10 Классификация подземных вод по химическому составу.

Классификация подземных вод по химическому составу в большинстве случаев производится по преобладающим анионам и катионам.

Так, выделяются следующие наиболее распространенные классы:

1) гидрокарбонатные воды (НСО3–>25 экв-%);

2) сульфатные воды (SO42–>25 экв-%);

3) хлоридные воды (Cl–>25 экв-%);

4) воды сложного состава: хлоридно-гидрокарбонатные, сульфатно-гидрокарбонатные, хлоридно-сульфатные и другие еще более сложного состава.

По соотношению с катионами каждый из них может быть натриевым, или кальциевым, или магниевым, или смешанным – кальциево-магниевым, натриево-кальциевым и др

11. Классификация подземных вод по условиям распределения в горных породах.

Верховодка

Верховодкой называются подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения и дебита. Обычно верховодка приурочена к линзам водоупорных или слабо- проницаемых горных пород, перекрываемых водопроницаемыми толщами. Верховодка занимает ограниченные территории, это явление - временное, и происходит оно в период достаточного увлажнения; в засушливое время года верховодка исчезает. Верховодка приурочена к первому от поверхности земли водоупорному пласту. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, в дождливые сезоны развивается заболачивание.

 Грунтовые

Грунтовыми называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. Обычно они приурочены к выдержанному водонепроницаемому пласту и характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твёрдых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод представляет собой неровную поверхность, повторяющую, как правило, неровности рельефа в сглаженной форме: на возвышенностях он ниже, в пониженных местах - выше. Грунтовые воды перемещаются в сторону понижения рельефа.

Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям. Как отмечалось выше, на него влияют различные факторы: количество и качество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова, хозяйственная деятельность человека и многое другое.

Грунтовые воды, накапливающиеся в аллювиальных отложениях - один из источников водоснабжения. Они используются как питьевая вода, для полива. Выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.

 Межпластовые (артезианские)

Межпластовыми называют такие воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Область питания у артезианских вод обычно лежит выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Если в центре такой чаши, или мульды, заложить артезианскую скважину, то вода из нее будет вытекать в виде фонтана по закону сообщающихся сосудов.

Размеры артезианских бассейнов бывают весьма значительными - до сотен и даже тысячи километров. Области питания таких бассейнов зачастую значительно удалены от мест извлечения воды. Так, воду, выпавшую в виде осадков на территории Германии и Польши, получают в артезианских скважинах, пробуренных в Москве; в некоторых оазисах Сахары получают воду, выпавшую в виде осадков над Европой.

Артезианские воды характеризуются постоянством дебита и хорошим качеством, что немаловажно для её практического использования.

12. Современные представления о происхождении подземных вод; их генетические типы.

Генетические типы подземных вод

Пути образования ПВ, их генезис • Понятие о ресурсах подземных вод прямо связано с их происхождением (генезисом). На основе современных теоретических представлений можно выделить следующие пути образования подземных вод (генетические типы): • Инфильтрационные воды • Конденсационные воды • Седиментационные воды • Эндогенные воды • Техногенные воды

Инфильтрационные воды • Инфильтрационные воды – образовались путем инфильтрации и инфлюации воды атмосферных осадков. • Инфильтрация -проникновение атмосферных осадков при неполном насыщении пор водой через зону аэрации. • Инфлюация — вливание потоков воды по трещинам и карстовым пустотам). • Эта теория всегда была господствующей, т. к. отвечала запросам практики водоснабжения и подтверждалась визуальными наблюдениями (автор Марк Витрувио Поллио).

Конденсационные воды • Конденсационные воды – проникающие главным образом из атмосферы в виде пара и конденсирующиеся в породах зоны аэрации. Явление конденсации имеет место и при миграции различных газов (в том числе углеводородных) из мест с высокими температурами и давлением в места с низкими их значениями

Седиментационные воды • Седиментационные воды – захороненные вместе с осадочным материалом в бассейнах осадконакопления, в процессах литогенеза и претерпевшие значительные изменения в ходе геологической истории. • Эти три генетических типа подземных вод входят в понятие экзогенные воды.

Генетическая классификация подземных вод (по Е. В. Пиннекеру)

Эндогенные воды • Эндогенные воды – образуются в горных породах в результате метаморфических процессов, в магматических очагах, а также при дегидратации минералов. • А. А. Карцев выделяет также “возрожденные воды” – продукт дегидратации глинистых минералов и метаморфизма пород. Они занимают промежуточное место между седиментационными и эндогенными водами.

Техногенные воды • Техногенные воды – продукт хозяйственной деятельности человека. Они образуются при различных технологических процессах, при бурении скважин, закачке чуждых вод в нефтяные пласты (система поддержания пластового давления), при захоронении промышленных стоков в глубокие горизонты. Могут содержать в своей основе все природные генетические типы подземных вод или их смесей, массу компонентов искусственного происхождения.

13. Основные виды и законы движения подземных вод.

1) Негравитационное движение воды – характерно для рыхлых глинистых пород. Играет большую роль в распределении влаги в зоне аэрации. Обусловлено действием капиллярных сил, разности температуры, различий в минеральном составе, разности концентрации порового раствора и др. Скорость миграции мала.

2) Гравитационное движение воды, подразделяется на:

- свободное просачивание под действием силы тяжести в зоне аэрации;

- фильтрация – ниже зеркала грунтовых вод и подземной воды.

Факторы фильтрации: напорный градиент, мощность водоносного горизонта, водопроницаемость пород.

Фильтрация бывает безнапорной и напорной.

· Безнапорная фильтрация присуща грунтовым водам, когда поверхность фильтрующейся воды всегда является свободной, давление на неё постоянно и равно атмосферному.

· Напорная фильтрация – свойственна артезианским водоносным горизонтам, в которых давление всегда выше атмосферного и равно высоте пьезометрического уровня данной точке.

Безнапорное движение происходит при наличии разности уровня её в двух сечениях. Разность уровня двух точек, отнесённая к расстоянию между ними, называется гидравлическим градиентом.

!!!

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).

Фильтрация в полностью водонасыщенных водах при ламинарном (параллельном, спокойном, без завихрений) движении воды подчиняется закону Дарси.

Основной закон фильтрации подземных вод - Закон фильтрации Дарси

Движение подземных вод происходит при наличии разности гидравлических уровней (напоров). Воды двигаются от мест с высокими уровнями к местам с низкими уровнями. 

Отношение разности напоров к длине пути фильтрации называется гидравлическим (напорным) градиентом. Чем градиент выше, тем больше скорость движения.

I = ΔH/L,

14. Понятие об установившемся и неустановившемся движении подземных вод.

 Установившееся и неустановившееся движение

Характер движения подземных вод может быть установившимся и неустановившимся во времени. Это связано с изменением уровня подземных вод, напорного градиента, скорости и расхода. Изменения связаны с естественными и искусственными факторами: выпадение осадков, изменение уровней поверхностных вод, функционирование водохранилищ, откачки воды из скважин и горных выработок. Там, где эти изменения незначительны, движение установившееся. Характер движения проявляется как в безнапорных, так и в напорных потоках. В случае неглубоких безнапорных потоков, когда упругими свойствами воды и горных пород можно пренебречь, режим фильтрации – жесткий. В напорных водоносных горизонтах при вскрытии их скважинами и на первых этапах откачек происходит разуплотнение воды и упругое расширение пород. В результате вода выдавливается из пласта в скважины и другие водозаборные сооружения. Такой режим называется упругий, соответствующий неустановившемуся движению.

Кроме упругих сил воды и пород неустановившееся движение может формироваться под воздействием притока воды из других горизонтов или при осушении пласта в области его выхода на поверхность. В случае поступления воды из поверхностных источников питания и интенсивного подпитывания соседними водоносными горизонтами или слоями, движение подземных вод со временем стабилизируется и переходит в установившееся.

Все расчеты по неустановившейся фильтрации выполняются с учетом фактора времени.

15. Условия формирования грунтовых и артезианских подземных вод.

Грунтовые воды являются первым от поверхности земли постоянным водоносным горизонтом.

Если воды пресные, то при глубине залегания 1-3 м они служат источником увлажнения почв. При высоте 1-1,2 м они могут вызывать заболачивание. Если грунтовые воды сильно минерализованы, то при высоте 2,5-3,0 м они могут вызвать вторичное засоление почв. Наконец, грунтовые воды могут затруднять проходку строительных котлованов, подпаливать застроенные территории, агрессивно воздействовать на подземные части сооружений и т.д.

Подземные воды формируются разными способами. Часть из них образуется в результате просачивания атмосферных осадков и поверхностных вод по порам и трещинам горных пород. Такие воды называются инфильтрационными (слово "инфильтрация" обозначает просачивание).

Однако существование подземных вод не всегда можно объяснить инфильтрацией атмосферных осадков. Например, в районах пустынь и полупустынь выпадает очень мало осадков, причем они быстро испаряются. Вместе с тем даже в пустынных областях на некоторой глубине присутствуют подземные воды. Образование таких вод можно объяснить лишь конденсацией водяных паров в почве. Упругость водяного пара в теплое время года в атмосфере больше, чем в почве и горных породах, поэтому пары воды непрерывно поступают из атмосферы в почву и формируют там подземные воды. В пустынях, полупустынях и сухих степях вода конденсационного происхождения в знойное время является единственным источником влаги для растительности.

Подземные воды могут формироваться за счет захоронения вод древних морских бассейнов совместно с накапливающимися в них осадками. Воды этих древних морей и озер могли сохраниться в захороненных осадках, а затем просачиваться в окружающие породы или выходить на поверхность Земли. Такие подземные воды носят название седиментационных вод.

Часть подземных вод по происхождению может быть связана с остыванием расплавленной магмы. Выделение водяных паров из магмы подтверждается образованием облаков и ливней при извержениях вулканов. Подземные воды магматического происхождения называются ювенильными (от лат. "ювеналис" - девственный). 

Артезианские воды образуются при определенном геологическом строении - чередовании водопроницаемых пластов водоупорными. Они приурочены в основном к синклинально или моноклинально залегающим свитам пластов.

Площадь развития одного или нескольких артезианских пластов называется артезианским бассейном. АБ могут занимать от нескольких десятков до сотен тысяч км2.