Задачи и методы гидрогеологии. Связь гидрогеологии с другими науками

Задачи и методы гидрогеологии. Связь гидрогеологии с другими науками

 

Гидрогеология — наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горных пород, поверхностными водами и атмосферой. Гидрогеология как наука возникла в 18 веке. Гидрогеология связана с общей геологией, геоморфологией, динамической геологией, тектоникой, структурной геологией, инженерной геологией, метеорологией, геохимией, геофизикой и другими науками о Земле. 

В свою очередь, внутри гидрогеологии развивается целый ряд самостоятельных научных направлений:

- общая гидрогеология изучает структуру, состав, строение и наиболее общие свойства подземной гидросферы;

- гидрогеодинамика исследует закономерности движения различных форм подземных вод;

- гидрогеохимия изучает особенности миграции химических элементов в подземной гидросфере;

- региональная гидрогеология — наука о связи пространственновременного распределения подземных вод в земной коре с характером и историей развития геологических структур;

- палеогидрогеология изучает былые подземные гидросферы в тесной связи со становлением и развитием литосферы; 

- экологическая гидрогеология изучает возможность управления подземной гидросферой с целью оценки масштабов изменений геологической и окружающей среды;

учение о минеральных водах, учение о режиме и балансе подземных вод, гидрогеотермия, поиски и разведка подземных вод, разведочная гидрогеология, гидрогеология месторождений полезных ископаемых (рудных и нефтяных), мелиоративная гидрогеология и т.д.

В свою очередь, гидрогеология опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования. Данные же гидрогеологии используются, в частности, для решения вопросов водоснабжения, мелиорации и эксплуатации месторождений.

Гидрогеология, как и другие геологические науки, опирается на принцип актуализма.  

Для анализа и оценки гидрогеологических явлений и процессов применяются многие частные методы (опытно-фильтрационные работы, режимные наблюдения, мониторинг подземных вод лабораторные работы и д р.).

 

Генезис подземных вод

 

Существуют две основные теории происхождения подземных вод в верхней части земной коры: инфильтрационная и конденсационная.

Инфильтрационная теория основана на том, что атмосферные и поверхностные воды, просачиваясь (инфильтруясь) по порам и трещинам горных пород, задерживаются на водонепроницаемых слоях и дают начало подземным водам. Процесс инфильтрации весьма сложен. Инфильтрационный путь образования подземных вод является основным в зоне активного водообмена, в районах с достаточно высоким количеством атмосферных осадков.

В основе конденсационной теории образования подземных вод лежит механизм конденсации водяных паров, которые проникают в поры и трещины горных пород из атмосферы. Это характерный путь образования подземных вод в районах с небольшим количеством атмосферных осадков.

Подземные воды постоянно в течение длительного геологического времени пополняются и ювенильными водами, которые возникают в глубоких горизонтах земной коры за счет кислорода и водорода, выделяемых магмой. Прямой выход на поверхность земли в виде паров и горячих источников ювенильные воды имеют при вулканической деятельности.

Минерализованные воды глубоких зон земной коры имеют седиментационное происхождение. Эти воды образовались после отложения (седиментации) древних морских осадков и последующего отжатия из них воды вследствие уплотнения пород.

 

Физические свойства и химический состав подземных вод

 

Таблица 2.1 – Классификация подземных вод по температуре

Характеристика воды	Холодная	Теплая	Термальная	Перегретая
Температура, Т^0С	0-20	20-37	37-100	свыше 100

 

Очень холодные воды циркулируют в зоне многолетней мерзлоты и в высокогорных районах. Перегретые же воды характерны для районов молодой вулканической деятельности. На участках водозаборов вода, чаще всего, имеет температуру 7-11⁰С.

Окраску воде придают механические примеси. А прозрачность воды зависит от цвета и наличия мути. Вкус связан с составом растворенных веществ. Запах зависит от наличия газов биохимического происхождения или гниющих органических веществ.

Плотность воды – это масса воды, находящаяся в единице ее объема. Максимальную плотность вода приобретает при температуре 4⁰С, а при повышении температуры до 250⁰С плотность воды уменьшается до 0,799г/см³.

Вязкость воды характеризует внутреннее сопротивление частиц ее движению и уменьшается с повышением температуры.  

Электропроводность подземных вод зависит от количества растворенных в ней солей, а радиоактивность вызвана присутствием в ней радиоактивных элементов.

Таблица 2.2 – Классификация подземных вод по степени минерализации

Виды воды	Пресная	Слабо-соло новатая	Солоноватая	Соленая	Рассолы
Сухой остаток, г/дм^3	До 1	1-5	5-10	10-50	Свыше 50

 

Питьевая вода должна содержать не более 1 г/дм³ растворенных солей.

Важной характеристикой химического состава подземных вод является концентрация водородных ионов (рН). По рН судят о характеристике активной реакции воды. По концентрации водородных ионов подземные воды делятся на очень кислые, кислые, нейтральные, щелочные и высокощелочные (табл. 2.3). 

 

Характеристика воды	Очень кислая	Кислая	Нейтраль ная	Щелочная	Высоко щелочная
рН	до 5	5-7	7	7-9	Свыше 9

Таблица 2.3 – Классификация подземных вод по показателю рН

 

Для питьевых целей обычно используют подземные воды с рН от 6,5 до 8,5.

Следующий существенный показатель качества подземных вод является их жесткость. Жесткость – это свойство воды, обусловленное содержанием в воде ионов Са и Мg. За единицу жесткости принимают 1мг-экв/л Са и Мg, растворенных в 1 литре воды. По степени жесткости подземные воды классифицируют на: очень мягкие, мягкие, умеренно жесткие, жесткие и очень жесткие (табл. 2.4).

Таблица 2.4 – Классификация подземных вод по степени жесткости

Характеристика воды	Очень мягкая	Мягкая	Умеренно жесткие	Жесткие	Очень жесткие
Степень жесткости, мг-экв/л	До 1,5	1,5-3	3-6	6-9	Свыше 9

 

Питьевая вода не должна иметь жесткость более 7 мг-экв/л.

 

Таблица 2.5 Классификация подземных вод по гидравлическому признаку и условиям залегания

Типы воды по гидравлическому признаку	Типы воды по условиям залегания
Безнапорные подземные воды	Верховодка
	Грунтовые воды
	Межпластовые безнапорные воды
Напорные подземные воды	Межпластовые         напорные       воды (артезианские)
Напорно – безнапорные подземные воды	Трещинные воды
	Карстовые воды

 

Таблица 2.6 –Коэффициент фильтрации некоторых горных пород

 

Безусловно, определение коэффициента фильтрации по литературным данным носит ориентировочный характер, и делают это при производстве приближенных расчетов. 

- 2-й способ – расчетный. Коэффициента фильтрации определяют по специальным графикам. Применяют этот способ в основном для песчаных пород. Он тоже приближенный, но более точный, чем первый.

- 3-й способ – лабораторный. Суть этого способа заключается в том, что в специальный цилиндр помещают испытываемый грунт, и через него начинают фильтровать воду под некоторым напором (трубка СПЕЦГЕО). 

Во время опыта замеряем расход (Q) профильтрованной воды и напорный градиент (I), а диаметр цилиндра известен (F). Затем определяют коэффициент фильтрации по формуле: 

Простота и дешевизна лабораторных методов позволяют широко их использовать для массовых определений коэффициента фильтрации. В строительной практике более широко используется именно 2-й способ, т.к. он позволяет определить значение коэффициента фильтрации в грунтах, которые будут находиться в основании зданий, т.е. под определенным давлением. При решении вопросов водоснабжения применяют 1-й способ определения коэффициента фильтрации. 

- 4-й способ – полевой. Это наиболее точный способ. Коэффициент фильтрации определяют непосредственно на строительной площадке, на участке предполагаемого водоснабжения, т.е. без нарушения естественных залеганий пород. Коэффициент фильтрации определяется с помощью откачек воды из скважин. А в случае неводоносных грунтов – методом налива воды в шурфы и нагнетанием воды в скважины.

 

Ответьте на вопросы:

1.Что изучает гидрогеология?

2. В чем заключается отрицательное значение подземных вод при строительстве зданий и сооружений?

3. В чем заключается инфильтрационная теория происхождения подземных вод?

4. В чем заключается конденсационная теория происхождения подземных вод?

5. Как образуются ювенильные воды?

6. Как образуются минерализованные воды?

Задачи и методы гидрогеологии. Связь гидрогеологии с другими науками

 

Гидрогеология — наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горных пород, поверхностными водами и атмосферой. Гидрогеология как наука возникла в 18 веке. Гидрогеология связана с общей геологией, геоморфологией, динамической геологией, тектоникой, структурной геологией, инженерной геологией, метеорологией, геохимией, геофизикой и другими науками о Земле. 

В свою очередь, внутри гидрогеологии развивается целый ряд самостоятельных научных направлений:

- общая гидрогеология изучает структуру, состав, строение и наиболее общие свойства подземной гидросферы;

- гидрогеодинамика исследует закономерности движения различных форм подземных вод;

- гидрогеохимия изучает особенности миграции химических элементов в подземной гидросфере;

- региональная гидрогеология — наука о связи пространственновременного распределения подземных вод в земной коре с характером и историей развития геологических структур;

- палеогидрогеология изучает былые подземные гидросферы в тесной связи со становлением и развитием литосферы; 

- экологическая гидрогеология изучает возможность управления подземной гидросферой с целью оценки масштабов изменений геологической и окружающей среды;

учение о минеральных водах, учение о режиме и балансе подземных вод, гидрогеотермия, поиски и разведка подземных вод, разведочная гидрогеология, гидрогеология месторождений полезных ископаемых (рудных и нефтяных), мелиоративная гидрогеология и т.д.

В свою очередь, гидрогеология опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования. Данные же гидрогеологии используются, в частности, для решения вопросов водоснабжения, мелиорации и эксплуатации месторождений.

Гидрогеология, как и другие геологические науки, опирается на принцип актуализма.  

Для анализа и оценки гидрогеологических явлений и процессов применяются многие частные методы (опытно-фильтрационные работы, режимные наблюдения, мониторинг подземных вод лабораторные работы и д р.).