Гидрология подземных вод

5. Легкодоступны для практического  использования, но вследствие залегания на незначительной глубине подвержены загрязнению.

Водонепроницаемые породы, на которых формируются грунтовые воды, называются водоупорным ложем грунтовых вод, или водоупором.

Поверхность грунтовых вод называется уровнем или зеркалом грунтовых вод.

Расстояние от кровли водоупорного ложа до зеркала грунтовых вод составляет мощность грунтового горизонта. Так как уровни грунтовых вод подвержены значительным колебаниям, мощность водоносного горизонта грунтовых вод непостоянна.

В природе грунтовые воды в зависимости  от геоморфологического и геологического строения местности образуют различные формы залегания, к которым относятся: 1) грунтовый поток;

           2) грунтовый бассейн;

Грунтовый поток - безнапорный водоносный горизонт, движение воды в котором происходит под влиянием силы тяжести в направлении уклона поверхности (зеркала) грунтовых вод.

Грунтовый бассейн - понижение в водоупорном ложе, выполненное водопроницаемыми породами, насыщенными водой, имеющей горизонтальную поверхность.

Грунтовые водоносные горизонты могут  пересекаться отрицательными формами рельефа: оврагами, речными долинами, балками, озерными котловинами. При таком пересечении происходит разгрузка - выход грунтовых вод на поверхность в виде нисходящих источников. При движении грунтового потока к месту разгрузки уровень его постепенно понижается, образуется криволинейная поверхность, называемая депрессионной.

Режим грунтовых  вод

Под режимом грунтовых  вод понимаются закономерные пространственно-временные  изменения их ресурсов и характеристик, включая изменения уровня, температуры и химического состава.

На режим грунтовых  вод влияют, прежде всего, климатические  факторы, определяющие питание грунтовых вод дождевыми и талыми водами. На питание грунтовых вод в разных природных условиях идет от5 до 35% атмосферных осадков.

Режим грунтовых вод зависит и от гидрологических факторов: режима связанных с грунтовыми водами водотоков и водоемов. Важнейшую роль играют геологические условия и водно-физические свойства грунтов.

 

Режим уровня грунтовых  вод

на территории СНГ выделяются три провинции по режиму уровня грунтовых вод:

1) Провинция кратковременного, преимущественно летнего питания, она приурочена к зоне многолетнемерзлых грунтов. Грунтовые воды этой провинции находятся в жидком состоянии лишь в летне-осеннее время.

     2) Провинция сезонного преимущественно весенне-осеннего питания охватывает  большую часть территории СНГ. Она характеризуется   зимним   промерзанием   зоны аэрации и максимумами уровня в в весеннее и летне-осеннее время (за счет талых и дождевых вод)

3) Провинция круглогодичного, преимущественно зимне-весеннего питания (южные и западные районы страны). Зона аэрации здесь не промерзает, максимальные уровни грунтовых вод наблюдаются в феврале-апреле, минимальные уровни - в летне-осеннее время.

Режим температуры  грунтовых вод

На формирование режима грунтовых  вод решающее значение оказывают  колебания температуры воздуха и температуры инфильтрующих пород.

Положение зоны с постоянной температурой грунтовых вод наиболее высоко у экватора (всего несколько метров), что объясняется небольшой величиной сезонных колебаний температуры воздуха на поверхности земли (до 10- 15° С); наиболее глубоко (до 41 м) зона постоянной температуры расположена в условиях резко континентального климата.

На территории СНГ  колебания температуры грунтовых  вод соответствуют типам водного  режима грунтовых вод.

а) В провинции кратковременного летнего питания температура  грунтовых вод даже в летние месяцы редко достигает 8-10° С. Зимой грунтовые воды деятельного слоя промерзают.

б) В провинции сезонного питания  четко выражен и сезонный ход  температуры грунтовых вод. От 2-5 до 10-12° С.

в) В провинции круглогодичного  питания температура грунтовых вод обычно колеблется в пределах от 10 до 20-25° С.

 

Гидрохимический режим  грунтовых вод

(изменение их минерализации и химического состава) связан с водным режимом и характером питания и разгрузки грунтовых вод.

Наиболее важное значение имеют разбавление грунтовых вод пресными дождевыми и талыми водами и интенсивность испарения воды.

а) В провинции кратковременного летнего питания минимальная минерализация грунтовых вод (5-30 мг/л), отмечается в весеннее и летнее время в результате разбавления грунтовых вод талыми водами. Максимальная концентрация солей (до 1 г/л и более) наблюдается в предвесеннее время. Наиболее характерные ионы в грунтовых водах НСО₃^- и Са ⁺.

б) В провинциях сезонного и круглогодичного питания наблюдаются два типа гидрохимического режима подземных вод.

Первый из них характеризуется  весенним разбавлением грунтовых вод  талыми и дождевыми водами. Минимальная минерализация грунтовых вод совпадает с максимальными уровнями. Максимальная минерализация в провинции сезонного питания наблюдается в предвесеннее и летнее время, в провинции круглогодичного питания - в летне-осеннее время и совпадает с минимальными уровнями грунтовых вод.

Второй тип гидрохимического режима грунтовых вод характеризуется  преобладанием испарения над питанием грунтовых вод, их выпариванием и снижением уровня.

Эти процессы сопровождаются накоплением  солей в зоне аэрации и увеличением минерализации грунтовых вод. В периоды зимнего или весеннего питания грунтовых вод инфильтрующиеся воды частично растворяют эти соли и еще более увеличивают минерализацию грунтовых вод. В данном случае максимальная минерализация грунтовых вод наблюдается при максимальных уровнях, а минимальная минерализация -  при минимальных уровнях грунтовых вод. В солевом составе преобладают ионы С1^-, SО₄^2-, Na ⁺ , Мg²⁺.

При больших глубинах залегания уровня грунтовых вод (более 10 м) сезонными колебаниями минерализации ничтожны.

 

 

 

 

8 Артезианские воды

 

Артезианские воды - напорные подземные воды, залегающие в водоносных горизонтах между водоупорными пластами.

Характерные особенности  артезианских вод:

- залегают глубже горизонта грунтовых вод в водоносных горизонтах и комплексах, подстилаемых и перекрытых водоупорными (или относительно водоупорными) пластами;

- область питания и создания напора артезианских вод и область их распространения не совпадают и часто удалены одна от другой на большие расстояния;

- при вскрытии артезианского водоносного горизонта скважиной вода в ней поднимается выше кровли горизонта, т. е. появление воды в скважине всегда отмечается ниже установившегося уровня;

- режим артезианских вод является более стабильным по сравнению с грунтовыми водами, уровень мало подвержен; температура вод с глубиной, как правило, возрастает;

- по сравнению с грунтовыми артезианские воды менее подвержены загрязнению с поверхности в связи с тем, что они перекрываются относительно водоупорными породами.

Напор в артезианских водоносных горизонтах создается гидростатическим давлением (весом воды), геостатической нагрузкой (вес вышележащих пород), тектоническими напряжениями, криогенными явлениями, а также изменением пористости пород в результате образования новых минералов.

Условия залегания напорных водоносных горизонтов весьма разнообразны. Наиболее широко они распространены в пределах синеклиз, впадин, краевых и предгорных прогибов, а также в межгорных впадинах, грабенах, сложенных породами дочетвертичного, реже четвертичного возраста.

 

9 Взаимодействие поверхностных и подземных вод

 

Взаимосвязь речных и  подземных вод наиболее полно рассмотрена в работах Б. И. Куделина и О. В. Попова.

Характер взаимосвязи  между речными и подземными водами различен. В зависимости от условий залегания водоносного пласта, глубины вреза речных долин и положения мест выхода подземных вод на поверхность по отношению к высоте стояния уровня воды в реке возникают различные условия для гидравлической связи речных и подземных вод. Гидравлическая связь может быть постоянной, периодической или отсутствовать вовсе.

При отсутствии гидравлической связи колебания уровня подземных вод не определяются колебаниями уровня воды в реке. Это характерно для случая, когда грунтовой поток, направленный к реке, выходит на поверхность на склонах речных долин выше наивысшего уровня воды в реке.

При наличии гидравлической связи возможно несколько вариантов  взаимосвязи поверхностных и подземных вод.

1. Грунтовые воды питают реку при низком стоянии уровня воды в ее русле. При прохождении половодья, когда подъем воды в реке значительно превышает уровень стояния грунтовых вод, происходит фильтрация речных вод в берега (связь временная).
2. Запасы грунтовых вод постоянно пополняются за счет фильтрации речных вод. Это происходит вследствие того, что уровни в реке всегда стоят выше зеркала грунтовых вод. Эта связь постоянна. Характерна для засушливых районов.
3. Река получает питание из напорного водоносного пласта, имеющего постоянную гидравлическую связь с рекой. Это питание осуществляется либо путем непосредственного поступления напорных вод в русло реки по тектоническим разломам и трещинам, либо путем напорной фильтрации через водоупорную кровлю или через пласты водопроницаемых пород, воды которых дренируются реками.

10 Выходы подземных вод на поверхность земли.

Режим источников

 

На склонах долин, оврагов, по склонам гор, в пониженных местах котловин часто наблюдаются выходы водоносных пластов на поверхность земли.

Если водоносный пласт  обнажен до уровня циркулирующих  в нем вод, то в месте пересечения зеркала подземных вод с поверхностью земли подземные воды выходят на поверхность.

Различают пластовые  выходы и источники (родники).

Пластовые выходы проявляются  в равномерном увлажнении склона на относительно большом расстоянии вдоль пересечения его с водоносным пластом. Сосредоточенные выходы подземных вод в виде отдельных струй или потоков называются источниками (родниками).

По характеру выхода и условиям питания источники  обычно подразделяются на нисходящие и восходящие.

Нисходящие представляют собой свободный сток воды из водоносных горизонтов (обычно грунтовой и межпластовой) со свободной поверхностью.

К восходящим относятся выходы напорных вод.

Под режимом источника понимают изменение во времени его дебита, состава и температуры. Знание указанных элементов режима позволяет установить природу источников, условия и площадь их питания.

По особенностям режима все источники  можно подразделить на:

постоянно действующие,

сезонно действующие,

ритмически действующие (имеют достаточно правильную периодичность или ритмические колебания дебита и напора).

 К особой группе источников, встречаемых в районах молодой вулканической деятельности, относятся гейзеры, получившие свое название от района Гейзер в Исландии, где они впервые были исследованы.

Специфической и отличительной  чертой гейзеров является характер выхода воды на поверхность, вызванного давлением водяных паров, образовавшихся в глубоких частях каналов гейзеров.

 Механизм действия гейзеров  сводится к следующему.

В канале гейзера инфильтрационная вода образует столб, который давит  на более глубокие, ранее поступившие в канал части воды, благодаря чему эта вода на глубине, несмотря на высокую температуру недр, не вскипает при температуре 100 °С. Когда же вода в нижних частях канала перегревается на несколько градусов, происходит бурное выделение паров и вода выбрасывается фонтаном на поверхность. Гейзеры действуют периодически.

Ритм извержения гейзера изменяется в зависимости от геологического строения и метеорологических условий района источника, истории его развития и особенностей выводного канала.

Районами распространения гейзеров на земном шаре являются: Исландия, Италия, США (Йеллоустонский парк), о-ва Новая  Зеландия, Ява, Россия (восточная и южная части п-ова Камчатки).

 

11 Минеральные лечебные, промышленные и термальные воды

 

Минеральными лечебными водами называют воды, которые оказывают благоприятное физиологическое воздействие на человеческий организм в силу общей минерализации, ионного состава, содержания в воде газов, радиоактивных элементов, а также повышенной температурой.

Основными типами минеральных лечебных вод являются железистые, мышьяковистые, кремнистые, сероводородные (сульфидные), углекислые, радоновые, йодные, бромные.

К минеральным промышленным подземным  водам относят такие воды, которые содержат в растворе полезные компоненты или их соединения в количествах, обеспечивающих по технико-экономическим показателям их рентабельную добычу и переработку. В настоящее время из подземных промышленных вод извлекают иод, бром, поваренную соль, а в некоторых странах также соединения бора, лития, рубидия, германия, урана, вольфрама и другие вещества.