додати матеріал


Підземні води

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

Зміст
1. Запровадження стор.2
2. Походження підземних вод стор.5
3. Класифікація підземних вод. Умови їхнього залягання стор.8
4. Живлення річок підземними водами. Методики розрахунку підземного стоку стор.10
5. Висновок. Основні проблеми використання і захисту підземних вод стор.12
6. Список літератури стор.14

введення
Гідрогеологія (від гідро - вода і геологія) наука про підземні води, що вивчає їх склад і властивості, походження, закономірності поширення і руху, а також взаємодія з гірськими породами.
Гідрогеологія тісно пов'язана з гідрологією і геологією (у тому числі і з інженерної геологією), метеорологією, геохимией, геофізикою та іншими науками про Землю; спирається на дані математики, фізики, хімії і широко використовує їх методи дослідження.
Усі води земної кори, які знаходяться нижче поверхні Землі в гірських породах у газоподібному, рідкому і твердому станах, називаються підземними водами. Підземні води складають частину гідросфери - водної оболонки земної кулі. Вони зустрічаються а свердловинах на глибині до декількох кілометрів. За даними В.І. Вернандский, підземні води можуть існувати до глибини 60 км у зв'язку з тим, що молекули води навіть при температурі 2000 о С дисоційований всього на 2%. Приблизні підрахунки запасів прісної води в надрах Землі до глибини 16 кілометрів дають величину 400 мільйонів кубічних кілометрів, тобто близько 1 / 3 вод Світового океану.
Накопичення знань про підземні води, що почалося з найдавніших часів, прискорилося з появою міст і поливного землеробства. Мистецтво споруди копання криниць до декілька десятків метрів було відомо за 2000-3000 тисячі років до н.е. в Єгипті, Середньої Азії, Індії, Китаї. У цей же період з'явилося і лікування мінеральними водами. У першому тисячолітті до нашої ери з'явилися перші уявлення про властивості та походження природних вод, умови їх накопичення і кругообігу води на Землі (у роботах Фалеса і Аристотеля - в Стародавній Греції; Тита Лукреція Кара та Вітрувій - у Стародавньому Римі, та ін.) Вивченню підземних вод сприяло розширення робіт, пов'язаних з водопостачанням, будівництвом каптажних споруд (наприклад, кярізів у народів Кавказу, Ср. Азії), видобутком солоних вод для випарювання солі шляхом копання колодязів, а потім і буріння (територія Росії, 12-17 століття) . Виникли поняття про води ненапорних, напірних (піднімаються знизу вгору) і самовиливними. Останні одержали в 12 столітті назва артезіанських - від провінції Артуа (давня назва "Артезія") у Франції.
В епоху Відродження і пізніше підземним водам і їх ролі в природних процесах були присвячені роботи багатьох вчених - Агріколли, Паліссі, Стено та ін У Росії перші наукові уявлення про підземні води як про природні розчинах, їх освіту шляхом інфільтрації атмосферних опадів і геологічної діяльності підземних вод були висловлені М. В. Ломоносовим у творі «Про шари земних» (1763 р.).
До середини 19 століття вчення про підземні води розвивалося як складова частина геології. Потім воно відокремлюється в окрему дисципліну.
Загальна гідрогеологія вивчає походження підземних вод, їх фізичні і хімічні властивості, взаємодія з вміщають гірськими породами. Вивчення підземних вод у зв'язку з історією тектонічних рухів, процесів осадконакопичення та діаногенеза дозволило підійти до історії їх формування і сприяло появі в 20 столітті нової галузі гідрогеології - палеогідрогеологіі (вчення про підземні води минулих геологічних епох).
Динаміка підземних вод вивчає рух підземних вод стать впливом природних і штучних чинників, розробляє методи кількісної оцінки продуктивності експлуатаційних свердловин і запасів підземних вод.
Вчення про режим та баланс підземних вод розглядає зміни в підземних водах (їх рівні, температурі, хімічному складі, умовах живлення і руху), які відбуваються під впливом різних природних факторів (атмосферних опадів, та умови їх інфільтрації, випаровування, температури і вологості повітря і грунтового шару, впливу режимів поверхневих водойм, річок, техногенної діяльності людини). У другій половині 20 століття почали розроблятися методи прогнозу режиму підземних вод, що має важливе практичне значення при експлуатації підземних вод, гідротехнічному будівництві, зрошуваному землеробстві та вирішенні інших питань.
З 510 мільйонів квадратних кілометрів площі земної кулі 361 млн. кв. км (70,7%) займають моря і океани, утворюючи єдиний Світовий океан, решта 149 (29,3%) млн. кв. км займає суша. У північній півкулі на частку суші припадає 39,3% площі півкулі, у південному - 19,1%. Про питому вагу елементів влагооборота і їх вплив на загальний оборот води в природі можна судити за даними, наведеними нижче:
Таблиця 1
Найменування показника
Обсяг
1. Випари з океану
2. Випари з суші
3. сумарне випаровування
4. Опади на поверхню океану
5. Опади на поверхню суші
6. Сумарні опади
7. Стік рік та підземних вод
447,9 тис. км 3
70,7 тис. км 3
518,6 тис. км 3
411,6 тис. км 3
107,0 тис. км 3
518,6 тис. км 3
36,3 тис. км 3
Під впливом сонячної енергії з поверхні Світового океану випаровується в середньому близько 450,0 тис. км 3 води. Деяка частина цієї вологи у вигляді пари переноситься повітряними течіями на материки. За певних умов водяні пари конденсуються і випадають у вигляді дощу, снігу, граду і т.п. Випали на сушу атмосферні опади стікають по схилах місцевості, утворюючи струмки і ріки, які несуть свої води знову у Світовий океан.
Частина опадів випаровується, частина просочується в землю, утворюючи підземні води, які підземним стоком надходять у струмки та річки і, таким чином, також повертаються в океан. Цей замкнутий процес обміну між атмосферою і земною поверхнею називається кругообігом води в природі.
Таким чином, водність річок, які у народному господарстві в якості джерел води, тісно пов'язана з влагооборота Землі і залежить від розподілу води між окремими елементами круговороту води в природі.
походження підземних вод
Підземні води формуються в основному з вод атмосферних опадів, що випадають на земну поверхню і просочуються (інфільтрують) у землю на деяку глибину, і з вод з боліт, річок, озер і водосховищ, також просочуються в землю. Кількість вологи, що проганяється таким чином в грунт, становить за даними А. Ф. Лебедєва, 15-20% загальної кількості атмосферних опадів.
Проникнення вод в грунти (водопроникність), що складають земну кору, залежить від фізичних властивостей цих грунтів. У відношенні водопроникності грунти діляться на три основні групи: водопроникні, напівпроникні і водонепроникні або водотривкі.
До водопроникним порід відносяться великоуламкові породи, галечник, гравій, піски, тріщинуваті породи і т.д. До водонепроникним породам - ​​масивно-кристалічні породи (граніт, порфір, мармур), що мають мінімальну вбирати в себе вологу, і глини. Останні, просочившись водою, надалі її не пропускають. До порід напівпроникні відносяться глинисті піски, лес, пухкі пісковики, Рихлі мергелі і т.п.
Підземні води в земній корі розподілені у двох поверхах. Нижній поверх, складений щільними магматичними і метаморфічними породами, містить обмежену кількість води. Основна маса води знаходиться у верхньому шарі осадових порід. У ньому за характером водообміну з поверхневими водами виділяють три зони: зону вільного водообміну (верхню), зону уповільненої водообміну (середню) і зону вельми уповільненого водообміну (нижню). Води верхньої зони звичайно прісні і служать для питного, господарського та технічного водопостачання. У середній зоні розташовуються мінеральні води різного складу. Це - стародавні води. У нижній зоні знаходяться високомінералізовані розсоли. З них добувають бром, йод і інші речовини.
Підземні води утворюються різними способами. Як вже зазначалося вище, один з основних способів утворення підземної води - просочування, або інфільтрація, атмосферних опадів та поверхневих вод (озер, річок, морів і т.д.). За цією теорією, що просочується вода доходить до водотривкому шару і накопичується на ньому, насичуючи породи пористого і пористо-трещінноватого характеру. Таким чином виникають водоносні шари, або горизонти підземних вод. Поверхня грунтових вод, називається дзеркалом грунтових вод. Відстань h від дзеркала грунтових вод до водоупора називають потужністю водотривкого шару.
Кількість води, добутий в грунт, залежить не тільки від його фізичних властивостей, але і від кількості атмосферних опадів, нахилу місцевості до горизонту, рослинного покриву. Тривалий дрібний дощ створює кращі умови для просочування, ніж рясний дощ, тому що чим інтенсивніше опади, тим з більшою швидкістю випала вода стікає по поверхні грунту.
Круті схили місцевості збільшують поверхневий стік і зменшують просочування атмосферних опадів в грунт; пологі, навпаки, збільшують їх виділення. Рослинний покрив (ліс) збільшує випаровування випала вологи і в той же час посилює випадання опадів. Затримуючи поверхневий стік, він сприяє просочуванню вологи в грунт.
Для багатьох територій земної кулі інфільтрація є основним способом утворення підземних вод. Однак є й інший шлях їхнього утворення - за рахунок конденсації водяної пари в гірських породах. У теплу пору року пружність водяної пари в повітрі більше, ніж у грунтовому шарі і нижчих гірських породах. Тому водяні пари атмосфери безупинно надходять у грунт і опускаються до шару постійних температур, розташованого на різних глибинах - від одного до декількох десятків метрів від поверхні землі. У цьому шарі рух парів повітря припиняється у зв'язку із збільшенням пружності водяної пари при підвищенні температури в глибині Землі. Внаслідок цього виникає зустрічний потік водяної пари з глибини Землі вгору - до шару постійних температур. У поясі постійних температур в результаті зіткнення двох потоків водяної пари відбувається їх конденсація з утворенням підземної води. Така конденсаційна вода має велике значення в пустелях, напівпустелях та сухих степах. У спекотні періоди року вона є єдиним джерелом вологи для рослинності. Таким же способом виникли основні запаси підземної води в гірських районах Західного Сибіру.
Обидва способу утворення підземних вод - шляхом інфільтрації і за рахунок конденсації водяної пари атмосфери в породах - головні шляхи накопичення підземних вод. Інфільтраційні і конденсаційні води називаються вандознимі водами (від лат. "Vadare" - йти, рухатися). Ці води утворюються з вологи атмосфери і беруть участь у загальному кругообігу води в природі.
Деякі дослідники відзначають ще один спосіб утворення підземних вод. Багато виходи цих вод у районах сучасної або недавньої вулканічної активності характеризуються підвищеною температурою і значною концентрацією солей і летких компонентів. Для пояснення генезису таких вод австрійський геолог Е. Зюсс у 1902 році висунув теорію ювенільного (від лат. "Juvenilis" - незайманий). Такі води, як вважав Зюсс, утворилися з газоподібних продуктів, в достатку виділяються при диференціації магматичного вогнища.
Пізніші дослідження показали, що чистих ювенільних вод, як їх розумів Е. Зюсс, в поверхневих частинах Землі не існує. У природних умовах підземні води, що виникли різними способами, змішуються один з одним, набуваючи ті чи інші риси. Однак визначення генезису підземних вод має велике значення: воно полегшує підрахунок запасів, з'ясування режиму та їх якість.
Під час весняного водопілля та паводків рівень води в річці, піднімаючись вище рівня річкового потоку, спрямованого до річки, викликає відтік води з неї і підйом рівня грунтових вод. Це знижує висоту рівня весняних повеней. На спаді грунтові води починають живити річку, і рівень грунтових вод знижується.
Грунтові води можуть утворюватися за рахунок штучних гідротехнічних споруд н апример таких, як зрошувальні канали. Так, при будівництві Каракумський зрошувальної системи за рахунок перекидання частини стоку сибірських річок, в пустельній частині значну кількість води йшло не стільки на поливні потреби, скільки на випаровування і в грунт. Сталося це внаслідок того, що більша частина зрошувальної системи проходила по піщаних грунтів, де коефіцієнт фільтрації досить високий, і незважаючи на протифільтраційні заходи, падіння рівнів води за рахунок фільтрації води в грунт були великі. Все це, окрім зменшення стоку річок, призводило до того, що містяться в грунті солі розчинялися грунтовими водами, і при русі підводних потоків назад в канал відбувалося замулення та засолення останнього.
класифікація підземних вод. умови їх залягання
За умовами залягання виділяють три типи підземних вод: верховодку, грунтові і напірні, або артезіанські.
Верховодка називаються підземні води, що залягають поблизу поверхні землі і відрізняються непостійністю розповсюдження і дебіту. Зазвичай верховодка приурочена до лінз водотривких або слабко проникних гірських порід, що перекриваються водопроникними товщами. Верховодка займає обмежені території, це явище - тимчасове, і відбувається воно в період достатнього зволоження; в посушливий час голи верховодка зникає. Верховодка приурочена до першого від поверхні землі водотривкому пласту. У тих випадках, коли водотривкий пласт залягає поблизу поверхні або виходить на поверхню, в дощові сезони розвивається заболочування.
До верховодка нерідко відносять грунтові води, або води грунтового шару. Грунтові води представлені майже зв'язаною водою. Крапельно-рідка вода в грунтах присутня тільки в період надмірного зволоження.
Грунтові води. Грунтовими називаються води, що залягають на першому водотривкому горизонті нижче верховодки. Зазвичай вони приурочені до витриманому водонепроникному пласту і характеризуються більш-менш постійним дебітом. Грунтові води можуть накопичуватися як у пухких пористих породах, так і в твердих тріщинуватих колекторах. Рівень грунтових вод являє собою нерівну поверхню, що повторює, як правило, нерівності рельєфу в згладженої формі: на височинах він нижчий, у знижених місцях - вище. Грунтові води переміщаються в бік пониження рельєфу.
Рівень грунтових вод піддається постійним коливанням. Як зазначалося вище, на нього впливають різні чинники: кількість і якість випадаючих опадів, клімат, рельєф, наявність рослинного покриву, господарська діяльність людини та багато іншого.
Грунтові води, що накопичуються в алювіальних відкладах - одне з джерел водопостачання. Вони використовуються як питна вода, для поливу. Виходи підземних вод на поверхню називаються джерелами, або ключами.
Напірні, або артезіанські води. Напірними називають такі води, які знаходяться у водоносному шарі, укладеному між водотривкими шарами, і відчувають гідростатичний тиск, обумовлений різницею рівнів у місці харчування та виходу води на поверхню. Область харчування у артезіанських вод зазвичай лежить вище області стоку води і вище виходу напрних вод на поверхню Землі. Якщо в центрі такої чаші, або мульди, закласти артезіанську свердловину, то вода з неї буде витікати у вигляді фонтану за законом сполучених посудин.
Розміри артезіанських басейнів бувають досить значними - до сотень і навіть тисячі кілометрів. Області живлення таких басейнів найчастіше значно віддалені від місць вилучення води. Так, воду, що випала у вигляді опадів на території Німеччини та Польщі, отримують в артезіанських свердловинах, пробурених в Москві, а в деяких оазисах Сахари одержують воду, що випала у вигляді опадів над Європою.
Артезіанські води характеризуються сталістю дебіту і гарною якістю, що важливо для її практичного використання.
живлення річок підземними водами. методики розрахунку підземного стоку
Підземні води служать надійним джерелом живлення річок. Вони діють цілий рік і забезпечують харчування річок в зимову і літню межень (або при низьких рівнях стояння горизонту води), коли поверхневий стік відсутній.
При сильно уповільнених швидкостях руху грунтових вод, в порівнянні з поверхневими, підземні води в річковому стоці виступають як регулюючий чинник.
Також, при сильно уповільнених або невеликих швидкостях руху грунтових вод, на річках Крайньої Півночі при низьких температурах повітря, спостерігається Перемерзання (повне або часткове) річки, і тоді вода заходить з підпірною частині того водойми, в яку впадає річка (це може бути головна річка , море, озеро тощо). Такі явища спостерігаються, наприклад, у п. Ніжнеянск, який знаходиться в 25 км від гирла р.Яни, де в період стояння низьких температур і повного перемерзання річки на перекатах, з підпору в русло річки вище за течією від місця перемерзання, заходить солона вода з Північного Льодовитого океану.
Кількісною мірою живлення служить значення підземного стоку, який, у свою чергу, характеризується так званим модулем підземного стоку: М подз. = К • М 0 / 100,
де М подз. - модуль підземного стоку, л / сек з 1 км 2 водозбірної площі;
М 0 - середній багаторічний модуль загального стоку, л / сек з 1 км 2 поверхневого водозбірного басейну;
К - модульний коефіцієнт, що показує відсоток підземного стоку в загальному стоці й визначається за формулою К = М min / М 0,
де М min - мінімальний модуль стоку, л / сек з 1 км 2 поверхневого водозбірного басейну, який визначається по зимовому витраті річки і рівний модулю підземного стоку, тому що річки взимку харчуються переважно підземними водами.
Модуль підземного стоку є надійним показником для оцінки водоносности гірських порід, поширених на площі водозбірного басейну будь-якої річки, тому що він являє собою ту кількість підземної води (в л / сек), що надходить у річку з 1 кв. км того чи іншого водоносного горизонту, дренуючого рікою.
Крім цих формул, величина підземного стоку може бути визначена гідрохімічними методом (по А. Т. Іванову): ,
де Q подз - річний обсяг підземного стоку;
Q 0 - річний обсяг річкового стоку;
с - концентрація якого-небудь компонента (наприклад, хлору) у річковій воді в період спостережень;
c 1 - концентрація того ж компонента в підземних водах в той же період;
c 2 - концентрація того ж компонента в поверхневих водах у той же період.
Згідно Б.І. Куделіна, для більш точного розрахунку підземного стоку малих і середніх річок пропонується розрізняти чотири типи живлення річок підземними водами:
a) Харчування грунтовими водами, гідравлічно не пов'язаними з річкою;
b) Харчування грунтовими водами, гідравлічно пов'язаними з річкою;
c) Змішана грунтове харчування (a + b);
d) Змішана грунтове і артезіанське харчування (a + b + c).
Згідно цих даних Б.І. Куделіна були запропоновані формули для визначення шару h подз і коефіцієнта підземного стоку α подз. Шар підземного стоку виражається в міліметрах на рік (або будь-який інший одиниці часу) з одного квадратного кілометра площі підземного басейну і розраховується як: ,
де h подз - шар підземного стоку, мм / рік;
Q подз - обсяг підземного стоку з площі басейну, м 3 / рік;
F - площа басейну, м 2.
Коефіцієнт підземного стоку α подз представляє собою відношення підземного стоку до опадів, що випали на площу даного річкового водозбірного басейну, і показує ту частину опадів, яка йде на харчування підземних зон дуже інтенсивного водообміну в басейні: , Де x - шар опадів, мм / рік.
Розрахунки підземного стоку зазвичай узагальнюються у вигляді карт підземного живлення, коефіцієнтів і модулів підземного стоку, що відображають природні ресурси різних видів підземних вод, розвинених в межах малих і середніх річкових басейнів і їх окремих районів і ділянок.
висновок. основні проблеми використання і захисту підземних вод
У силу свого місцезнаходження підземні води краще захищені від зовнішніх впливів, ніж поверхневі, однак є серйозні симптоми несприятливої ​​зміни режиму підземних вод на великих площах і в широкому діапазоні глибин. До них відносяться: виснаження і зниження рівня підземних вод через надмірне відбору; впровадження на узбережжі морських солоних вод; освіта депресійних лійок та інші.
Велику небезпеку представляє забруднення підземних вод. Можна виділити два типи забруднень - бактеріальне і хімічне. За певних умов у водоносні горизонти можуть проникати стічні та промислові води, забруднені поверхневі води і атмосферні опади.
При створенні водосховищ у результаті підпору відбувається підвищення рівня грунтових вод. Позитивним наслідком такої зміни режиму є збільшення їх ресурсів у прибережній зоні водосховища; негативними - підтоплення прибережної зони, що викликає заболочування території, а так само засолення грунтів і грунтових вод внаслідок підвищеного їх випаровування при неглибокому заляганні.
Зважаючи на невеликі паводкових явищ (або взагалі їх відсутність) на зарегульованих річках паводковий харчування підземних вод значно зменшено. Швидкості течії на таких річках знижуються, що сприяє замулення русла; тому взаємозв'язок річкових і підземних вод утруднена.
У певних умовах відбір підземних вод може зробити істотний вплив на якість поверхневих вод. У першу чергу це відноситься до промислової експлуатації і скидання мінералізованих вод, скидання шахтних і попутних нафтових вод.
Звідси випливає, що повинно передбачатися комплексне використання та регулювання ресурсів поверхневих і підземних вод. Прикладами такого підходу можуть служити використання підземних вод для зрошення в маловодні роки, а так само штучне поповнення запасів підземних вод і спорудження підземних водосховищ.

список літератури
[1] Новиков Ю.В., Сайфутдінов М.М. Вода і життя на Землі. - М.: Наука, 1981. - 184 с.
[2] Киссин І.Г. Вода під землею. - М.: Наука, 1976. - 224 с.
[3] Бондарєв В.П. Геологія. Курс лекцій: Навчальний посібник для студентів закладів середньої професійної освіти. - М.: Форум: Инфра М., 2002. - 224 с.
[4] Горошків І.Ф. Гідрологічні розрахунки. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - 432 с.
[5] Черданцев В.А., Пивон Ю.І. Методичні вказівки з дисципліни: «Гідрологія». - К.: НГАЕіУ, 2004, 112 с.
[6] Довідкове керівництво гідрогеолога. У 2 томах. Під ред. В.П. Якуцені. - Л.: Недра, 1967. - Т.1. - 592с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Геологія, гідрологія та геодезія | Реферат | 46кб. | скачати

Схожі роботи:
Підземні води 2
Водні ресурси світу Світовий океан поверхневі та підземні води
Екзогенні процеси в земній корі Підземні води і льоди кріолітозони
Фізіологічне та гігієнічне значення води Гігієнічні вимоги до питної води
Підземні аварії їх наслідки і заходи захисту
Артезіанські води Артезіанські води
Режим води
Споживання води 2
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru