шпаргалки по гидрологии - по лекциям Амеличева Г. Н. / Подземные воды

Подземные воды – содержащиеся в земной коре воды, находящиеся в активном взаимодействии с атмосферой и поверхностными водами и участвующие в круговороте воды на планете. Капиллярные и свободные (гравитационные) воды.

Происхождение подземных вод и распространение.

Эндогенные воды – ювенильные – из гидратов минералов.

Экзогенные. Попадают в горные породы при инфильтрации и конденсации, либо в результате седиментации. Инфильтрационные (в результате накопления эффективных осадков – сток рек, озер и т.д.), конденсационные (их роль велика в пустынях и полупустынях) и седиментационные (остатки древних морских бассейнов. В результате захоронения илового раствора – 50% вод).

Подземные воды обладают признаками возобновимости. Но большинство вод смешанные.

В поверхностном слое з.к. воды распространяются равномерно, но существуют аномалии, связанные с развитием артезианских бассейнов (в Сахаре крупный артезианский бассейн глубиной 150 м, площадью 1 млн. км²). Минеральные воды не используются в хозяйстве.

Виды воды в порах грунтов.

3 вида пор: поры, трещины, каверны (каналы).

3 фактора: плотность почвогрунта ρ=m/V [кг/м3], гранулометрический состав, смеси частиц снижают водопроницаемость (песок 2,65; известняки 2,7; глины 2,75), пористость – пустотность, обуславливающая количество пор в почвах и грунтах h=V_пор/V_гр*100% (рыхлая 48%, плотная 26%, песок 35-42%, гравий 37-45%, лёсс 40-55%, торф 60-80%).

Классификация подземных вод.

2 группы:

Химически связанная: конституционная (в молекулах минералов), кристаллическая (составная часть минералов).

Физически связанная: гигроскопическая (в результате адсорбции молекул воды частицами грунта), пленочная (пленка поверхностной гигроскопической воды в периоды мах увлажнения).

Капиллярная вода образуется в порах грунтов после насыщения пленочной водой, перемещается под действием капиллярных сил. 3 вида: капиллярно-подвешенная, капиллярно-разобщенная, капиллярно-поднятая.

Гравитационная вода находится в порах и трещинах почвы и грунта и перемещается под действием силы тяжести или гидростатического напора.

+ есть пар, лед, внутриклеточная вода.

По характеру пород: поровые (рыхлые), пластовые (осадочные), трещинные (скальные), шильные (тектонич.разломы).

По характеру гидравлических условий: напорные (артезианские и глубинные), безнапорные (грунтовые).

По температуре: исключительно холодные (менее 0), холодные (0-20), термальные (20-37), горячие (37-42), весьма горячие (42-100), исключительно горячие (более 100).

По минерализации: пресные (менее 1 пр), солоноватые (1-25), соленые (25-50), рапы (более 50) – рассолы.

По характеру залегания: зоны аэрации (самый верхний слой до грунтовых вод – почвенные 0,5-1,5 м, верховодки 2 м, капиллярные), зоны насыщения (полное насыщение всех пустот водой. Безнапорные грунтовые воды и напорные).

Характеристика вод.

Артезианские – напорные п.в., залегающие в водоносных слоях между водоупорами.

Характеристики артезианских вод:

1. При вскрытии скважины они изливаются под напором вышележащей толщи воды.

2. При чрезмерных откачках могут образоваться депрессивные воронки и просадки.

3. Как правило, высокоминерализированы. Имеют пёстрый химический состав.

4. Загрязняются медленнее и меньше грунтовых.

5. Объединяются в крупные бассейны (многоэтажные, многослойные). Химический состав слоев различен – верхние менее минерализированы.

Глубинные воды. Напорные. Часто ниже артезианских. Вода под литостатическим напором.

1. Высокоминерализированы.

2. Высокая температура (гидротермальные).

3. В их химическом составе есть микроэлементы, тяжелые металлы и инертные газы. Гейзеры.

Воды деятельного слоя.

50-80 см в районах вечной мерзлоты.

3 типа: надмерзлотные, мерзлотные, подмерзлотные. Все они таликовые.

Движение подземных вод.

Под силой тяжести, гидростатического давления, капиллярными силами.

В зоне аэрации:

Просачивание – движение воды в грунте вертикально вниз в виде изолированных струй по капиллярам, порам, трещинам.

Инфильтрация – движение воды сплошным потоком с полным заполнением пор под действием силы тяжести, капиллярных сил и гидростатического давления.

В зоне насыщения:

Фильтрация – движение свободной воды по порам и трещинам под действием силы тяжести и гидростатического напора в сторону уклона поверхности водоносного горизонта (в сторону уменьшения напора).

В карстовых районах 4 гидродинамические зоны:

1. Зона поверхностной циркуляции. Сток имеет преимущественно горизонтальное направление и может проходить по поверхности.

В скальных породах.

2. Зона нисходящей циркуляции. Зона аэрации. Определенной мощности: равнинная 30 м, горная до 1 км. В Крыму 500-700 м. Кавказ 1 км.

3. Зона колебания уровня вод. Вертикально нисходящее движение в период межени и горизонтальное движение в паводок.

Эти колебания связаны с режимом выпадения осадков.

4. Зона полного насыщения. Все пустоты всегда полностью заполнены водой.

Закон фильтрации Дарси:

V_ф=k_фУ (направление)

Где V_ф – скорость фильтрации [м/сутки], k_ф – коэффициент фильтрации (разный для разных горных пород), У – гидравлический уклон.

У=Н_мах – Н_мin/L

Где Н_мах – верхняя точка уровня грунтовых вод, Н_мin – нижняя, L – расстояние между ними.

V_ф=Q/ω (скорость)

Где Q – расход подземного потока,ω – площадь поперечного сечения водоносного слоя.

С помощью индикаторного метода. Можно посчитать скорость потока и направление. Для извилистых полостей V_фk_изв. Для Крыма коэффициент равен 1,3, а скорость фильтрации 3,6 км/сутки.

Питание и режим подземных вод.

1) Инфильтрационный сток.

2) Инфилационный сток.

3) Конденсационный сток.

Режим уровня:

3 вида:

1. Области с летним питанием – мах в июне-июле; мin зимой.

2. Области осеннее-весеннего питания – мах весна-осень, мин зима.

3. Области круглогодичного питания – мах февраль-апрель, мин лето-осень.

Температурный режим:

1. Для тропиков. Граница воды с постоянной температурой находится в нескольких м от поверхности. Средняя температура = 10-25^оС.

2. Для резкоконтинентального климата. На глубине 30-40 м. Летом температура менее 10^оС. Средняя = 2-12^оС. Максимальная 36^оС.

Гидрохимический режим:

Зависит от прихода и испарения. При испарении минерализация повышается.

3 типа:

1. Области летнего питания ρmin=весна-лето, ρmax=зима.

2. Области сезонного питания ρmin=весна-осень, ρmax=зима.

3. Области круглогодичного питания ρmin=февраль-апрель, ρmax=лето-осень.

Зональность грунтовых вод проявляется с С на Ю и заключается в закономерном увеличении глубины залегания, увеличении температуры воды, увеличении минерализации, изменении химического состава (пресные – соленые).