История взглядов на образование Земли

По условиям залегания  подземные воды подразделяются на:

• почвенные;
• грунто́вые;
• межпластовые;
• артезианские;
• минеральные.

Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы; они могут быть свободными (гравитационными), перемещающимися под влиянием силы тяжести, или связанными, удерживаемыми молекулярными силами.

Грунто́вые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать. Эти воды в большей мере подвержены загрязнению.

Межпластовые  воды — нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых, уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые. Напорные межпластовые воды полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах.

По условиям движения в  водоносных слоях различают подземные  воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и галечниковых) слоях  и в трещиноватых скальных породах.

В зависимости от залегания, характера пустот водовмещающих  пород, подземные воды делятся на:

• поровые — залегают и циркулируют в четвертичных отложениях: в песках, галечниках и др. обломочных породах;
• трещинные (жильные) — в скальных породах (гранитах, песчаниках);
• карстовые (трещинно-карстовые) — в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.)

МАКСИМАЛЬНАЯ ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ ПОРОДЫ — (максимальная гигроскопическая влагоемкость) максимальное количество парообразной воды, поглощаемое породой из воздуха. Выражается чаще всего весовым способом по отношению к весу абсолютно сухой породы в процентах или в долях единицы

Гигроскопичность  и максимальная гигроскопичность показывают способность грунта адсорбировать  воду из парообразного состояния, в  результате чего в грунте образуется прочносвязанная вода. Максимальная гигроскопичность показывает максимальное количество прочносвязанной воды, которая образуется при адсорбции паров воды грунтами из воздуха, относительная влажность которого близка к 100%. Гигроскопичность характеризует то количество прочносвязанной воды, которое может образоваться при адсорбции паров воды из воздуха, имеющего относительную влажность, значительно меньшую, чем 100%.

Чем меньше относительная  влажность воздуха, тем меньше молекул  воды переходит из парообразного в связное состояние. При определенной влажности воздуха величина гигроскопичности грунта составляет определенную часть величины его максимальной гигроскопичности. Следовательно, между величинами гигроскопичности и максимальной, гигроскопичности должны существовать тесные корреляционные, связи. Действительно, коэффициент корреляции (r) для этих двух свойств, оказался равным 0,98 ±0,006; он показал, что между величинами гигроскопической влажности и влажности максимальной гигроскопичности: существует прямая функциональная зависимость.

Влажность грунта - содержание в нем того или иного количества воды, отнесенного к весу абсолютно  сухого грунта (весовая влажность) или  к объему влажного грунта (объемная влажность).

Связанная вода — это  вода, удерживаемая на поверхности  твердых частиц силами электрического заряда. По свойствам она существенно  отличается от обычной, свободной воды. Так, ее средняя плотность составляет 1,2 ...1,4 г/см^. Связанную воду нельзя всю удалить (отжать) из грунта статическим давлением, возникающим в грунтах оснований. В лабораторных исследованиях на грунты, содержащие только связанную воду, передавали среднее уплотняющее давление, равное нескольким сотням мега-паскалей, и грунт оставался влажным. Содержание воды в грунте уменьшалось с увеличением среднего давления только до 20 ...50 МПа, далее влажность грунта оставалась постоянной, поэтому связанную воду подразделяют на прочносвязанную и рыхло-связанную.  
 
Прочносвязанная вода по некоторым свойствам сходна о твердым телом: ее плотность достигает 2,4 г/см, в ней не проявляются законы гидростатики, она не растворяет солей, обладает значительной вязкостью, упругостью и прочностью на сдвиг. Однако это жидкость. Температура ее замерзания равна —78 °С и ниже, что существенно, так как в определенной степени объясняет некоторые свойства мерзлых грунтов.  
 
По мнению ряда исследователей, прочносвязанную воду можно удалить из грунта только путем высушивания при температуре 105 0С, которая является стандартной для определения влажности грунта. Некоторые категории прочносвязанной воды не удаляются (Сергеев, 1971 г.). Другие исследователи (Гольдштейн, 1979 г.) считают, что часть прочносвязанной воды все же может быть отжата путем внешнего давления. Причем сразу после отжатия она имеет повышенную растворяемость.  
 
Если молекулы воды покроют сплошным слоем всю поверхность глинистой частицы, то вокруг частицы образуется как бы сплошная пленка прочносвязанной воды. Максимальное количество такой воды в грунтах приблизительно соответствует количеству гигроскопической воды, которое, в свою очередь, приравнивается к количеству воды адсорбционного слоя. Следовательно, термины «прочносвязанная», «гигроскопическая» и «адсорбционная» вода можно считать синонимами.

Свободная вода        

(a. free water; н. freies Wasser; ф. eau libre; и. agua libre) - подземная вода, содержащаяся в г. п. и находящаяся под влиянием капиллярных и гравитационных сил. Kапиллярная водa заполняет капиллярные поры, a при уменьшении влажности - только углы пор в г. п. Kапиллярная C. в., связанная c уровнем грунтовых вод, наз. капиллярно-поднятой, в отрыве от него - капиллярно-подвешенной водой. Oба вида капиллярной C. в. передают гидростатич. давление и перемещаются под действием сил поверхностного натяжения. Kапиллярно-поднятая вода образует т.н. капиллярную кайму, к-рая постоянно восстанавливается за счёт подтягивания воды по капиллярам c уровня грунтовых вод. Kапиллярное поднятие зависит от гранулометрич. и минералогич. состава пород зоны аэрации, темп-ры воды и от др. факторов. Mакс. высота поднятия в глинистых породах 8-10 м, в крупнозернистых песках неск. см, в галечниках и гравии отсутствует. Kапиллярно-подвешенная вода образуется чаще всего в супесчаных отложениях в осн. за счёт атм. осадков. Hаибольшее кол-во этой воды, удерживаемое породой, соответствует наименьшей влагоёмкости или водоудерживающей способности породы. Kапиллярная вода в зависимости от состава г. п. по-разному влияет на изменение физ.-механич. свойств г. п. Kак правило, она приводит к уменьшению прочности пород в горн. выработках. Гравитационная водa перемещается в г. п. под действием силы тяжести и градиента напора, возникающего как за счёт разности гипсометрич. отметок (для верх. водоносных горизонтов), так и за счёт разл. геостатич. давления (для глубокозалегающих горизонтов). Eё содержание зависит от пористости и трещиноватости г. п. (макс. насыщенность г. п. водой наз. полной влагоёмкостью). Cодержание гравитационной воды в породе определяется как разность между полной и капиллярной влагоёмкостью. Гравитационная вода, легко отдаваемая г. п., добывается для водоснабжения, она откачивается при осушении котлованов, карьеров и шахт. Интенсивный водоотбор сопровождается оседанием земной поверхности. B нек-рых p-нах действие C. в. приводит к развитию карста, суффозии, солифлюкции, образованию плывунов и др. B областях ведения горн. работ это приводит к нарушению устойчивости бортов карьеров и откосов котлованов, повышенной обводнённости выработок, Внезапным прорывам вод и плывунов в горн. выработки

ВОДООТДАЧА горных пород (а. yield of water of rock; н. Wasserabgabefahigkeit der Gesteine; ф. rendement deau des roches; и. produccion de agua de las rocas) — способность водонасыщенных горных пород отдавать воду путём свободного стекания под влиянием силы тяжести либо в результате воздействия (откачки, вакуумирования и т.п.).

Механизм водоотдачи определяется соотношением капиллярных  сил и сил, преодолевающих их действие (гравитация или давление закачиваемых в водонасыщенные породы несмешивающихся с водой веществ). Оценивается процентным отношением объёма свободно вытекающей из образца породы воды к его объёму; количеством воды (в л), вытекающей из 1 м³ породы (удельная водоотдача), а также коэффициент, определяемый как разность между полной и максимальной молекулярной влагоёмкостями. В массивах горных пород определяют коэффициент гравитационной влагоотдачи, который отражает запасы воды, отдаваемые путём свободного её стекания под влиянием силы тяжести, и упругой влагоотдачи, который отвечает упругим запасам подземных вод и определяется по данным опытных откачек. Влагоотдача возрастает с увеличением крупности частиц пород, открытой пористости, трещиноватости и уменьшением смачиваемости. Тонкодисперсные породы из-за большой величины капиллярных и поверхностных сил, удерживающих воду, обладают весьма низкой водоотдачей (например, суглинки — 0,01-0,1; супеси — 0,05-0,1).  
 
Водоотдача — основная характеристика при выборе способов водозащиты горных выработок, расчёта сети дренажных скважин, интенсивности снижения уровня воды при водопонижении, а также для расчёта эксплуатационных запасов подземных вод.

Водоносный горизонт или аквифер (англ. aquifer) — осадочная горная порода, представленная одним или несколькими переслаивающимися подземными слоями горных пород с различной степенью водопроницаемости. Из подземной прослойки водонапорной проницаемой горной породы или неконсолидированных материалов (гравий, песок, ил, глина) могут быть извлечены подземные воды с помощью скважины.

Слои частично состоят  из рыхлых материалов: гравия, доломита, ила, известняка, мергеля или песка. Трещины или пустоты между слоями заполнены подземными водами. Горизонт ограничен либо двумя водоупорными пластами (обычно глиной), либо водоупорным пластом и зоной аэрации.

Водоносные горизонты  могут находиться на разной глубине. Те из них, что расположены ближе  к поверхности, не только чаще других используются в качестве источников воды для потребления и ирригации, но и чаще пополняются дождями. Многие пустынные регионы имеют в своём составе известняковые холмы или горы, которые могут содержать грунтовые воды. Поверхностные водоносные горизонты, в которых добывается вода, имеются в отдельных частях гор Атлас в Северной Африке, на хребтах Ливан и Антиливан в Сирии, Израиле и Ливане, в части Сьерра-Невада и других горах на юго-западе США.

Чрезмерное использование  может привести к снижению уровня грунтовых вод. Вдоль побережья  некоторых стран, например Ливии и Израиля, рост населения и увеличившееся потребление воды привели к снижению уровня подземных вод и последующему их загрязнению солёной морской водой

Основные характеристики

• Статический уровень или пьезометрический уровень в скважине, пробуренной на определенный водоносный горизонт. Измеряется в метрах от поверхности земли.
• Динамический уровень, появляющийся в том случае, когда из скважины проводится водоотбор, например, погружным насосом. Измеряется в метрах от поверхности земли.
• Забор воды из водоносного горизонта или дебит скважины измеряется в л/с, куб.м/час, куб.м/сут, тыс.куб.м/год.
• Коэффициент водопроводимости измеряется в кв.м/сут;
• Скорость сработки статического уровня измеряется в метрах в год, показывает скорость падения уровня воды при заданом заборе воды;
• Годовая амплитуда колебания уровня воды измеряется в метрах.
• Глубина залегания подошвы слоя водоносного горизонта. Измеряется в метрах от поверхности земли.
• Глубина залегания кровли слоя водоносного горизонта. Измеряется в метрах от поверхности земли.

АГРЕССИВНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

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

ЗАКОН ДАРСИ

— закон фильтрации жидкости в пористой среде, выражающий линейную зависимость скорости фильтрации от напорного градиента V = К_i, где V — скорость фильтрации, К — коэф. фильтрации, I — напорный градиент.

Закон Дарси связан с несколькими системами измерений. Среда с проницаемостью 1 Дарси (Д) позволяет протекать 1 см³/с жидкости или газа с вязкостью 1 сп (мПа·с) под градиентом давления 1 атм/см, действующего на площадь 1 см².

КОЭФФИЦИЕНТ ФИЛЬТРАЦИИ —

величина, характеризующая  водопропускную способность г. п., являющаяся постоянной для определенной п. Представляет собой скорость фильтрации при напорном градиенте, равном единице, и выражается в м/сут или см/сек. Син.: коэффициент водопроницаемости г. п.

Радиус влияния скважины range radius of well - Расстояние от скважины до границы зоны ее влияния. Зона влияния скважины определяется гидродинамическим полем данной скважины. В однородном пласте гидродинамическое поле работающей скважины представляет для семейства изобар ряд концентрических окружностей с центром скважины. Вследствие наличия сил упругости пласта радиус гидродинамического поля после пуска скважины в эксплуатацию растет со временем, причем скорость роста тем больше, чем больше созданная депрессия давления (или дебит скважины) и коэффициент пьезопроводности пласта.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СКВАЖИН

интерференция скважин, - изменение  дебитов нефтяных, газовых и водных скважин или их забойных давлений или тех и других одновременно под влиянием изменения режима работы окружающих скважин.

Конструктивно принято выделять следующие типы дренажа:

• линейный дренаж;

Поверхностный дренаж — распространенный метод водоотведения на территориях с близким залеганием грунтовых вод, способных привести к переувлажнению территории, в местах, где необходим отвод дождевой, талой и другой избыточной (например, на автомойке) влаги.

• точечный дренаж;

Точечный водоотвод применяется и устанавливаются там, где необходим локальный сбор воды: под трубами крышных водостоков, под поливочными кранами и т.д.. Правильно организованный точечный водоотвод позволяет значительно продлить срок службы фундамента и отмостки здания, предотвращая подтопление подвалов и погребов.

• внутренний дренаж;

Внутренний дренаж несколько более сложен технически, а для полноценного функционирования внутренней дренажной системы необходимо её соединение с внешней системой, которая будет отводить воду в места сбора