Артезианские воды. Их образование и распространение

.

. Артезианский бассейн. Области: а – питания напорных вод; б – напора;

в – разгрузки; 1 – уровень грунтовых вод; 2 – пьезометрический уровень напор-

ных вод; 3 – водоносный напорный пласт; 4 – водоупоры; 5 – скважины;

Н – величина пьезометрического напора

Напорные, или артезианские, межпластовые воды. К напорным водам относятся воды, залегающие между двумя водонепроницаемыми пластами горных пород ниже базиса эрозии. Артезианские воды получили свое название от провинции Артуа (фр. artesien) во Франции. котория в древности называлась Артезия. Там впервые в Европе в 1226 г. при помощи трубчатых колодцев получена самоизливающаяся подземная вода.

Наиболее благоприятные условия для формирования напорных вод создаются в пределах различных прогибов земной коры, а также при моноклинальном залегании горных пород. В первом случае водоносные слои изогнуты в виде мульды или чаши. Областью питания подземных вод является место выхода водоносного слоя на поверхность. Атмосферные воды, поступая в водопроницаемые слои путем инфильтрации или инфлюации (лат. influo – втекаю), движутся к центральным частям мульды и заполняют весь водоносный слой, находясь под гидростатическим давлением. Если выкопать колодцы или пробурить скважины до водоносного слоя, то подземная вода после ее вскрытия поднимется на значительную высоту. В колодцах, заложенных на более низких по рельефу участках, вода будет самоизливаться на поверхность, или, как принято говорить, фонтанировать (колодец 4 на рис. 8.7), в других же остановится на какой-то глубине от поверхности (колодец 5). Подъем воды в колодцах бывает различный и зависит от высоты расположения областей питания. Плоскость, проходящая через области питания (с учетом потери части напора при движении подземных вод), определяет высоту напора воды в данном месте. Этот напорный уровень называют пьезометрическим уровнем, выше которого вода не может подняться. Пьезометрический уровень обычно выражают в абсолютных отметках по отношению к уровню моря.

В ряде геологических структур, заключающих артезианские воды, выходы водоносного слоя на поверхность расположены на различной гипсометрической высоте. В этом случае отдельные части структуры характеризуются различными гидрогеологическими условиями. На площади более высокого выхода на поверхности водоносного слоя происходит питание напорных вод (область питания), на площади более низкого выхода слоя напорные воды выходят в виде источников, т.е. разгружаются (область разгрузки). Площадь, расположенная между областями питания и разгрузки, называется областью напора

Подземная вода может оказаться под гидростатическим напором и при моноклинальном, или односклонном, залегании пород, особенно в условиях частой смены пород т.е. смены водопроницаемых пород водонепроницаемыми. Вода, поступившая из области питания в водопроницаемые породы, постепенно передвигается по падению слоя и, наконец, достигает глин, не находя далее выхода. Происходит накопление ее в водоносном слое и она оказывается под гидростатическим давлением. Если вскрыть воду колодцем, то она будет обладать напором и поднимется примерно до высоты питания. Подобные же скопления напорных вод возможны в районах тектонических сбросов, когда по линии сместителя водоносные слои оказываются в контакте с водонепроницаемы ми породами.

Артезианские бассейны. Геологические структуры более или менее значительных размеров, содержащие в себе напорные межпластовые воды, называют артезианскими бассейнами..

Общая характеристика основных артезианских бассейнов Рос-

сии. На территории России расположено несколько крупных артезианских бассейнов, т. е. значительных по размерам геологических структур, к которым приурочены напорные воды. Площади артезианских бассейнов измеряются десятками и сотнями тысяч квадратных километров. Наиболее крупные из них Западно-Сибирский, Московский, Якутский и др. В артезианских бассейнах сосредоточены огромные естественные запасы пресных, а также минеральных,промышленных и термальных вод.

Московский артезианский бассейн расположен на огромной терри-

тории (около 500 тыс. км2), в пределах Восточно-Европейской равнины. Мощность осадочного чехла, содержащего более 15 водоносных горизонтов различного возраста, составляет в центре бассейна около 3 км. Пресные воды артезианского бассейна широко используются для водоснабжения городов Москвы,Калуги, Тулы, Смоленска и др. В то же время подземные воды артезианского бассейна значительно осложняют проходку и эксплуатацию метрополитена в Москве, шахт в Подмосковном угольном бассейне и др., так как являются основными источниками их обводнения.Московский артезианский бассейн характеризуется огромными запасамипромышленных (бромных, йодо-бромных и др.) и минеральных вод.__ Самым крупным на территории России является Западно-Сибирскийартезианский бассейн. Площадь бассейна – около 3,5 млн км2, мощность оса-дочного чехла в его центральной части – 5-7 км.

31. Движение подземных вод.

Подземные воды в большинстве случаев находятся в движении. Под влиянием капиллярных сил, силы тяжести и градиентов гидростатического давления подземные воды приходят в движение

Законы движения подземных вод.

Закон Дарси: ламинарный режим –инфильтрация+фильтрация (мелкие поры)

V_ф=К_ф•Y

V_ф-скорость фильтрации

К_ф-коэффициент

Y-уклон

К_ф-характеризует водопроницаемость грунтов. Зависит от количества и размера пор и свойств жидкости (м/сут, м/ч м/с).

Как определить Y (уклон)?

V_ф=К_ф•

В крупнообломочных и сильнотрещиноватых породах скорости подземных вод гораздо выше и режим потока становится турбулентным. Здесь вместо формулы Дарси применяют формулу Шези:

V_ф=

- коэффициент турбулентной фильтрации

Законы движения подземных вод используются при гидрогео­логических расчетах водозаборов, дренажей, определении притоков воды к строительным котлованам и т. д.

Подземные воды могут передвигаться в горных породах как путем инфильтрации, так и фильтрации.

При инфильтрации передвижение воды происходит при частичном заполнении пор воздухом или водяными парами, что обычно наблюдается в зоне аэрации.

При фильтрации движение воды происходит при полном заполнении пор или трещин водой. Масса этой движущейся воды создает фильтрационный поток.

Фильтрационные потоки подземных вод различаются по характеру движения, гидравлическому состоянию, режиму фильтрации и т. д.

Движение подземных вод может быть установившимся и неустановившимся, напорным и безнапорным, ламинарным и турбулентным.

1.При установившемся движении все элементы фильтрационного потока (скорость, расход, направление и др.) не изменяются во времени..

2.Фильтрационный поток называется неустановившимся, если основные его элементы изменяются не только от координат пространства, но и от времени.

Подземный поток становится переменным, т. е. приобретает неустановившийся характер движения под действием различных естественных и искусственных факторов (неравномерная инфильтрация атмосферных осадков, откачка воды из скважины, сброс сточных вод на поля фильтрации и т. д.).

3.По гидравлическому состоянию различают безнапорные, напорные и напорно-безнапорные потоки подземных вод.

А.Для безнапорных потоков характерно неполное заполнение водой поперечного сечения водопроницаемого пласта. Безнапорные потоки имеют свободную поверхность, движение воды в них происходит под действием силы тяжести.

Б.Напорные потоки характеризуются полным заполнением поперечного сечения водопроницаемого пласта водой, имеется пьезометрический уровень, движение воды происходит как под действием силы тяжести, так и за счет упругих свойств воды и водовмещающих пород.

В.Напорно-безнапорные потоки образуются при откачке воды из скважин, если пьезометрический уровень опускается ниже кровли напорного водоносного пласта.

4.Движение подземного потока может быть ламинарным и турбулентным. При ламинарном движении струйки воды передвигаются без завихрений, параллельно друг другу. Ламинарный характер движения воды наблюдается не только в пористых, но и в трещинова­тых породах с коэффициентом фильтрации до 300—400 м/сут.

Дата добавления: 2015-04-30