Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Марта 2013 в 18:26, лекция
Вода в недрах земли находится в жидком, твердом и газообразном состоянии, она или циркулирует по трещинам и порам горных пород, подчиняясь силе тяжести, или находится в физически или химически связанном состоянии с минеральными частицами почв, грунтов и горных пород. Суть инфильтрационной теории заключается в том, что подземная вода формируется путем проникновения (инфильтрации) вглубь земли дождевых и талых вод. Разнообразие химического состава объяснялось растворением и выщелачиванием горных пород.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УО «ГОМЕЛЬСКИЙ
ИМЕНИ Ф. СКОРИНЫ»
КАФЕДРА ГЕОГРАФИИ
ГИДРОЛОГИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Текст лекции
(4 часа)
Гомель 2012
Вода в недрах земли находится в жидком, твердом и газообразном состоянии, она или циркулирует по трещинам и порам горных пород, подчиняясь силе тяжести, или находится в физически или химически связанном состоянии с минеральными частицами почв, грунтов и горных пород.
1 Теории происхождения подземных вод
Древними философами и натуралистами были выдвинуты различные теории происхождения подземных вод, которые в современной интерпретации называют:
Суть инфильтрационной теории заключается в том, что подземная вода формируется путем проникновения (инфильтрации) вглубь земли дождевых и талых вод. Разнообразие химического состава объяснялось растворением и выщелачиванием горных пород.
Согласно конденсационной теории атмосферный воздух, содержащий водяные пары, проникает в поры почвы и нижележащих слоев горных пород и, соприкасаясь там с более холодной поверхностью частиц, отдает им часть своей влаги. Т.о. на частицах пород происходит конденсация водяных паров воздуха.
Конденсация водяных паров воздуха в холодных пористых породах верхних слоев земли в итоге приводит к накапливанию подземных вод.
Седиментационная теория предполагает, что высокоминерализованные воды в породах являются остаточными водами древних морей, которые образовались одновременно с отложениями осадков в морских бассейнах и сохранили свой состав в неизменном виде до настоящего времени.
Согласно ювенильной теории происхождение подземных вод связано с процессами выделения паров из магмы и их последующей конденсацией.
В настоящее время большинство исследователей не отрицает возможность образования какого-то количества ювенильной воды в магматических очагах. Однако доля их в общем балансе подземных вод незначительна.
В целом процесс происхождения подземных вод предполагает совместное проявление главных особенностей всех выше рассмотренных теорий.
2 Классификация подземных вод по условиям их происхождения
В связи с разными условиями происхождения подземные воды делятся на группы:
1. Вадозные воды –
воды поверхностного
а) инфильтрационные (просачивающиеся);
б)инфлюационные (свободно втекающие по трещинам и пустотам горных пород);
в) конденсационные.
2. Ювенильные воды
а) магматического происхождения (воды выделяются из магматического расплава при вулканической деятельности и внедрении интрузий);
б) метаморфического происхождения (воды перешедшие из минералов и горных пород в процессе термометаморфизма из связанного состояния в свободное)
3. Седиментационные воды.
Горные породы и почвы содержат различные виды воды. Ее свойства и способы передвижения определяются сочетанием гравитационных и молекулярных сил, действующих между частицами воды и породы. Условия залегания подземной воды, ее запасы и качество в значительной степени определяются водно-физическими свойствами горных пород.
Одними из главных свойств породы, определяющими ее отношение к воде, являются пористость и скважность.
Под пористостью понимают наличие в породах малых пустот - капиллярных пор, под скважностью - наличие в породах более крупных, некапиллярных промежутков - скважин различного происхождения и формы.
Иногда совокупность всех пустот объединяют в понятие общей пористости.
Пористость грунтов
р = (Vпор ÷ Vгр) · 100%
Пористость колеблется в широких пределах - от долей процента (плотные породы, как, например, гранит, мрамор) до нескольких десятков процентов (зернистые породы и почвы).
У песка пористость 35-42%,
глины 35-55%,
торфа 60-80%.
Пористость почв и пород определяет важные водные свойства:
водопроницаемость, водоотдачу и водоудерживающую способность.
Последнее свойство характеризуется влагоемкостью.
Влагоемкостью грунта называют его способность вмещать и удерживать определенное количество воды. Влагоемкость выражается в % отношением веса воды к весу сухой породы.
По степени влагоемкости горные породы подразделяются на группы:
Водоотдачей называется способность породы, насыщенной водой, отдавать путем свободного стенания то или иное количество воды.
Характеризуется коэффициентом водоотдачи, т. е. отношением объема стекающей из насыщенной породы воды к объему всей породы, и выражается либо в долях от единицы, либо в процентах.
Водопроницаемость - способность породы пропускать через себя воду. Водопроницаемость и водоотдача зависят от пористости, от размера и формы пор породы. Чем больше диаметр пор, тем лучшей водопроницаемостью и большей водоотдачей обладают породы.
По степени водопроницаемости породы подразделяются на три группы:
1) водопроницаемые (галечник, гравий, песок)
2) слабоводопроницаемые (супесь, лесс);
3) водоупорные (плотные массивные монолитные породы (мрамор, гранит, базальт) или осадочные мелкозернистые породы (глины, глинистые сланцы).
Всю влагу в порах породы можно разделить на ряд категорий в зависимости от характера ее передвижения.
Характеристика различных форм воды по Н. А. Качинскому:
1. Химически связанная, или конституционная, вода - входит в молекулу вещества гидроксильной группой, например Fе2О3+ЗН2О → 2Fе(ОН)3. Удаление химически связанной воды при прокаливании сопровождается распадом минерала.
2. Кристаллизационная вода - является составной частью многих минералов, например гипса (CaSO4 · 2H2O), и удаляется из породы нагреванием до 100-200°С или химическим путем.
3. Парообразная вода - находится в порах и пустотах пород и перемещается, как уже указывалось, главным образом под влиянием разности упругостей пара из областей с большей упругостью в области с меньшей.
4. Гигроскопическая вода - это вода, адсорбированная частицами породы из воздуха. Гигроскопическая вода перемещается из одних слоев в другие путем перехода в парообразное состояние. Она может быть отделена от породы только нагреванием. Это свойство резко отличает гигроскопическую воду от других видов воды в породах.
5. Пленочная вода - обволакивает частицы породы сверх максимальной гигроскопичности. Эта вода адсорбируется из жидкой фазы. Она менее прочно связана с минеральными частицами и относится к категории рыхлосвязанной. Растениями усваивается с трудом. Передвигается от частицы к частице под влиянием сорбционных сил.
6. Капиллярная вода - заполняет сравнительно мелкие поры породы. Она удерживается и передвигается в почво-грунтах под влиянием капиллярных сил из зоны большего увлажнения в зону меньшего увлажнения.
7. Гравитационная, или свободная, вода находится в порах и трещинах грунта и перемещается под влиянием силы тяжести. Гравитационная вода передает гидростатический напор, под действием которого воды могут подниматься вверх, как в сообщающихся сосудах.
8. Внутриклеточная вода - содержится в неполностью разложившихся остатках растений в почве. В большом количестве такая вода содержится в болотных почвах и особенно в торфах.
9. В твердом состоянии вода в породах встречается либо в составе мерзлых почв, либо в виде льда (пещерного, ископаемого).
5 Типы подземных вод по характеру залегания
Почвенные воды
Вода в почве находится в основном в связанном состоянии. Она удерживается на поверхности почвенных частиц и перемещается в почве под влиянием молекулярных и капиллярных сил.
В местах избыточного увлажнения в почве может находиться и свободная, просачивающаяся гравитационная вода. Встретив на своем пути водоупорный или относительно водоупорный слой в пределах почвенного разреза, вода накапливается, заполняет поровое пространство вышележащего слоя и образует так называемый горизонт гравитационной подпертой влаги.
Если эти воды находятся целиком в почвенном слое и не имеют гидравлической связи с нижерасположенными грунтовыми водами, они называются почвенными водами.
Если эти воды
гидравлически связаны с
Иногда почвенные и почвенно-грунтовые воды называют верховодкой. К верховодке также относят временные, обычно сезонные скопления грунтовых вод в зоне аэрации, расположенные в виде отдельных линз.
Почвенные воды обладают специфическими чертами, основными из которых являются следующие:
- области питания и распространения совпадают;
- находятся в полной зависимости от метеорологических условий, в связи с чем характеризуются резкими и значительными по амплитуде сезонными и суточными колебаниями температуры ;
- движение их происходит преимущественно в вертикальном направлении (нисходящее), безнапорное, ламинарное.
- участвуют в общем круговороте воды в природе;
- в болотных и торфянистых почвах имеют застойный режим;
- обладают своеобразным химическим составом, в них в высоких концентрациях содержатся кислоты органического происхождения (гуминовая, фульвиновая), придающие им желтый, желтоватый и даже черный и черно-бурый цвет.
Выделяют несколько типов водного режима почв:
1. Застойный тип – сума осадков за год на много превышает испарение. В таких условиях часто происходит заболачивание.
2. Непромывной тип характерен для областей, где осадки меньше испарения. В почве часто наблюдается дефицит влажности, наибольший осенью и наименьший весной. Почва промачивается лишь на некоторую глубину, и просачивающаяся влага не достигает уровня грунтовых вод, которые залегают на глубине многих метров.
3. Выпотной тип формируется в засушливом климате (осадки меньше испарения) при условии близкого залегания грунтовых вод, обычно минерализованных. Верхняя граница капиллярной каймы грунтовых вод располагается в нижней части почвенной толщи. Корни растений поглащают влагу из капиллярной каймы, и грунтовые воды как бы «отпотевают» через растения в атмосферу. На глубине поглощения влаги растениями образуется соленосный горизонт.
4. Промывной тип - характерен для областей, где сумма годовых осадков превышает испаряемость. В этих условиях почвенная толща ежегодно подвергается сквозному промачиванию.
Грунтовые воды - подземные воды первого от поверхности постоянно действующего водоносного горизонта, залегающего на первом выдержанном по площади водоупорном пласте.
Основные признаки грунтовых вод:
1. В большинстве своем они являются водами безнапорными, имеют свободную поверхность и непосредственную связь с атмосферой;
2. Глубина залегания уровня, температура вод, минерализация, расход подвержены систематическим колебаниям.
3. Область питания совпадает с областью распространения.
Питание происходит за счет:
- инфильтрации и инфлюации атмосферных осадков и снеговых вод;
- фильтрации из рек, озер, различных каналов;
- конденсации водяных паров и внутригрунтового испарения;
- подтока (подпитывания) из более глубоких водоносных горизонтов.
4. Имеют широкое, почти