Лекция 5. Задачи лекции: Способы залегания подземных вод

Тема: Фильтрация воды.

Задачи лекции: Способы залегания подземных вод.

Рассматриваемые вопросы: Постоянные воды. Физические постоянные. Фазы фильтрации воды. Кривая фильтрации. Закон Дарси. Классификация подземных вод по виду их залегания. Напорные и безнапорные воды.

Почвенный покров влияет на сток и его подземную и поверхностную составляющие осуществляется через процессы инфильтра­ции и испарения.

Геологическое строение речного бассейна определяет условия на­копления и расходования подземных вод, питающих реки. В связи с этим литологический состав горных пород, характер их залегания и глубина водоупоров являются существенными факторами форми­рования стока, влияющими на его величину и распределение во времени. С геологическими факторами стока тесно связано воздействие на величину стока глубины эрозионного вреза.

Непосредственное влияние растительности на сток заключается в увеличении шероховатости земной по­верхности, вследствие чего замедляется стекание воды по поверх­ности земли и увеличивается возможность инфильтрации влаги в почву. В значительно большей мере проявляется влияние расти­тельности, в особенности леса, на отдельные элементы водного ба­ланса бассейнов: просачивание, испарение, отчасти осадки.

Большое влияние рельеф оказывает на отдельные элементы водного баланса речных бассейнов: осадки, инфильтрацию влаги в почво-грунты и испарение. Это влияние рельефа проявляется различно в зависимости от крупности его форм. В горах от высоты местности зависят практически все элементы гидрометеорологического режима. Здесь проявляется высотная зональность климата и стока.

Инфильтрация — процесс проникно­вения влаги в почву. Передвижение ее от слоя к слою в условиях различной степени насыщения водой нижерасположенных горизон­тов почво-грунтов относится к процессу просачивания. Процесс этот сложный и состоит из нескольких стадий. Выделяют три ста­дии. Вода атмосферных осадков, попа­дая на сухую почву, в начальный момент подвергается действию сорбционных сил. Это – впитывание. Затем капилляры наполняются водой, адсорбирующая способность грунта снижается до нуля, вода движется вниз под действием капиллярных сил и интенсивно поглощается поверх­ностью почвенных частиц. Это – просачивание. При полном насы­щении всех пор движение воды в стадии фильтрации происходит под преобладающим действием силы тяжести и характеризуется за­коном ламинарного движения. В почво-грунтах всегда имеются крупные пустоты, трещины, ходы корневой системы расте­ний, по которым вода с поверхности почвы в форме капельно-струйчатого (турбулентного) движения может проникать на ту или иную глубину. Этот процесс называют инфлюацией. Соотношение между всеми формами движения меняется в широких пределах в зависимости от влажности почво-грунтов, их механического со­става, культурной обработки, наличия воздушных пробок и т.п.

Количественными характеристиками впитывания, или инфиль­трации, являются интенсивность и суммарная величина. Под интен­сивностью впитывания понимают количество воды в миллиметрах слоя, поглощенной почвой в единицу времени (мм/мин). Суммарная величина впитывания характеризуется слоем воды, поглощенной почвой за некоторый промежуток времени, и выражается в мм.

Интенсивность впитывания зависит не только от водных свойств почво-грунтов, но в значительной степени определяется и их влаж­ностью. С уве­личением влажности почво-грунтов интенсивность инфильтрации по­степенно уменьшается и при достижении полной влагоемкости в ста­дии фильтрации становится постоянной, равной коэффициенту фильтрации данного почво-грунта.

Типичный ход изменения интенсивности впитывания во времени выражается уравнением

где f_t — интенсивность впитывания в момент t; f₀ — начальная интенсивность впитывания; е — основание натуральных логарифмов; с — постоянная величина, характеризующая физические свойства почво-грунтов.

Испарение с водной поверхности и с поверхности суши неодинаково, что влечет за собой различия в величине испарения с поверхности речных бассейнов с различной озерностью. Неслучайно при гидрологических расчетах используют коэффициент озерности. Велико и влияние заболоченности территории.

Классификация подземных вод по условиям залегания. Земная толща представляет собой чередование водоупорных и водовмещающих пород.

Почвенные воды – воды почвенной толщи, гидравлически не связанные с нижележащими грунтовыми водами. Они могут быть в любом виде – от парообразной до гравитационной.

Почвенно - грунтовые воды. Их водоупор залегает в грунтовой толще, а зеркало в почве. Они могут образовывать внутрипочвенный сток.

Грунтовые воды – воды первого от поверхности водоносного горизонта. Над ним нет водоупорной кровли, влагонасыщенные породы сообщаются с атмосферой.

Линзообразные временные скопления воды на водоупорах, имеющих локальное распространение, называются верховодкой.

Напорные воды заключены в водоносном горизонте между водоупорными породами. Если водоносный горизонт не полностью заполнен водой, то мы имеем дело с безнапорными межпластовыми водами. Если горизонт полностью заполнен водой, она находится под напором, то это – напорные, или артезианские воды. Напор образуется вследствие того, что область питания горизонта расположена выше водоупорной кровли. Если пробурить до этого горизонта скважину, то уровень воды в ней будет выше водоупорной кровли; скважина может даже фонтанировать.

Происхождение подземных вод.

До недавнего времени существовало две гипотезы происхождения подземных вод: инфильтрационная и конденсационная. Сейчас ясно, что оба эти процесса, как и сорбция, образуют подземные воды. Конденсационные воды, в частности, образуются в сухих пустынных районах.

Инфильтрационные воды – пресные воды зоны активного водообмена. Встречаются и древние фильтрационные воды на значительной глубине.

Седиментационные воды образуются в процессе отложения морских осадков. Так, морские илы содержат до 80 % воды. Но и образованные миллионы лет назад, на глубине нескольких сот метров, эти осадки содержат до 40-50 % влаги.

Возрожденные воды образуются при действии высоких температур на минералы. Химически связанные воды переходят в свободное состояние. Это – дигидротация минералов.

Магматические воды выделяются из расплавленной магмы. Кроме первоначально содержащейся в магме воды, при движении она может поглощать воды различного происхождения.

Есть воды, никогда не участвовавшие во влагообороте. Это – ювенильные воды. Они магматического или метаморфического происхождения.

Дата добавления: 2014-01-07