сохраняют неизменную температуру в течение всего года, равную среднегодовой температуре местности.

• Там, где средние годовые температуры отрицательные , подземные воды в поясе постоянных температур круглый год находится в виде льда. Так образуется многолетняя мерзлота («вечная мерзлота»).
• В районах, где среднегодовая температура положительная , подземные воды пояса постоянных температур, наоборот, не замерзают даже зимой.
  

3. Подземные воды, циркулирующие ниже пояса постоянной температуры , нагреты выше среднегодовой температуры местности и за счёт эндогенного тепла. Температура вод в данном случае определяется величиной геотермического градиента и достигает максимальных значений в областях современного вулканизма (Камчатка, Исландия и др.), в зонах срединно-океанических хребтов, достигая температур 300-4000С. Высокотермальные подземные воды в районах современного вулканизма (Исландия, Камчат­ка) используются для отопления жилищ, стро­ительства геотермальных электростанций, теп­личного теплоснабжения и т. д.

Подземные воды - методы поиска подземных вод.

• геоморфологическая оценка местности,
• геотермические исследования,
• радонометрия,
• бурение разведочных скважин,
• изучение керна, извлечённого из скважин, в лабораторных условиях,
• опытные откачки из скважин,
• наземная разведочная геофизика (сейсморазведка и электроразведка) и каротаж скважин

Подземные воды – добыча подземных вод.

Важной особенностью подземных вод как полезного ископаемого является непрерывный характер водопотребления, что вызывает необходимость постоянного отбора воды из недр в заданном количестве.

При определении целесообразности и рациональности добычи подземных вод учитываются следующие факторы:

• Общие запасы подземных вод,
• Ежегодное поступление воды в водоносные горизонты,
• Фильтрационные свойства водовмещающих пород,
• Глубина залегания уровня,
• Технические условия эксплуатации.

Таким образом, даже при условии больших запасов подземной воды и значительном ежегодном ее поступлении в водоносные горизонты, добыча подземных вод не всегда является рациональной с экономической точки зрения.

Например, нерациональным будет добыча подземных вод в следующих случаях:

• очень маленькие дебиты скважин;
• сложность эксплуатации в техническом отношении (пескование, солеотложение в скважинах и др.);
• отсутствие необходимого насосного оборудования (например, при эксплуатации агрессивных промышленных или термальных вод).

Высокотермальные подземные воды в районах современного вулканизма (Исландия, Камчат­ка) используются для отопления жилищ, стро­ительства геотермальных электростанций, теп­личного теплоснабжения и т. д.

В этой статье мы рассмотрели тему Подземные воды: общая характеристика. Далее читайте: История изучения подземных вод.

Подземные воды - воды, находящиеся в толще земной коры. Находятся они в различном физическом состоянии - жидком, твёрдом (лёд, а также вода, связанная в кристаллической решётке различных минералов) и газообразном (водяной пар). Основную работу производит вода в жидком состоянии. Но вода внутри земной коры способна переходить из одного состояния в другое. Поэтому при изучении гидрологического режима подземных вод нужно учитывать все возможные состояния её нахождения. Изучение подземных вод и их деятельности является предметом особой дисциплины, находящейся на стыке геологических и географических наук -гидрогеологии .

Подземные воды участвуют в общем круговороте воды, но с различной интенсивностью. Выделяют зоны:

Свободного водообмена (верхнюю) - большей частью пресные;

Замедленного водообмена (среднюю) - минерализованные;

Весьма замедленного водообмена (нижнюю) - преимущественно рассолы.

Виды подземных вод:

3. Плёночная вода обволакивает минеральные частицы плёнкой толщиной в доли микрона. Удерживается силами поверхностного натяжения и может перетекать туда, где плёнка тоньше.

4. Гигроскопическая вода облекает минеральные частицы плёнкой, толщиной в одну молекулу. Становится подвижной только при переходе в газообразную форму. Не замерзает при существующих на Земле температурах.

5. Лёд - замёрзшая вода. Может содержаться в форме мелких кристаллических частиц (в мёрзлых грунтах) и формировать скопления.

6. Газообразная вода , или водяной пар содержится в составе подземных атмосфер.

7. Кристаллизационная вода входит в состав минералов в виде молекул (гипс, опал). Удаляется и переходит в другие состояния при реакциях дегидратации.

8. Конституционная вода - в составе кристаллической решётки минералов в диссоциированном виде. Высвобождается лишь при полном разрушении минералов при метаморфических процессах.

Верховодка - временное скопление гравитационныхподземных вод в зоне аэрации в породах (почвах), подстилаемых линзами или выклинивающимися пропластками водонепроницаемых (или слабо проницаемых) пород. Верховодка образуется в результате проникновения атмосферных или поверхностных вод (талых снеговых или паводковых), а также из искусственных водоёмов; исчезает вследствие внутрипочвенного испарения, просачивания через слабо проницаемые грунты или проникновения до постоянно существующего уровня грунтовых вод.

Верховодка характеризуется сезонной изменчивостью, ограниченной площадью распространения, резкими колебаниями уровня, запасов и химического состава вод. Верховодка, как правило, непригодна для водоснабжения. При ведении открытых горных работ в области развития верховодки необходимо обеспечение устойчивости откосов въездных, разрезных траншей и рабочих бортов, которое достигается применением пригрузок, сооружением горизонтальных дренажных скважин, использованием водоотлива и водоотвода.

Грунтовые воды - гравитационные подземные воды первого от поверхности Земли постоянного водоносного горизонта. Образуются главным образом за счёт инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков и вод рек, озёр, водохранилищ, оросительных каналов и шахтных водоотводных канав. Поверхность грунтовых вод — свободная, ненапорная; при вскрытии грунтовых вод скважинами или колодцами их уровень устанавливается на той глубине, где они были встречены. Области питания и распространения грунтовых вод совпадают.

В зависимости от количества выпадающих атмосферных осадков поверхность грунтовых вод испытывает сезонные колебания (в сухое время года она понижается, во влажное — повышается), изменяются также дебит, химический состав и температура грунтовых вод. Вблизи рек и водоёмов изменения уровня, расхода и химического состава грунтовых вод определяются характером гидравлической связи их с поверхностными водами и режимом последних. Величина стока грунтовых вод за многолетний период приблизительно равна количеству воды, поступившей путём инфильтрации.

Грунтовые воды имеют большое значение для народного хозяйства как источники водоснабжения промышленных предприятий, населенных пунктов и др. При эксплуатации грунтовых вод ставятся задачи рационального использования и охраны вод от истощения и загрязнения, которые наблюдаются в районах деятельности промышленных предприятий. Изменение химического состава грунтовых вод особенно заметно вблизи химических заводов, теплоэлектростанций, обогатительных фабрик, отвалов горных пород, оросительных каналов, шахтных водоотводных канав. В горнопромышленных районах отмечается также нарушение естественного гидрогеологического режима и истощение ресурсов грунтовых вод (полное — при открытом способе разработки и частичное — при подземном).

Степень влияния подземных горных работ на режим и ресурсы грунтовых вод зависит от соотношения глубины разработки и высоты развития водопроводящих трещин зоны над добычными выработками при выемке полезных ископаемых с обрушением пород кровли. Сохранение режимов грунтовых вод может быть достигнуто закладкой (полной или частичной) выработанного пространства (при этом высота развития зоны водопроводящих трещин не должна превышать подошвы водоупорного слоя грунтовых вод), а также при помощи тампонирования зон деформации пород, изменения технологии производства горных работ (например, применение бесцеликовой выемки полезных ископаемых), управления горным давлением и др.

Артезианские воды - напорные пластовые воды, залегающие между водоупорными слоями. Образуют крупные водонапорные системы — артезианские бассейны.

Артезианские воды, вскрытые буровыми скважинами, поднимаются выше кровли водоносного пласта, а при избыточном гидростатическом давлении изливаются на поверхность Земли или фонтанируют. Формирование напора артезианской воды связано с гидравлической изолированностью водоносных горизонтов, с разностью высот областей питания и распространения вод, находящихся на пониженных участках; некоторую роль играет также выжимание воды из уплотняющихся осадков (глин) в менее уплотнённые (песчаники, известняки). Условия залегания артезианских вод разнообразны — главным образом они приурочены к мульдообразным структурам; встречаются также при флексурообразном асимметричном моноклинальном залегании слоев.

Артезианские воды в районах активного водообмена — пресные или солоноватые, в условиях застойного режима — солёные или рассолы и являются, по-видимому, захороненными водами древних морских бассейнов, находившихся в различных геологических эпохах на этой территории. При разработке месторождений артезианских вод (если они не являются самостоятельным объектом эксплуатации) проявляются в виде прорывов, затрудняют проходку горных выработок и требуют применения специальных мер по защите выработок от воды.

Трещинные и карстовые воды - подземные воды, залегающие и циркулирующие в трещиноватых и закарстованных горных породах. Для трещинно-карстовых вод характерны турбулентное движение и относительно большие ресурсы вод. При проходке выработок и добыче полезных ископаемых без применения водозащиты трещинно-карстовые воды проявляются в виде повышенных водопритоков и мощных внезапных прорывов (часто вызывающих затопление выработок). Горные работы в области трещинно-карстовых вод вызывают также развитие депрессионной поверхности подземных вод на большой площади и истощение водных ресурсов. Трещинно-карстовые воды, благодаря повышенной водоотдаче и хорошей дренируемости закарстованных и трещиноватых массивов, содержащих воды, широко используются в народном хозяйстве для питьевого и технического водоснабжения.

Гидроизогипсы, коэффициент фильтрации

ГИДРОИЗОГИПСЫ - линии, соединяющие на карте (плане) точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками высот поверхности безнапорных подземных вод.

Коэффициент фильтрации k является важнейшей гидрогеологической характеристикой породы, вмещающей водоносный горизонт. В силу этого при любом гидрогеологическом обследовании площадки коэффициент фильтрации водоносных пород должен быть определен тем или другим методом.

Коэффициент фильтрации определяют как среднее арифметическое значение по результатам лабораторных и полевых исследований, полученных в одинаковых условиях.

Коэффициент фильтрации зависит от свойств породы и жидкости, поэтому его обычно используют для гидротехнических расчетов в тех случаях, когда жидкость одна и та же - вода.

Немалую часть водных запасов Земли составляют подземные бассейны, которые протекают в толще почвы и слоях горных пород. Огромные скопления подземных вод - озера, которые вымывают залежи пород и почву, образуя котлованы.

Значение грунтовой жидкости велико не только для природы, но и для человека. Поэтому исследователи проводят регулярные гидрологические наблюдения за ее состоянием и количеством, все глубже изучают, что такое подземная вода. Определение, классификация и остальные вопросы темы будут рассмотрены в статье.

Что такое подземная вода?

Подземная вода - это вода, располагающаяся в межслоевых пространствах горных пород, залегающих в верхнем слое земной коры. Такая вода может быть представлена в любом агрегатном состоянии: жидком, твердом и газообразном. Чаще всего подземные воды - это тонны текучей жидкости. Вторые по распространенности - это глыбы ледников, которые сохранились еще с периода вечной мерзлоты.

Классификация

Подразделение подземных вод на классы зависит от условий их залегания:

• почвенные;
• грунтовые;
• межпластовые;
• минеральные;
• артезианские.

Помимо перечисленных видов, разделяются подземные воды на классы, зависящие от уровня слоя, в котором они расположены:

• Верхний горизонт - подземные воды пресного содержания. Как правило, их глубинное нахождение невелико: от 25 до 350 м.
• Средний горизонт - это место залегания минеральной или соленой жидкости на глубине от 50 до 600 метров.
• Нижний горизонт - глубина от 400 до 3000 метров. Вода с повышеным содержанием минералов.

Подземная вода, располагающаяся на больших глубинах, по возрасту может быть молодой, то есть недавно появившейся, или реликтовой. Последняя могла закладываться в подземных слоях вместе с грунтовыми породами, в которых она "размещена". Или же образовалась реликтовая подземная вода от многолетней мерзлоты: ледники таяли - жидкость скапливалась и сохранялась.

Почвенные воды

Почвенная вода - это жидкость, которая залегает в верхнем слое земной коры. Преимущественно она локализуется в пространственных пустотах между частичками почв.

Если понять, что такое подземная вода почвенного вида, становится очевидным тот факт, что эта разновидность жидкости самая полезная, поскольку ее поверхностное расположение не лишает ее всех минералов и химических элементов. Такая вода является одним из главных источников "питания" для сельскохозяйственных полей, лесных массивов и других агрокультур.

Эта разновидность жидкости не всегда может залегать горизонтально, зачастую ее очертания схожи с рельефом почвы. В верхнем слое земной коры влага не имеет "твердой опоры", поэтому она находится в подвешенном состоянии.

Избыточное количество почвенных вод наблюдается по весне, когда тает снег.

Грунтовые воды

Грунтовая разновидность - это воды, которые располагаются на некоторых глубинах верхнего земного слоя. Глубины протекания жидкости могут иметь большие показатели, если это засушливая местность или пустыня. При умеренном климате с периодичным постоянством выпадения осадков, грунтовые воды залегают не так глубоко. А при избытке дождей или снега грунтовая жидкость может приводить к подтоплению местности. В некоторых местах эта разновидность вод выходит на поверхность почв и называется родником, ключом или источником.

Грунтовые воды пополняются благодаря выпавшим осадкам. Многие путают ее с артезианской, но последняя залегает глубже.

Избыточное количество жидкости может скапливаться в одном месте. В результате стоячего положения образуются из подземных вод болота, озера и пр.

Межпластовые

Что такое подземная вода межпластовой категории? Это, по сути, те же водоносные горизонты, что и грунтовые и почвенные, но только уровень их протекания глубже, чем у двух предыдущих.

Положительной особенностью межпластовых жидкостей является то, что они намного чище, поскольку залегают глубже. Кроме того, их состав и количество всегда колеблется в одном постоянном пределе, и если и происходят изменения, то незначительные.

Артезианские

Артезианские воды располагаются на глубинах, превышающих 100 метров и достигающих 1 км. Эта разновидность считается, да и является, самой пригодной для употребления в пищу. Поэтому на загородных участках часто практикуется бурение подземных скважин как источник водоснабжения жилых домов.

При бурении скважины артезианская вода фонтаном вырывается на поверхность, поскольку явлется напорной разновидностью подземных вод. Залегает в пустотах горных пород между водоупорными пластами земной коры.

Ориентиром для добычи артезианской воды являются определенные природные объекты, расположенные на поверхности: впадины, флексуры, мульды.

Минеральные

Минеральные - самые глубоководные и самые целебные и ценные для человеческого здоровья. В них повышенное содержание разнообразных минеральных элементов, концентрация которых постоянна.

Минеральные воды также имеют собственные классификации:

По назначению:

• столовая;
• лечебная;
• смешанная.

По преобладанию химических элементов:

• сероводородные;
• углекислые;
• железистые;
• йодные;
• бромные.

По степени минерализации: начиная от пресных и заканчивая водами с самой высокой концентрацией.

Классификация по назначению

Подземные воды используются в жизни человека. Их назначение бывает разным:

• питьевая - это вода, которая пригодна для употребления или в своем природном, нетронутом виде, или же после очистки;
• техническая - это жидкость, которая применяется в различных технологических, хозяйственных или промышленных отраслях.

Классификация по химическому составу

На химический состав подземных вод влияют те породы, которые прилегают в непосредственной близости к влаге. Выделяются следующие категории:

1. Пресные.
2. Слабоминерализованные.
3. Минерализованные.

Как правило, воды, залегающие в непосредственной близости с земной поверхностью, пресноводные. И чем глубже располагается влага, тем более минерализованный ее состав.

Как образовались подземные воды?

На образование подземных вод влияет несколько факторов.

1. Осадки. Выпавшие осадки в виде дождей или снега поглощаются почвой в размере 20 % от общего количества. Они формируют почвенную или грунтовую жидкость. Кроме того, эти две категории влаги участвуют в круговороте воды в природе.
2. Таяние ледников многолетней мерзлоты. Подземные воды образуют целые озера.
3. Есть еще ювенильные жидкости, которые образовались в застывшей магме. Это разновидность первичных вод.

Мониторинг подземных вод

Мониторинг подземных вод - важная необходимость, которая позволяет отследить не только ее качество, но и количество, и вообще, ее наличие.

Если качество воды исследуют лабораторно, обозревая изъятую пробу, то разведка наличия подразумевает следующие методы, друг с другом взаимосвязанные:

1. Первое - это проводится оценка местности на наличие предполагаемых подземных вод.
2. Второе - это производится замерение температурных показателей обнаруженной жидкости.
3. Далее применяется радоновый метод.
4. После производится бурение базовых скважин, сопровождаемых изъятием керна.
5. Выделенный керн отправляют на исследование: определяют его возраст, толщину и состав.
6. Из скважин откачивают некоторое количество подземных вод, чтобы определить их характеристики.
7. По базовым скважинам составляют карты залегания жидкости, оценивают ее качество и состояние.

Разведка подземных вод подразделяется на следующие типы:

1. Предварительная.
2. Детальная.
3. Эксплуатационная.

Проблемы загрязнения

Проблема загрязнения подземных вод очень актуальна на сегодняшний день. Ученые выделяют следующие способы загрязнения:

1. Химическое. Этот тип загрязнения очень распространен. Его глобальность зависит от того, что на Земле огромное количество сельскохозяйственных и промышленных предприятий, которые сбрасывают свои отходы в жидком и твердом (кристаллизованном) виде. Эти отходы очень быстро проникают в водонесущие горизонты.
2. Биологическое. Загрязненные стоки от хозяйственно-бытового использования, неисправные канализации - все это причины заражения подземных вод болезнетворными микроорганизмами.

Классификация по типу водонасыщенных грунтов

Различают следующие:

• поровые, то есть те, которые обосновались в песках;
• трещенные, те, что заполняют полости глыб горных пород и скал;
• карстовые, те, которые располагаются в известняковых породах или иных хрупких породах.

В зависимости от места расположения формируется и состав вод.

Запасы

Подземные воды расцениваются как полезное ископаемое, которое возобновимо и участвует в круговороте воды в природе. Общие запасы этой разновидности полезных ископаемых составляют 60 млн км 3 . Но, несмотря на то что показатели не маленькие, подземные воды подвержены загрязнению, а это существенно сказывается на качестве потребляемой жидкости.

Заключение

Реки, озера, подземные воды, ледники, болота, моря, океаны - все это водные запасы Земли, которые так или иначе взаимосвязаны между собой. Влага, располагающаяся в слоях почвы, не только формирует подземный бассейн, но и влияет на формирование поверхностных водоемов.

Грунтовые воды пригодны для питья людей, следовательно сбережение их от загрязнения - одна и главных задач человечества.

Подземные источники воды, в массе своей, считаются стратегическими водными ресурсами.
Водоносные слои, перемещаясь под воздействием собственной тяжести, образовывают безнапорные и напорные горизонты. Условия залегания их различны, что позволяет классифицировать их на виды: почвенные, грунтовые, межпластовые, артезианские, минеральные.

Различия подземной воды

Заполняют собой поры, трещины и все промежутки между частицами породы. Считаются временным скоплением капельных вод в поверхностной толще и не связаны с нижним водоносным горизонтом.

Образуют первый от поверхности водоупорный горизонт. Этот слой испытывает некоторые колебания, в различные сезоны, то есть, повышения уровня в весенне-осенний период и понижения в жаркое время года.

В отличие от грунтовых имеют более постоянный уровень по времени и залегают между двух упорных пластов.

Заполняя весь межпластовый горизонт, источник считается напорным и, значительно, чистым, относительно грунтовых вод.

Считаются напорными, заключенными в пластах горных пород. При вскрытии часто фонтанируют, поднимаясь выше уровня земной поверхности. Залегают на глубине 100-1000 метров.

Представляют собой воды с содержанием растворенных солей и микроэлементов, часто, лечебного характера.

Запасы подземных вод

Запасы почвенной воды напрямую зависят от пополнения их дождевыми и талыми стоками. Периоды изменения их уровня приходятся на весенний - летний и летний - осенний. В первом случае, почвенная влага испаряется на 2-4 мм/сутки, в другом случае на 0,5-2,0 мм/сутки. Их баланс существенно меняется исходя из погодных условий, в результате чего водные ресурсы увеличиваются или уменьшаются. Но, если нет серьезных атмосферных воздействий, запасы их в почвенной толще остаются неизменными. Подсчет же запасов осуществляется эмпирически.

Запасы грунтовой воды пополняются в результате просачивания верхних слоев почвенной влаги, особенно, в сезон выпадения осадков. Перетекая по насыщенным горизонтам, они находят выходы на поверхность в виде родников, пополняя и образуя ручейки, пруды, озера, и прочие наземные источники. Образуются путем инфильтрации речных, озерных вод, за счет атмосферных осадков. Пополняются и источниками, восходящими из глубоких горизонтов. Большие запасы сосредотачиваются в основаниях речных долин и предгорных площадей, трещинах неглубоких окаменевших известняков.

Кстати, есть информация, которая предрекает резкое сокращение запасов пресной воды в 2 раза, ближайшие 25 лет. Если учесть, что общие их запасы составляют 60 млн. км³, а 80 стран планеты уже испытывают дефицит влаги, то плохие предсказания, могут и сбыться.

К великому огорчению землян, запасы воды не возобновляются.

Происхождение подземной воды

Подземные воды, по условиям залегания, состоят из атмосферных осадков и конденсата влаги воздуха. Называются они почвенными или "висячими" и, не будучи подстилающими водоупорными горизонтами, играют важную роль в питании насаждений. Ниже этой зоны проявляются пласты сухих пород, содержащих, так называемую, пленочную воду. В период обильного просачивания дождей, таяния снегов, над сухими пластами образуются скопления гравитационных вод.

Грунтовые воды, будучи первыми от поверхности земли, также питаются атмосферными осадками и наземными источниками. Глубина их залегания зависит от геологических закономерностей.

Межпластовые источники залегают ниже грунтовых и находятся между водоупорными пластами. Горизонты с открытым зеркалом называются безнапорными. Водяная линза с закрытой поверхностью считается напорной и, чаще, называется артезианской.

Таким образом, происхождение подземных вод, во многом зависит и от физических свойств пород. Это могут быть пористость и скважность. Именно эти показатели и характеризуют влагоемкость и водопроницаемость пород.

Итак, две зоны - зона аэрации и насыщения обуславливают залегание подземных источников. Зоной аэрации представляет интервал от плоскости земли до плоскости грунтовых вод, называемых почвенными. К зоне насыщения относится грунтовая жила вплоть до межпластового горизонта.

Тема: Основные разновидности подземных вод. Условия формирования. Геологическая деятельность подземных вод

2. Основные типы подземных вод.

1. Классификация подземных вод.

Подземные воды весьма разнообразны по химическому составу, температуре, происхождению, назначению и т. д. По общему содержанию растворенных солей они делятся на четыре группы: пресные, солоноватые, соленые и рассолы. Пресные воды содержат менее 1 г/л растворенных солей; солоноватые воды - от 1 до 10 г/л; соленые - от 10 до 50 г/л; рассолы - более 50 г/л.

По химическому составу растворенных солей подземные воды делятся на гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные и сложного состава (сульфатные гидрокарбонатные, хлоридные гидрокарбонатные и т.д.).

Воды, имеющие лечебное значение, называются минеральными. Минеральные воды выходят на поверхность в виде источников или выводятся на поверхность искусственно с помощью буровых скважин. По химическому составу, газоносности и температуре минеральные воды делят на углекислые, сероводородные, радиоактивные и термальные.

Углекислые воды широко распространены на Кавказе, Памире, в Забайкалье, на Камчатке. Содержание углекислого газа в углекислых водах колеблется от 500 до 3500 мг/л и более. Газ присутствует в воде в растворенном виде.

Сероводородные воды также распространены довольно широко и связаны в основном с осадочными породами. Общее содержание сероводорода в воде обычно невелико, однако лечебное действие сероводородных вод настолько значительно, что содержание Н2 более 10 мг/л уже придает им лечебные свойства. В отдельных случаях содержание сероводорода достигает 140-150 мг/л (например, известные источники Мацесты на Кавказе).

Радиоактивные воды делятся на радоновые, содержащие радон, и радиевые, содержащие соли радия. Лечебное действие радиоактивных вод очень высоко.

По температуре термальные воды делятся на холодные (ниже 20°С), теплые (20-30°С), горячие (37-42°С) и очень горячие (свыше 42°С). Они распространены в областях молодого вулканизма (на Кавказе, Камчатке, в Средней Азии).

2. Основные типы подземных вод

По условиям залегания выделяют следующие типы подземных вод:

· почвенные;

· верховодка;

· грунтовые;

· межпластовые;

· карстовые;

· трещинные.

Почвенные воды располагаются у поверхности и заполняют пустоты в почве. Влага, содержащаяся в почвенном слое, называется почвенными водами. Передвигаются они под действием молекулярных, капиллярных сил и сил тяжести.

В поясе аэрации выделяют 3 слоя почвенных вод:

1. почвенный горизонт переменной влажности - корнеобитаемый слой. В нем совершается обмен влагой между атмосферой, почвой и растениями.

2. подпочвенный горизонт, часто сюда «промокание» не доходит и он остается «сухим».

горизонт капиллярной влаги - капиллярная кайма.

Верховодка - временное скопление подземных вод в близповерхностном слое водоносных отложений в пределах зоны аэрации, лежащих на линзовидном, выклинивающемся водоупоре.

Верховодка - безнапорные подземные воды, залегающие наиболее близко к земной поверхности и не имеющие сплошного распространения. Образуются за счёт инфильтрации атмосферных и поверхностных вод, задержанных непроницаемыми или слабо проницаемыми выклинивающимися пластами и линзами, а также в результате конденсации водяных паров в горных породах. Характеризуются сезонностью существования: в засушливое время они нередко исчезают, а в периоды дождей и интенсивного снеготаяния возникают вновь. Подвержены резким колебаниям в зависимости от гидрометеорологических условий (количества атмосферных осадков, влажности воздуха, температуры и др.). К верховодке относятся также воды, временно появляющиеся в болотных образованиях вследствие избыточного питания болот. Нередко верховодка возникает в результате утечек воды из водопровода, канализации, бассейнов и др. водонесущих устройств, следствием чего может быть заболачивание местности, подтопление фундаментов и подвальных помещений. В области распространения многолетнемёрзлых горных пород верховодка относится к надмерзлотным водам. Воды верховодке обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Верховодка, как правило, не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения: устройство прудов; отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы; насаждение растительности, задерживающей снеготаяние; создание водоупорных перемычек и т.п. В пустынных районах путём устройства канавок на глинистых участках - такырах, атмосферные воды отводятся в прилегающий участок песков, где создаётся линза верховодке, представляющая собой некоторый запас пресных вод.

Грунтовые воды залегают в виде постоянного водоносного горизонта на первом от поверхности, более или менее выдержанном, водонепроницаемом слое. Грунтовые воды имеют свободную поверхность, которая называется зеркалом, или уровнем, грунтовых вод.

Межпластовые воды заключены между водоупорными слоями (пластами). Межпластовые воды, находящиеся под напором, называются напорными, или артезианскими. При вскрытии скважинами артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта и, если отметка напорного уровня (пьезометрическая поверхность) превышает отметку поверхности Земли в данном пункте, то вода будет изливаться (фонтанировать). Условная плоскость, определяющая положение напорного уровня в водоносном пласте (см. рис. 2), называется пьезометрическим уровнем. Высота подъема воды выше водоупорной кровли называется напором.

Артезианские воды залегают в водопроницаемых отложениях, заключенных между водонепроницаемыми, полностью заполняют пустоты в пласте и находятся под напором. Установившийся в скважине УВ называют пьезометрическим, который выражается в абсолютных отметках. Самоизливающиеся напорные воды имеют локальное распространение и больше известны у садоводов как «ключи». Геологические структуры, к которым приурочены артезианские водоносные горизонты, называются артезианскими бассейнами.

Рис. 1. Типы подземных вод: 1 - почвенные; 2 - верховодка; 3 - грунтовые; 4 ~ межпластовые; 5 - водонепроницаемый горизонт; 6 - водопроницаемый горизонт

Рис. 2. Схема строения артезианского бассейна:

1 - водонепроницаемые породы; 2 - водопроницаемые породы с напорной водой; 4 - направление стока подземных вод; 5 – скважина.

Карстовые воды залегают в карстовых пустотах, образовавшихся за счет растворения и выщелачивания горных пород.

Трещинные воды заполняют трещины горных пород и могут быть как напорными, так и безнапорными.

3. Условия образования грунтовых вод

Грунтовые воды являются первым от поверхности земли постоянным водоносным горизонтом . Около 80% сельских населенных пунктов используют для водоснабжения грунтовые воды. ГВ издавна используются для орошения.

Если воды пресные, то при глубине залегания 1- 3 м они служат источником увлажнения почв. При высоте 1-1,2 м они могут вызывать заболачивание. Если грунтовые воды сильно минерализованы, то при высоте 2,5 - 3,0 м они могут вызвать вторичное засоление почв. Наконец, грунтовые воды могут затруднять проходку строительных котлованов, подпаливать застроенные территории, агрессивно воздействовать на подземные части сооружений и т.д.

Подземные воды формируются разными способами. Часть из них образуется в результате просачивания атмосферных осадков и поверхностных вод по порам и трещинам горных пород . Такие воды называются инфильтрационными (слово "инфильтрация" обозначает просачивание).

Однако существование подземных вод не всегда можно объяснить инфильтрацией атмосферных осадков. Например, в районах пустынь и полупустынь выпадает очень мало осадков, причем они быстро испаряются. Вместе с тем даже в пустынных областях на некоторой глубине присутствуют подземные воды. Образование таких вод можно объяснить лишь конденсацией водяных паров в почве . Упругость водяного пара в теплое время года в атмосфере больше, чем в почве и горных породах, поэтому пары воды непрерывно поступают из атмосферы в почву и формируют там подземные воды. В пустынях, полупустынях и сухих степях вода конденсационного происхождения в знойное время является единственным источником влаги для растительности.

Подземные воды могут формироваться за счет захоронения вод древних морских бассейнов совместно с накапливающимися в них осадками . Воды этих древних морей и озер могли сохраниться в захороненных осадках, а затем просачиваться в окружающие породы или выходить на поверхность Земли. Такие подземные воды носят название седиментационных вод .

Часть подземных вод по происхождению может быть связана с остыванием расплавленной магмы . Выделение водяных паров из магмы подтверждается образованием облаков и ливней при извержениях вулканов. Подземные воды магматического происхождения называются ювенильными (от лат. "ювеналис" - девственный). Как считает океанолог X. Райт, обширные водные пространства, которые существуют в настоящее время, "вырастали капля за каплей на протяжении всей жизни нашей планеты за счет воды, просачивающейся из недр Земли".

Условия залегания, распространения и образования ГВ зависят от климата, рельефа, геологического строения, влияния рек, почвенного и растительного покрова, от хозяйственных факторов.

а) Связь ГВ с климатом.

В образовании горных вод важная роль принадлежит осадкам и испаряемости.

Чтобы проанализировать изменение этого соотношения, целесообразно воспользоваться картой обеспеченности растений влагой. По отношению осадков к испаряемости выделены 3 зоны (области):

1. достаточного увлажнения

2. недостаточного

3. незначительного увлажнения

В первой зоне сосредоточены основные площади переувлажненных земель, требующие осушения (в отдельные периоды здесь необходимо увлажнение). Области недостаточного и незначительного увлажнения нуждаются в искусственном увлажнении.

В трех областях питания ГВ осадками и теплоты их в зону аэрации различны.

В области достаточного увлажнения инфильтрационное питание грунтовых вод при глубине залегания более 0,5 - 0,7 м преобладает над тепловым их в зону аэрации. Эта закономерность наблюдается в невегетационный и в вегетационный периоды, за исключением сильно засушливых лет.

В области недостаточного увлажнения соотношение инфильтрации осадков с испарением ГВ при неглубоком залегании их различно в лесостепной и степной зонах.

В лесостепях в суглинистых породах во влажные годы инфильтрация преобладает над тепловым ГВ в зону аэрации, в засушливые годы - соотношение обратное. В степной зоне в суглинистых породах в невегетационый период инфильтрационное питание преобладает над тепловым ГВ, а в вегетационный период - меньше расхода. В целом за год инфильтрационное питание начинает преобладать над тепловым грунтовых вод.

В области незначительного увлажнения - в полупустынях и пустынях - инфильтрация в суглинистых породах при неглубоком залегании УГВ несоизмеримо мала по сравнению с расходом в зону аэрации. В песчаных породах инфильтрация начинает увеличиваться.

Таким образом, питание ГВ за счет осадков уменьшается, а расход в зону аэрации возрастает с переходом от области достаточного к области незначительного увлажнения.

б) Связь грунтовых вод с реками.

Формы связи грунтовых вод с реками определяются рельефом и геоморфологическими условиями.

Глубоко врезанные речные долины служат приемником грунтовых вод, дренируя прилегающие земли. Напротив при небольшом врезе, свойственном низовьям рек, реки питают грунтовые воды.

Различные случаи соотношения поверхностных и грунтовых вод показаны на схеме.

Принципиальная расчетная схема взаимодействия подземных и поверхностных вод в условиях изменчивости поверхностного стока.

а - межень; б - восходящая фаза половодья; в - нисходящая фаза половодья.

в) Связь грунтовых вод с напорными.

Если между грунтовыми водами и нижележащим напорным горизонтом нет абсолютноводонепроницаемого слоя, то между ними возможны следующие формы гидравлической связи:

1) УГВ выше уровня напорных вод, вследствие чего возможно перетекание ГВ в напорные.

2) Уровни практически совпадают. При снижении УГВ, например, дренами, будет происходить подпитывание ГВ напорными.

3) УГВ периодически превышают уровень напорных вод (во время поливов, осадков), в остальное время ГВ подпитываются осадками.

4) УГВ постоянно ниже УНВ, поэтому последние подпитывают грунтовые воды.

Грунтовые воды могут получать питание из артезианских вод и через так называемые гидрогеологические окна - участки, где нарушается сплошность водоупорного пласта.

Возможно подпитывание УВ напорными через тектонические разломы .

Гидродинамические зоны ГВ, определяемые рельефом и геологическим строением, тесно связаны с геоструктурными условиями территории. Зоны высокой дренированности свойственны горным и предгорным областям. Зоны низкой дренированности характерны для прогибов и впадин платформенных равнин.

Зональность питания ГВ наиболее отчетливо проявляется в зоне низкой дренированности аридных областей. Она заключается в последовательном увеличении минерализации ГВ с удалением от источника питания реки, канала и др. Поэтому в засушливых районах колодцы для водоснабжения обычно размещают вдоль каналов, рек.

4. Условия образования и залегания артезианских вод.

Артезианские воды образуются при определенном геологическом строении - чередовании водопроницаемых пластов водоупорными. Они приурочены в основном к синклинально или моноклинально залегающим свитам пластов.

Площадь развития одного или нескольких артезианских пластов называется артезианским бассейном. АБ могут занимать от нескольких десятков до сотен тысяч км 2 .

Источники питания напорных вод - осадки, фильтрационные воды рек, водохранилищ, оросительных каналов и др. Напорные воды в определенных условиях пополняются грунтовыми водами.

Расходование их возможно путем разгрузки их в речные долины, выхода на поверхность в форме родников, медленного высачивания через пласты, заключающие напорный слой, с перетеканием в грунтовые воды. Отбор АВ для водоснабжения и орошения также составляют статьи их расходования.

В артезианских бассейнах различают области питания, напора и разгрузки.

Область питания - площадь выхода артезианского пласта на поверхность земли, где происходит его питание. Она располагается на самых высоких отметках рельефа артезианского бассейна в горных областях и водоразделах и т.д.

Область напора - основная площадь распространения артезианского бассейна. В ее пределах подземные воды обладают напором.

Область разгрузки - площадь выхода напорных вод на поверхность - открытая разгрузка (в форме восходящих родников или площадь скрытой разгрузки, например в русле рек и т.д.)

Скважины, вскрывающие АВ фонтанируют, это пример искусственной разгрузки напорных вод.

В пластах, содержащих гипсы, ангидриды, соли, артезианские воды имеют повышенную минерализацию.

Типы и зональность артезианских вод

Артезианские бассейны обычно типизируют по геоструктуре водовмещающих и водоупорных пород.

По этому признаку выделяют два типа артезианских бассейнов (по Н.И. Толстихину):

1. артезианские бассейны платформ, характеризующиеся обычно весьма значительной площадью развития и наличием нескольких напорных водоносных горизонтов (это Московский, Прибалтийский, Днепро-Донецкий и др.)

2. артезианские бассейны складчатых областей, приуроченные к интенсивно дислоцированным осадочным, магматическим и метаморфическим породам. Отличаются меньшей площадью развития. Примеры - Ферганский, Чуйский и др. бассейны.

5. Геологическая деятельность подземных вод.

Подземные воды проводят разрушительную и созидательную работу. Разрушительная деятельность подземных вод проявляется главным образом в растворении водорастворимых горных пород, чему способствует содержание в воде растворенных солей и газов. Среди геологических процессов, обусловленных деятельностью ПВ, прежде всего следует называть карстовые явления.

Карст.

Карстом называется процесс растворения горных пород передвигающимся в них подземным и просачивающимся поверхностными водами. В результате карста в породах образуются пещеры и пустоты различной формы и размера. Протяженность их может достигать многих километров.

Из карстовых систем наибольшую протяженность имеет Мамонтова пещера (США), общая длина ходов которой составляет около 200 км.

Карсту подвержены соленосные породы, гипсы, ангидриды и карбонатные породы. Соответственно и различают карст: соляной, гипсовый, карбонатный. Развитие карста начинается с расширения (под влиянием выщелачивания) трещин. Карст обуславливает специфические формы рельефа. Главная особенность его - наличие карстовых воронок диаметром от нескольких до сотен метров и глубиной до 20 - 30 м. Карст развивается тем интенсивнее, чем больше выпадает осадков и чем больше скорость движения подземных потоков.

Районы, подверженные карсту, характеризуются быстрым поглощением осадков.

В пределах массивов закарстованных пород выделяют зоны нисходящего движения воды и горизонтального - в сторону речных долин, моря и т.д.

В карстовых пещерах наблюдаются натечные образования преимущественного карбонатного состава - сталактиты (нарастающие вниз) и сталагмиты (растущие снизу). Карст ослабляет горные породы, снижает их количество как основание для ГТС. По карстовым пустотам возможна значительная утечка воды из водохранилищ и каналов. И в то же время подземные воды, заключенные в закарстованных породах, могут быть ценным источником для водоснабжения и орошения.

К разрушительной деятельности подземных вод относится суффозия (подкапывание) - это механический вынос мелких частиц из рыхлых пород, который приводит к образованию пустот. Такие процессы могут наблюдаться в лессах и лессовидных породах. Кроме механической различают химическую суффозию, примером которой является карст.

Созидательная работа подземных вод проявляется в отложении ими различных соединений, цементирующих трещины в горных породах.

Контрольные вопросы:

1 Дайте классификацию подземных вод.

2. При каких условиях образуются грунтовые воды?

3. При каких условиях образуются артезианские грунтовые воды?

4. В чем проявляется геологическая деятельность подземных вод?

5. Назовите основные типы подземных вод.

6. Как влияет верховодка на строительство?