Гидрохимическая зональность подземных вод.
Подземные воды обладаютчеткой вертикальной гидрохимической зональностью. В верхней зоне они пресные, гидрокарбонатные кальциевые. С глубиной за счет повышенного содержания сульфатов кальция и хлоридов натрия слабоминерализованные и минерализованные и обладают сульфатной агрессивностью. Из-за больших скоростей движения подземных вод и агрессивности они активно выщелачивают карбонатные породы. Горизонтальная (широтная)гидрохимическая зональность присуща только грунтовым водам, испытывающим наибольшее влияние климатических условий, почвенного покрова и растительности. Изменение химического состава и минерализации грунтовых вод происходит вместе со сменой широтных географических ландшафтов и также зависит от расчлененности рельефа, густоты и врезанности гидрографической сети.
Бывают встречаются низкоминерализованные воды на большой глубине. Следствие выжимания, конденсации и др.
7.. Фильтрационные свойства горных пород и методы их изучения.
Фильтрационные свойства горных пород.свойства, характеризующие проницаемость горных пород, т. е. их способность пропускать через себя (фильтровать) флюиды (жидкости, газы и их смеси) при наличии на пути фильтрации перепада давления. Показатели фильтрационных свойств — коэффициент фильтрации Кф (характеризует проницаемость породы для определённого флюида и поэтому зависит от свойств обоих) и коэффициент проницаемости Кп (зависит только от свойств горных пород):
Кф=Kng/n, где g — плотность, а n — динамическая вязкость флюида.
Кф численно равен линейной скорости фильтрации определённого флюида при гидравлическом градиенте, равном единице; измеряется в м/с, на практике — в м/сутки. Кп численно равен объёмному расходу флюида с динамической вязкостью, равной единице, проходящего через единицу площади сечения при единичном перепаде давления на единицу пути фильтрации; измеряется в м2, на практике — в дарси. Кф и Кп определяются на образцах в лаборатории и по данным работы скважин в натурных условиях. Для некоторых типов пород могут быть рассчитаны по эмпирическим формулам.
В 1856 г. на основе опытов фильтрации воды через различные пористые среды, французский исследователь Анри Дарси установил основной закон движения подземных вод, получивший в последствии его имя, или линейного закона фильтрации. Закон Дарси формулируется следующим образом: количество воды Q, просачивающейся через породу в единицу времени, пропорционально величине падения напора при фильтрации ΔН и площади поперечного сечения породы F и обратно пропорционально длине пути фильтрации L, измеряемой по направлению движения воды: Q = k(ΔH/L)F, где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от физических свойств породы и фильтрующейся жидкости. Этот коэффициент получил название коэффициента фильтрации.
Пористость, проницаемость.
Изучение физ мех свойств пород, расчёты коэффициентов фильтрации, определение гранулометрического состава. Лабораторные условия
В полевых условиях – скважина – определяется скорость притока вод в скважину
8.. Динамика подземных вод: формирование, движение, разгрузка. Баланс и запасы подземных вод.Главным источником воды на земле является мантия.
Экзогенные воды:
По происхождению выделяют несколько типов подземных вод:
1) инфильтрационные подземные воды – образуются в результате просачивания (инфильтрации) в водопроницаемые горные породы атмосферных осадков.
2) конденсационные подземные воды. В засушливых районах, при малом выпадении атмосферных осадков и большой испаряемости, в формировании подземных вод определенную роль играет конденсация водяных паров воздуха в порах и трещинах горных пород, возникающая за счет разности упругости водяных паров атмосферного и почвенного воздуха.
3) седиментогенные подземные воды (седиментум – осадок) – это воды морского происхождения. Они образовались одновременно с накоплением осадков Первичные осадки содержат до 80-90 % воды, при уплотнении которых происходит их отжим. Естественная влажность горных пород 8-10 %.
4) ювенильные подземные воды (юные) или магматогенные, образованы из паров, выделяющихся из магмы при ее остывании.Приурочены к областям современной вулканической деятельности
5) возрожденные или дегидратационные воды образуются в результате выделения ее из минеральных масс, содержащих кристаллизационную воду. Такой процесс перехода из связанного в свободное состояние возможен при повышенных температурах и давлениях.
6) трещинные и карстовые воды, т.епротекающие по относительно крупным каналам (трещины, каналы в карстовых породах)
Классификация подземных вод:
1. Грунтовые воды- залегающие над первым водоупором.
2. Зона аэрации- от поверхности земли до грунтовых вод в ней могут быть временные скопления воды- верховодка.Верховодка чаще всего образуется весной. Источниками могут быть утечка воды из водопровода и канализации, атмосферные осадки и т.п.
3. Между 1 и 2 водоупором от поверхности земли могут быть:
- межпластовые воды- если не полностью в воде
- Артезианские- если все пространство заполнено водой.
Пьезометрически уровень- уровень, на который может подняться вода. Уровень напорных вод.Питание грунтовых вод происходит за сет атмосферных осадков и поверхностныхвод. Свободная поверхность грунтовых вод еще называется«зеркало» грунтовых вод.По области питания выделяют типы вод:
1. Грунтовые воды речных долин. Питание за счет реки и атмосферных осадков.
| 1- Зеркало грунтовых вод в половодье 2- Зеркало грунтовых вод в межень А- аллювий К- коренные породы |
2. Грунтовые воды водоразделов. Единственный источник питания- атмосферные
осадки.
3. Артезианские грунтовые воды.
| 1- водоупор |
Движение подземных вод подчиняется определенным законам. Подземные воды могут передвигаться путем инфильтрации (вертикально) и фильтрации (горизонтально). При фильтрации- движение осуществляется при полном насыщении пор водой. Инфильтрация- при неполном заполнении пор водой. Движение может быть установившимся и неустановившимся, напорным и безнапорным. При установившемся движении все элементы фильтрационного потока не изменяются во времени. Неустановившееся- если основные элементы изменяются во времени под воздействием естественных факторов и искусственных.
Балансом подземных водназывается соотношение между приходом и расходом поверхностных вод на данном участке за данный период времени. Участки где проводятся измерения прихода и расхода поверхностных вод называются балансовыми. С помощью баланса характеризуют водообеспеченность района, изучаются причины подтопления территорий, прогнозируются изменения уровней подземных вод.
Приходная часть= инфильтрация атмосферных осадков+ конденсация водных паров+ притоки поверхностных вод.
Расходная часть= испарение+ подземный сток.
Основными приходными элементами баланса грунтовых вод являются:
1) питание грунтовых за счет атмосферных осадков при их инфильтрации через зону аэрации и за счет воды в зоне аэрации Ао;
2) питание грунтовых вод за счет фильтрации воды из каналов, водохранилищ и рек (Ф);
3) питание грунтовых вод при инфильтрации оросительных вод (О);
4) подземный приток (П1);
5) питание грунтовых вод за счет перетекания вод нижележащих напорных горизонтов (М);
6) питание грунтовых вод за счет конденсации паров воды (К).
Основные расходные элементы баланса грунтовых вод следующие:
1) испарение с поверхности грунтовых вод и капиллярной каймы (И);
2) транспирация воды растительностью (Т);
3) отток в дренирующие сооружения (реки, коллекторы, скважины, дрены) (Д);
4) подземный отток (П2);
5) расход грунтовых вод на питание нижележащих водоносных горизонтов (Г).
Запасы- количество свободной воды, содержащееся в водоносных слоях (пластах), м3.
Ресурсы подземных вод- количество подземных вод, поступающих в водоносные пласты в единицу времени. Оценка запасов и ресурсов самое большое значение имеет в водоснабжении.
1. Естественные запасы.(статические, упругие, динамические)
2. Эксплуатационные запасы. Количество подземных вод, которое может быть получено из водоносного горизонта в единицу времени.
По степени изученности делятся на:
1. А- запасы которые изучены и разведаны детально. Выяснены условия залегания и питания водоносных горизонтов, возможность пополнения, фильтрационные свойства и т.д.
2. В- запасы, изученные с меньшей детальностью. Основные условия залегания и питания.
3. С1 – изучены в общих чертах
4. С2- установлены из общих геологических и гидрологических данных.