Подземные воды,их происхождение

Гидрогеология (от гидро – вода и геология) наука о подземных водах, изучающая их состав и свойства, происхождение, закономерности распространения и движения, а также взаимодействие с горными породами.
Все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и твёрдом состояниях, называются подземными водами. Подземные воды составляют часть гидросферы – водной оболочки земного шара. Они встречаются а буровых скважинах на глубине до нескольких километров.Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия.
происхождение подземных вод

Происхождение подземных вод

По происхождению подземные воды разделяются на 4 типа.
Инфильтрационные воды образуются путём просачивания с поверхности дождевых и талых вод, а также вод поверхностных водоёмов.
Седиментационные воды – воды, захороненные вместе с осадками в процессе осадкообразования.
Конденсационные воды - подземные воды, образовавшиеся в результате конденсации парообразной воды. Эндогенные воды – воды, поступающие из недр планеты; их образование связано с процессами отделения водяных паров от магмы и их конденсации (ювенильные воды), процессами метаморфизма, сопровождающимися дегидратацией минералов и выделением газово-жидких включений, дегазацией мантии.Подземные воды формируются в основном из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся (инфильтрующих) в землю на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Проникновение вод в грунты (водопроницаемость), слагающих земную кору, зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы: водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные.
К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески, трещиноватые породы и т.д. К водонепроницаемым породам – массивно- кристаллические породы (гранит, порфир, мрамор), имеющие минимальную впитывать в себя влагу, и глины. К породам полупроницаемым относятся глинистые пески, лесс, рыхлые песчаники, рыхловатые мергели и т.п.
Подземные воды в земной коре распределены в двух этажах. Нижний этаж, сложенный плотными магматическими и метаморфическими породами, содержит ограниченное количество воды. Основная масса воды находится в верхнем слое осадочных пород. В нем по характеру водообмена с поверхностными водами выделяют три зоны: зону свободного водообмена (верхнюю), зону замедленного водообмена (среднюю) и зону весьма замедленного водообмена (нижнюю). Крутые склоны местности увеличивают поверхностный сток и уменьшают просачивание атмосферных осадков в грунт; пологие, наоборот, увеличивают их просачивание. Растительный покров (лес) увеличивает испарение выпавшей влаги и в то же время усиливает выпадение осадков. Задерживая поверхностный сток, он способствует просачиванию влаги в грунт.
Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод. Однако имеется и другой путь их образования – за счёт конденсации водяных паров в горных породах. В тёплое время года упругость водяного пара в воздухе больше, чем в почвенном слое и нижележащих горных породах. Поэтому водяные пары атмосферы непрерывно поступают в почву и опускаются до слоя постоянных температур, расположенного на разных глубинах – от одного до нескольких десятков метров от поверхности земли. В этом слое движение паров воздуха прекращается в связи с увеличением упругости водяных паров при повышении температуры в глубине Земли. Вследствие этого возникает встречный поток водяных паров из глубины Земли вверх – к слою постоянных температур. В поясе постоянных температур в результате столкновения двух потоков водяных паров происходит их конденсация с образованием подземной

31.Типы водовмешающего пространства, химический состав и агрессивность подземных вод.

Химический состав подземных вод

Подземные воды содержат растворенные газы и соли, образуясь за счет атмосферных осадков, они заносят с поверхности земли растворимый кислород, азот углекислоту. Проходя через почву, обороченную органическим веществом, воды насыщаются метаном и др. углеводородами. Грунтовые воды по своему составу сильно зависят от климата. В областях с влажным климатом – это пресные или слабоминерализованные воды. В областях с засушливым климатом – это сильноминерализованные, соленые, карбонатные, обогащенные сульфидами (Na, Ca, Mg, K), обогащенные хлоридами. Характер минерализации сильно влияет на лечебные свойства воды (бальнеологическая вода).
Подземные воды представляют собой природные растворы, содержащие свыше 60 химических элементов, а также микроорганизмы. Сумма растворенных в воде веществ, исключая газы, определяет её минерализацию (выражаемую в г/л или мг/л).

По степени минерализации подземные воды подразделяют (по классификации В. И. Вернадского) на следующие группы:

· пресные - воды с минерализацией до 1 г/л,

· солоноватые - от 1 до 10 г/л,

· солёные - от 10 до 50 г/л,

· подземные рассолы - более 50 г/л (в ряде классификаций принято значение 36 г/л, соответствующее средней солёности вод Мирового океана).

В основу классификации подземных вод по химическому составу положено соотношение наиболее распространенных в и их составе анионов (HCO^-, SO₄^2-, Cl^-) и катионов (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺). При описании химических типов вод сначала указывается анионный состав, при этом анионы указываются в порядке убывания; затем в аналогичном порядке приводится состав катионов.

Минерализация и химический состав подземных вод зависит от сочетания ряда факторов: происхождения вод, взаимодействия подземных вод с вмещающими породами, условий водообмена

Агрессивность подземных вод-способность подземных вод вызывать и ускорять коррозию материалов вследствие химических и электрохимических воздействий

 

32.Виды гравитационных вод по условиям залегания распространения и режима движения.

Под гравитационными явлениями подразумевается перемещение г.п. под действием силы тяжести и воды. Происходит разрушение г.п. и накопление рыхлого материала (терригенный). Породы разрушаются, накапливаются на склонах гор и у подножья. Накопившийся материал называется каллювий. Обязательным условием для развития гравитационных явлений является наличие подземных пустот, обрывов или крутых склонов. В зависимости от силы тяжести и воды, гравитационные явления можно подразделить на четыре основные группы:

1.Собственно или полно гравитационные явления.

2.Гравитационно-аквальные явления

3.Аквально-гравитационные явления

4.Гравитационно-субаквальные явления.

Собственно г.я. обусловлены полностью силой тяжести. Происходят в горах имеющие обрывистые склоны (чем плотнее г.п. тем больше будут обломки их разрушения). В том случае если обломки разрушения сильно трещиноватые, то породы образуют осыпи. К категории Собственных г.я. относятся снежные лавины.

Гравитационно-аквальные явления. Эти явления имеют наиболее широкое распространение. Главным фактором является сила тяжести и вода (оползни). Оползни, которые развиваются в долинах рек, называются эрозионными. Оползни, которые развиваются на побережье морей, называются абразии. Оползни, которые происходят в результате деятельности человека, называются искусственными.

Аквально-гравитационные явления. Происходят под действием воды и силы тяжести. И делятся на явления:

1.Оплывины

2.Сели (селевые потоки)

3.Оползневые потоки

Сели (селевые потоки). Образуются под действием небольших водных потоков, стекающих по поверхности склона. Селевые потоки насыщены глинистым, песчаным материалом, щебнем и в редких случаях глыбами.

Оплывины имеют небольшие размеры. Происхождение данного вида в Аквально-гравитационных явлениях, характеризуется процессом солифлюкции (данный процесс происходит в полярных и высокогорных областях, где грунт, насыщенный водой сильно промерзает)…

 

33. Динамика подземных вод,параметры движения, закон фильтрации.

Подземные воды находятся в постоянном движении. Законы движения подземных вод используются при гидрогеологичеких инженерных расчетах водозаборов, дренажей, определении притоков воды к строительным котлованам.Подземные воды передвигаются в основном путем инфильтрации и фильтрации.Под инфильтрацией понимают движение воды при частичном заполнении пор воздухом либо водяными парами.При фильтрации движение воды происходит при полном заполнении пор(трещин) водой. Масса этой движущей воды создает фильтрационный поток.Фильтрационные потоки различают по характеру движения (установившийся и неустановившийся), гидравлическому состоянию (безнапорные, напорные и напорно-безнапорные). Движение потоков в основном ламинарное (параллельным), в крупных трещинах и пустотах может быть турбулентным (завихряющемся). В плане фильтрационные потоки можно рассматривать как плоские и радиальные (сходящиеся (например к колодцу) и расходящиеся).

Движение подземных вод в горных породах зависит от их свойств (водопроницаемости и водоотдачи) и степени насыщенности водой. Различают два вида передвижения подземных вод: гравитационное и негравитационное.
Негравитационное движение характерно для физически связанной и капиллярной воды и присуще в основном глинистым, т. е. мелкодисперсным, породам. Негравитационное движение воды получило название миграции влаги, оно обусловливает естественную влажность рыхлых пород. Гравитационное движение воды - это свободное движение подземных вод. Передвижение подземных вод ниже зеркала, в зоне полного насыщения, носит название фильтрации. Различают безнапорную и напорную фильтрации. Безнапорная фильтрация характерна для грунтовых вод, когда поверхность фильтрующейся воды свободна и давление на нее равно атмосферному. Напорная фильтрация свойственна артезианским водоносным горизонтам, в которых давление всегда выше атмосферного и равно высоте пьезометрического уровня в данной точке

 

Дарси закон устанавливает линейную зависимость между объемным расходом жидкости или газа и гидравлическим градиентом (уклоном, перепадом давления) в пористых средах, например, в мелкозернистых, песчаных и глинистых грунтах. Дарси закон является эмпирическим, он адекватно описывает характер движения поровой жидкости при относительно малых градиентах давления, в том числе при фильтрации воды через грунт под плотинами и другими гидротехническими сооружениями, через стенки и дно каналов. Дарси закон обычно используют при расчетах режимов разработки нефти и газа.

Формула, выражающая линейный Дарси закон, имеет вид:

 

v = Q / F = (k / m) (Dp / L), (1)

 

где v - скорость фильтрации жидкости или газа,

Q - объемный расход,

F - площадь поперечного сечения образца или эффективная площадь рассматриваемого объема пористой среды,

k - коэффициент проницаемости среды,

m - динамическая вязкость жидкости или газа,

Dр - перепад давления на длине среды L.