Запасы и ресурсы подземных вод

Классификация подземных вод

Понятие о водоносных и водоупорных породах

Тема: Подземные воды

В соответствии с аккумуляцией подземных вод, просачиванием их через толщи пород, а также отдачей породами воды в колодцы и скважины выделяются водоносные (заключающие гравитационную воду) и водоупорные (водонепроницаемые) породы.

Водоносными называют такие породы, которые содержат свободную воду, способны пропускать ее через свою толщу и сравнительно легко отдавать под действием силы тяжести. К таким породам относятся галечники, гравелиты, слабосцементированные конгломераты и песчаники, пески, алевролиты, известняки, трещинные магматические и метаморфические породы.

К водоупорным (водонепроницаемым) относят такие породы, которые слабо пропускают (фильтруют) воду или совсем не способны пропускать и отдавать ее в природных условиях. Такими породами являются глины, тяжелые суглинки, плотный хорошо разложившийся торф, глинистые сланцы, аргиллиты, каменная соль, гипс, мергели, а также все плотные и нетрещиноватые магматические и часть метаморфических пород.

В 1948 г. А. М. Овчинниковым была разработана классификация подземных вод по условиям залегания (табл. 19).

А. М. Овчинниковым выделены три основных типа вод: верховодка, грунтовые и артезианские. В зависимости от состава водосодержащих пород намечены подтипы вод, движущихся в пористых и трещиноватых горных породах. В качестве особых подтипов рекомендуется различать воды районов вечной мерзлоты и молодого вулканизма.

Еще одна классификация подземных вод, подразделяющая их по условиям залегания, характеру напора, особенностям режима, происхождению и использованию в народном хозяйстве, разработана А. М. Овчинниковым и П. П. Климентовым приведена в табл. 20. В этой классификации выделяются три основных типа подземных вод: воды зоны аэрации, грунтовые и артезианские.

1. Верхняя часть подземных гравитационных вод называется зоной аэрации. Верхней границей этих вод является обычно условная поверхность, совпадающая с уровнями воды, устанавливающимися в колодцах, скважинах и других выработках при вскрытии водоносных горизонтов. В почвах и породах до этих уровней находится кроме связанной и капиллярной воды, еще и воздух. В пределах зоны аэрации выделяют почвенные воды и верховодку (рис. 23).

Верховодка представляет собой временный водоносный горизонт. Она формируется в зоне аэрации выше водоупорных пород и имеет сезонный характер. Время ее существования зависит от размеров водоупорной толщи и условий питания. Воды верховодки изменчивы по качеству и подвержены загрязнению. В пределах городов, крупных промышленных предприятий, где наблюдаются значительные утечки воды, возникают техногенные верховодки, вызывающие заболачивание территорий.

Верховодки имеют свободный уровень, капиллярную кайму, незначительную мощность, расходуются на испарение и питание грунтовых вод, формируются на плоских водоразделах, под депрессиями и понижениями. Режим их весьма изменчив и зависит от климатических факторов. Водоупорным ложем для верховодки служат линзообразные пласты, слабо проводящие воду (суглинки, супеси и т. п.), или отдельные линзы водонепроницаемых пород (глины).

Почвенные воды находятся в почвенном слое близ поверхности земли, являются связанными, капиллярными подвешенными или гравитационными (в период снеготаяния и интенсивного выпадения атмосферных осадков). Эти воды образуются за счет инфильтрации атмосферных осадков, конденсации паров, поливных и других вод, играют очень важную роль в жизнедеятельности растений и влияют на инженерные сооружения. Основной формой их передвижения в зоне аэрации является влагоперенос.

2. Ниже зоны аэрации, где вода заполняет все пустоты в горных породах, находится зона насыщения (рис. 23 - Распределение воды в верхней части земной коры).

В зоне насыщения, на некоторой глубине от поверхности земли, в водопроницаемых породах находятся постоянные гравитационные воды, имеющие «свободную» поверхность, давление на которой равно атмосферному, ограниченные снизу первой от поверхности водонепроницаемой, выдержанной по площади горной породой (на первом водоупорном слое). Такие воды, обычно безнапорные, называются грунтовыми.

Грунтовые воды – это подземные воды первого от поверхности постоянно существующего водоносного горизонта, залегающего на выдержанной по площади и мощности водонепроницаемой толще пород.

Особенности грунтовых вод:

1) это воды со свободной поверхностью, т. е. при вскрытии их уровень устанавливается на той же глубине, на какой он был встречен;

2) питание их осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации поверхностных вод и вод верховодки;

3) неглубокое залегание грунтовых вод обусловливает их вскрытие оврагами, балками, долинами рек и другими эрозионными формами, где и происходит разгрузка (дренирование) вод в виде источников, высачивания;

4) близкое залегание к поверхности земли определяет сильное воздействие на них поверхностных факторов, вызывающих резкие изменения в них;

5) условия питания и интенсивное движение к местам разгрузки обусловливают малую минерализацию грунтовых вод (при достаточно влажном климате);

6) выше поверхности грунтовых вод расположена кайма капиллярных вод;

7) грунтовые воды обычно гидравлически связаны либо с поверхностными водоемами (озерами, морями, водохранилищами) или водотоками (реками, каналами), либо питают водоемы и водотоки, либо сами получают от них питание;

Поверхность грунтовых вод называется зеркалом, а расстояние от зеркала до водоупора составляет мощность горизонта. Зеркало (поверхность) грунтовых вод наклонено в сторону места разгрузки, и чем большее сопротивление испытывает поток, тем больше кривизна зеркала.

В основном грунтовые воды получают питание через зону аэрации за счет инфильтрации атмосферных осадков и поглощения поверхностных вод. Здесь наблюдаются максимальные уровни, а на участках разгрузки (долины рек, балки) – минимальные. В целом же поверхность грунтовых вод повторяет в сглаженном виде поверхность рельефа.

Выше уровня грунтовых вод находится капиллярная кайма (или зона капиллярной каймы), высота которой определяется в основном составом и состоянием пород в пределах каймы (рис. 24). Водой заполнены капиллярные поры, имеющие диаметр менее 1 мм. Более крупные поры свободны от воды.

Напоры в грунтовых водах наблюдаются редко и носят местный характер.

Ниже первой от поверхности водонепроницаемой выдержанной по площади породы на большей части площади суши подземные воды залегают в осадочных породах. Эти воды называются межпластовыми. Они могут быть безнапорными и напорными (рис. 24).

Иногда вода может изливаться (или фонтанировать) из вскрывших эти воды скважин. Уровень воды в этом случае устанавливается выше поверхности земли. Напорные воды называются артезианскими. Они распространены на значительной площади между водонепроницаемыми породами кровли и подошвы, образующими синеклизы, синклинали или моноклинали.

Если воды залегают в водоносных пластах, подстилаемых и перекрываемых водонепроницаемыми породами, но не насыщают водоносные пласты полностью, то такие воды называют межпластовыми безнапорными.

По температуре (в ºС) подземные воды подразделяют, по О. А. Алекину:

1) на весьма холодные: ниже 4;

2) холодные: 4–20;

3) теплые: 20–37;

4) горячие: 37–42;

5) очень горячие: 42–100;

6) исключительно горячие или перегретые (термы): свыше 100.

Таким образом, основные особенности подземных вод – условия питания, гидравлические свойства, закономерности движения, температура, газовый и химический состав – обусловлены нахождением вод в соответствующих географических и вертикальных зонах, т. е. закономерности их существования зависят от характера рельефа, климатических особенностей, геологического строения, тектоники, литологических и геоморфологических условий.

Подземные воды играют большую роль в развитии верхней части земной коры: в перераспределении химических элементов и соединений в земной коре, в образовании некоторых полезных ископаемых, в изменении состава, состояния и свойств горных пород.

Т.к. подземные воды представляют собой сложные растворы с меняющимися во времени химическим и газовым составами, то, двигаясь в горных породах (пластах-коллекторах) и взаимодействуя с ними, они производят следующие виды работ:

1) частично или полностью разрушают породы;

2) переносят продукты разрушения;

3) откладывают продукты разрушения или новые соединения.

Разрушительная работа подземных вод заключается в растворении (выщелачивании) горных пород, гидратации, окислении и гидролизе.

Транспортирующая деятельность подземных вод сравнительно невелика и состоит преимущественно в переносе продуктов разрушения в растворенном состоянии.

При изменении условий растворяющая способность может снижаться, а растворенные в ней соли – выпадать в осадок, формируя специфические горные породы. Таким образом возникают известковые (травертины) и кремнистые туфы, кристаллы поваренной соли, железистые и марганцевые руды, кремень, халцедон, опал, барит, гипс, пирит, марказит и т. д.

Подземные воды, как и многие минералы и горные породы в земной коре, являются полезными ископаемыми. В отличие от твердых полезных ископаемых подземные воды находятся в непрерывном движении. При откачке подземных вод для водоснабжения они поступают на поверхность со значительно большей территории, чем площадь расположения водозабора.

Потребность в воде, в том числе и подземной, непрерывно возрастает. Поэтому определение запасов и ресурсов подземных вод, особенно пресных подземных вод, становится важной задачей. Принято выделять:

– запасы;

– ресурсы;

– эксплутационные запасы.

Запасы подземных вод в водоносном горизонте – это масса гравитационной воды, которая содержится в водоносном пласте и которую можно извлечь из водоносных пород.

Ресурсы представляют часть запасов подземных вод, восполняемых питанием водоносного горизонта, и измеряются в м3/сут или л/сек.

Количество забираемой из водоносного горизонта воды определяется так называемыми эксплуатационными запасами.

Эксплуатация подземных вод в России регламентируется и контролируется соответствующими органами. Запасы подземных вод делятся на две группы: балансовые и забалансовые.

К балансовым водам относятся воды, использование которых в настоящее время экономически целесообразно и технически возможно.

К забалансовым относятся воды, использовать которые в настоящее время нецелесообразно либо из-за их малого количества, либо из-за сложных условий эксплуатации, либо из-за их низкого качества.

Дата добавления: 2014-01-07