Что изучает гидрогеология

Что изучает гидрогеология Анемометр

Подземными считаются все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и твердом состояниях. Подземные воды составляют часть гидросферы — водной оболочки земного шара. Запасы пресной воды в недрах Земли составляют до 1/3 вод Мирового океана. В России известно порядка 3367 месторождений подземных вод, из них эксплуатируется менее 50 %. Иногда подземные воды вызывают оползни, заболачивание территорий, осадку грунта, они затрудняют ведение горных работ в шахтах, для уменьшения притока подземных вод проводят осушение месторождений и сооружают водоотливы.

Гидрогеоло́гия (от др.-греч. «водность» + геология) — наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горными породами, поверхностными водами и атмосферой.

В сферу этой науки входят такие вопросы, как динамика подземных вод, гидрогеохимия, поиск и разведка подземных вод, а также мелиоративная и региональная гидрогеология. Гидрогеология тесно связана с гидрологией и геологией, в том числе и с инженерной геологией, метеорологией, геохимией, геофизикой и другими науками о Земле. Она опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования.

Данные гидрогеологии используются, в частности, для решения вопросов водоснабжения, мелиорации и эксплуатации месторождений.

Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. В частности, свою лепту внесло сооружение копаных колодцев, строившихся в 2—3 тыс. до н. э. в Египте, Средней Азии, Китае и Индии и достигавших глубин в несколько десятков метров. Примерно в этот же период появилось лечение минеральными водами.

Первые представления о свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и круговороте воды на Земле были описаны в работах древнегреческих ученых Фалеса и Аристотеля, а также древнеримских Тита Лукреция Кара и Витрувия. Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением в Египте, Израиле, Греции и Римской империи. Возникло понятия о ненапорных, напорных и самоизливающихся водах. Последние получили в XII веке н. э. название артезианских — от названия провинции Артуа (древнее название — Артезия) во Франции.

Про анемометры:  Газ 3110 двигатель 406 инжектор датчики температуры

В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М. В. Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.). До середины XIX века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии, после чего обособилось в отдельную дисциплину.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 24 октября 2017 года; проверки требуют 10 правок.

Гидрогеоло́гия (от др.-греч. «водность» + геология) — наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движения подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горными породами, поверхностными водами и атмосферой.

В сферу этой науки входят такие вопросы, как динамика подземных вод, гидрогеохимия, поиск и разведка подземных вод, а также мелиоративная и региональная гидрогеология. Гидрогеология тесно связана с геологией (в том числе и с инженерной геологией, литологией, геохимией, геофизикой, геокриологией), географией (в первую очередь, гидрологией и метеорологией) и другими науками о Земле. Она опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования.

Данные гидрогеологии используются, в частности, для решения вопросов водоснабжения, мелиорации и ирригации, экологических последствий гидротехнического строительства (водохранилищ и др.), эксплуатации месторождений подземных питьевых, технических, минеральных, промышленных и термальных вод, глубинного захоронения промышленных стоков, а также прогноза водопритоков в транспортные тоннели и горные выработки месторождений твёрдых полезных ископаемых (шахты, карьеры).

Предмет, задачи, методы гидрогеологии

Предметом исследования гидрогеологии является гидрогеосфера, представленная поземными водами. К ним относят любую воду, попавшую в горные породы. Помимо самих вод, в сферу исследования рассматриваемой науки входят связанные с их деятельностью процессы, сформированные ими месторождения, гидрогеологические структуры.

Как видно из приведенных выше классификаций, рассматриваемая наука имеет обширный перечень задач, как фундаментальных, так и прикладных.

К первой группе относят исследование происхождения, распространения, свойств, залегания подземных вод, их взаимодействия с окружающей средой, связанных с ними процессов, структур и месторождений. В прикладные задачи гидрогеологии входит изучение вод в целях применения в различных сферах, выяснение их влияния на инженерные объекты.

Как отмечалось ранее, в гидрогеологии используются методы многих наук.

Комплексное исследование подземных вод предполагает перечень работ:

Распределение подземных вод в земной коре

Подземные воды в земной коре распределены в двух этажах. Нижний этаж, сложенный плотными магматическими и метаморфическими породами, содержит ограниченное количество воды. Основная масса воды находится в верхнем слое осадочных пород. В нем выделяют три зоны — верхнюю зону свободного водообмена, среднюю зону водообмена и нижнюю зону замедленного водообмена.

Воды верхней зоны обычно пресные и служат для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения. В средней зоне располагаются минеральные воды различного состава. В нижней зоне находятся высокоминерализованные рассолы. Из них добывают бром, йод и другие вещества.

Поверхность грунтовых вод называется «зеркалом грунтовых вод». Расстояние от зеркала грунтовых вод до водоупорного слоя называют «мощностью водоносного горизонта».

Историческая справка

Све­де­ния о под­зем­ных во­дах из­вест­ны с 3-го тыс. до н. э. в свя­зи с их ис­поль­зо­ва­ни­ем для пить­е­во­го и хо­зяйств. во­до­снаб­же­ния в рай­онах с де­фи­ци­том по­верх­но­ст­ных вод (Ближ­ний Вос­ток, Ср. Азия, Юж. Ки­тай). Пер­вые ра­бо­ты, в ко­то­рых рас­смот­ре­но про­ис­хо­ж­де­ние под­зем­ных вод, ус­ло­вия на­ко­п­ле­ния и их роль в про­цес­сах кру­го­во­ро­та во­ды на Зем­ле, от­но­сят­ся к 1-му тыс. до н. э. (, , , ). Наи­бо­лее близ­кие к со­вре­мен­ным пред­став­ле­ния о фор­ми­ро­ва­нии под­зем­ных вод да­ны в соч. «Десять книг об ар­хи­тек­ту­ре» и позд­нее в тру­дах ср.-ази­ат. учё­ных и М. Ка­ра­ди. В 16–17 вв. во­про­сы про­ис­хо­ж­де­ния под­зем­ных вод и их дви­же­ния в зем­ной ко­ре рас­смат­ри­ва­лись в тру­дах ев­роп. учё­ных (Г. , Б. , Р. , И. , А. ). В 1670–1717 франц. учё­ны­ми П. Пер­ро и Э.  вы­пол­не­ны пер­вые ко­ли­че­ст­вен­ные оцен­ки ин­фильт­рац. пи­та­ния под­зем­ных вод в бас­сей­не р. Се­на. Опыт­ным пу­тём франц. ис­сле­до­ва­тель А. Дар­си (1856) вы­вел эм­пи­рич. фор­му­лу дви­же­ния под­зем­ных вод (ли­ней­ный за­кон фильт­ра­ции), что яви­лось на­ча­лом раз­ра­бот­ки тео­рии дви­же­ния под­зем­ных вод и ме­то­ди­ки фильт­рац. рас­чё­тов, ко­то­рые бы­ли про­дол­же­ны франц. учё­ны­ми Ж. , А. Ти­мом, амер. ис­сле­до­ва­те­лем Ч. Слих­те­ром, в 20 в. – Ч. Хей­сом, М. Мас­ке­том и др. В 1902 Э.  обос­но­ва­на ги­по­те­за юве­ниль­но­го (маг­мо­ген­но­го) ге­не­зи­са под­зем­ных вод, в 1902–08 австр. учё­ны­ми Г. Ге­фе­ром и А. Лей­ном вы­дви­ну­та ги­по­те­за се­ди­мен­та­ци­он­но­го (се­ди­мен­то­ген­но­го) ге­не­зи­са под­зем­ных вод. Ста­нов­ле­ние Г. свя­за­но так­же с име­на­ми А. Ше­зи (Фран­ция), Э. Прин­ца, К. Кей­ль­ха­ка, Х. Хё­фе­ра (Гер­ма­ния), А. Ха­зе­на, О. Мейн­це­ра (США) и др.

В Рос­сии пер­вые на­уч. пред­став­ле­ния о про­ис­хо­ж­де­нии под­зем­ных вод, их дви­же­нии, взаи­мо­дей­ст­вии с гор­ны­ми по­ро­да­ми и др. бы­ли рас­смот­ре­ны М. В. (18 в.), о ми­нер. во­дах – в тру­дах В. М. (на ру­бе­же 18–19 вв.). Пер­вые сис­те­ма­тич. ис­сле­до­ва­ния грун­то­вых и бо­лее глу­бо­ких под­зем­ных вод Цен­траль­ной Рос­сии и ря­да др. рай­онов на­ча­ты в сер. 19 в. (С. Н. Ни­ки­тин, А. П. , Г. Е. и др.). В кон. 19 в. В. В. бы­ли за­ло­же­ны ос­но­вы уче­ния о зо­наль­но­сти грун­то­вых вод.

В 1-м де­ся­ти­ле­тии 20 в. (од­но­вре­мен­но с ев­роп. учё­ны­ми) Н. И. пред­ло­же­на се­ди­мен­тац. ги­по­те­за про­ис­хо­ж­де­ния под­зем­ных вод. В 1913 А. Ф. Ле­бе­де­вым вы­дви­ну­та кон­ден­са­ци­он­ная тео­рия их про­ис­хо­ж­де­ния. С 1919 в МГУ вве­дён курс «Г.» (О. К. ), на­ча­ли соз­да­вать­ся ка­фед­ры Г. в ву­зах, в 1922 из­дан пер­вый учеб­ник по Г. (П. Н. ). К 1930-м гг. вы­пол­не­ны круп­ные ис­сле­до­ва­ния в об­лас­тях об­щей и ре­гио­наль­ной Г., вы­явле­ния зо­наль­но­сти грун­то­вых вод, раз­ра­бот­ки прин­ци­пов гид­ро­гео­ло­гич. рай­они­ро­ва­ния (П. И. Ва­силь­ев­ский, Г. Н. Ка­мен­ский, О. К. Лан­ге, А. Ф. Ле­бе­дев, Н. А. Плот­ни­ков, Ф. П. , Н. И. Тол­сти­хин, С. Н. Ни­ки­тин, Н. Ф. По­греб­нов, П. И. Бу­тов, Б. Л. Лич­ков, А. Н. Се­ми­ха­тов и др.). В 1935 В. И. в ра­бо­те «Ис­то­рия при­род­ных вод» обос­но­ван те­зис о един­ст­ве при­род­ных вод Зем­ли, ко­то­рый стал ос­но­во­по­ла­гаю­щим в раз­ви­тии отеч. Г. Со­з­да­ние тео­рии дви­же­ния под­зем­ных вод и ме­то­ди­ки фильт­рац. рас­чё­тов свя­за­но с име­на­ми Н. Е. , А. А. Крас­но­поль­ско­го, Н. Н. , П. Я. и др. В 1930–40-х гг. ин­тен­сив­но раз­ви­ва­лись ре­гио­наль­ные гид­ро­гео­ло­гич. ис­сле­до­ва­ния, в т. ч. ар­те­зи­ан­ских вод с ана­ли­зом их меж­пла­сто­во­го взаи­мо­дей­ст­вия, раз­ра­ба­ты­ва­лись прин­ци­пы гид­ро­гео­ло­гич. рай­они­ро­ва­ния, оп­ре­де­ля­лись ха­рак­те­ри­сти­ки ти­пов гид­ро­гео­ло­гич. рай­онов и зо­наль­но­сти грун­то­вых вод, изу­ча­лись за­ко­но­мер­но­сти фор­ми­ро­ва­ния тер­маль­ных, ми­нер. ле­чеб­ных и пром. под­зем­ных вод. Раз­ра­ба­ты­ва­лись так­же ме­то­ды раз­ве­доч­ных гид­ро­гео­ло­гич. ра­бот (Г. Н. Ка­мен­ский, М. Е. Аль­тов­ский, Н. А. Плот­ни­ков, С. В. Троя­нов­ский); ис­сле­до­ва­ния ре­жи­ма и ба­лан­са под­зем­ных вод, в т. ч. грун­то­вых вод, осо­бен­но для оро­шае­мых рай­онов (М. М. Кры­лов, М. А. Ве­вио­ров­ская, А. А. Ко­но­п­лян­цев); ме­то­ды гид­ро­гео­ло­гич. рас­чё­тов и ана­ло­го­во­го мо­де­ли­ро­ва­ния дви­же­ния под­зем­ных вод в свя­зи с экс­плуа­та­ци­ей во­до­за­бор­ных со­ору­же­ний, круп­ным гид­ро­тех­нич. строи­тель­ст­вом, гор­ны­ми ра­бо­та­ми и оро­ше­ни­ем. Раз­ви­ва­лись гид­ро­гео­хи­мич. ис­сле­до­ва­ния, свя­зан­ные с изу­че­ни­ем фор­ми­ро­ва­ния хи­мич. со­ста­ва под­зем­ных вод; гид­ро­гео­хи­мич. ме­то­ды по­ис­ков ме­сто­ро­ж­де­ний по­лез­ных ис­ко­пае­мых, ра­дио­гид­ро­гео­хи­мич. ис­сле­до­ва­ния (В. И. Вер­над­ский, О. А. Але­кин, М. Г. Ва­ляш­ко, В. С. Са­ма­ри­на и др.). Вы­яв­ле­ны гид­ро­тер­маль­ные бас­сей­ны под­зем­ных вод (Н. Н. Сла­вя­нов, Ф. А. Ма­ка­рен­ко, Т. П. Афа­нась­ев, А. М. Ов­чин­ни­ков и др.). Соз­да­но уче­ние о про­вин­ци­ях ми­нер. вод (Н. И. Тол­сти­хин, А. М. Ов­чин­ни­ков, В. В. Ива­нов, Н. А. Ма­ри­нов); на­ча­ла фор­ми­ро­вать­ся неф­тя­ная Г. Про­во­ди­лись гид­ро­гео­ло­гич. ис­сле­до­ва­ния об­лас­ти раз­ви­тия мно­го­лет­не­мёрз­лых по­род (О. А. Але­кин, М. Е. Аль­тов­ский, А. А. Брод­ский, М. А. Ве­вио­ров­ская, Н. К. Ги­рин­ский, Г. Н. Ка­мен­ский, А. М. Ов­чин­ни­ков, Н. Н. Пав­лов­ский, М. И. , А. И. Си­лин-Бек­чу­рин, Н. И. Тол­сти­хин, А. В. Щер­ба­ков, П. Ф. Шве­цов и др.). В кон. 1940-х гг. су­ще­ст­вен­ные ре­зуль­та­ты дос­тиг­ну­ты в раз­ра­бот­ке на­уч. ос­нов оцен­ки ре­сур­сов под­зем­ных вод, пред­ло­же­ны их клас­си­фи­ка­ции, ме­то­ды кар­ти­ро­ва­ния, обос­но­ва­ния ис­поль­зо­ва­ния (Н. А. Плот­ни­ков, Ф. М. Бо­че­вер, М. Е. Аль­тов­ский, Н. Н. Бин­де­ман и др.).

В 1950–80-е гг. раз­ви­тие Г. бы­ло свя­за­но с ши­ро­ким про­ве­де­ни­ем гид­ро­гео­ло­гич. съё­мок в мас­шта­бе 1200000–1500000 и др., раз­ра­бот­кой ме­то­дич. ос­нов гид­ро­гео­ло­гич. кар­ти­ро­ва­ния и прин­ци­пов рай­они­ро­ва­ния. Со­став­ле­ны гид­ро­гео­ло­гич. кар­ты стра­ны в мас­шта­бе 1:2500000 и ряд круп­но­мас­штаб­ных ком­плекс­ных гид­ро­гео­ло­гич. карт (И. К. Зай­цев, Б. И. Ку­де­лин, И. В. Гар­мо­нов, Н. А. Ма­ри­нов, М. Р. Ни­ки­тин, И. С. Зек­цер и др.). Вы­пол­не­ны круп­ные ре­гио­наль­ные гид­ро­гео­ло­гич. ис­сле­до­ва­ния за­ко­но­мер­но­стей рас­про­стра­не­ния, фор­ми­ро­ва­ния и раз­ме­ще­ния под­зем­ных вод, да­на оцен­ка ре­сур­сов, воз­мож­но­сти ис­поль­зо­ва­ния разл. ти­пов вод, гид­ро­гео­ло­гич. ус­ло­вий ме­сто­ро­ж­де­ний по­лез­ных ис­ко­пае­мых и др. по рай­онам СССР (Ф. П. Са­ва­рен­ский, Г. Н. Ка­мен­ский, О. К. Лан­ге, Н. И. Тол­сти­хин, В. Н. Ку­нин, Г. В. Бо­го­мо­лов, Н. В. Ро­гов­ская, А. Е. Ба­би­нец и др.), ре­зуль­таты ко­то­рых обоб­ще­ны в мно­го­том­ной мо­но­гра­фии «Гид­ро­гео­ло­гия СССР» (т. 1–45, 1966–72). Про­дол­же­ны фун­дам. и при­клад­ные ис­сле­до­ва­ния по гид­ро­гео­ло­гии ме­сто­ро­ж­де­ний по­лез­ных ис­ко­пае­мых, борь­бе с во­до­при­то­ка­ми в гор­ные вы­ра­бот­ки (Д. И. Щё­го­лев, С. В. Тро­ян­ский, Н. И. Плот­ни­ков, М. С. Га­зи­зов, П. П. Кли­мен­тов и др.). Соз­да­на тео­рия пе­ре­те­ка­ния под­зем­ных вод че­рез сла­бо­про­ни­цае­мые от­ло­же­ния, по­слу­жив­шая ос­но­вой для опыт­но-фильт­ра­ци­он­ных ис­сле­до­ва­ний (Н. К. Ги­рин­ский, А. Н. Ми­тя­ев и др.). Ин­тен­сив­но раз­ви­ва­лись ис­сле­до­ва­ния, свя­зан­ные с раз­ра­бот­кой ме­то­дов оцен­ки фильт­рац. па­ра­мет­ров гор­ных по­род, гид­ро­гео­ло­гич. рас­чё­тов, ана­ло­го­во­го и ма­те­ма­тич. мо­де­ли­ро­ва­ния гид­ро­гео­ло­гич. про­цес­сов, изу­че­ния ре­жи­ма и ба­лан­са под­зем­ных вод (Ф. Д. Ба­буш­кин, Ф. М. Бо­че­вер, Н. Н. Ве­ри­гин, И. К. Га­вич, Н. К. Ги­рин­ский, И. Е. Жер­нов, В. С. Ко­ва­лев­ский, А. А. Ко­но­п­лян­цев, А. В. Ле­бе­дев, В. А. Ми­ро­нен­ко, А. И. Си­лин-Бек­чу­рин, В. М. Шес­та­ков и др.). Пред­ло­же­ны но­вые прин­ци­пы про­гно­зи­ро­ва­ния, вы­яв­ле­ния, кар­ти­ро­ва­ния, ре­гио­наль­ной оцен­ки вод­ных ре­сур­сов недр арид­ных рай­онов (У. М. Ах­мед­са­фин и др.). Важ­ней­ши­ми на­прав­ле­ния­ми гид­ро­гео­ло­гич. ра­бот ста­ли ис­сле­до­ва­ния за­ко­но­мер­но­стей фор­ми­ро­ва­ния (уче­ние о под­зем­ном сто­ке) и со­вер­шен­ст­во­ва­ние ме­то­ди­ки раз­вед­ки ме­сто­ро­ж­де­ний и оцен­ки ре­сур­сов и за­па­сов под­зем­ных вод. Соз­да­ны прин­ци­пи­аль­но но­вые ме­то­ды оцен­ки экс­плуа­тац. за­па­сов, ос­но­ван­ные на тео­ри­ях уп­ру­го­го ре­жи­ма и не­ус­та­но­вив­шей­ся фильт­ра­ции (Ф. М. Бо­че­вер, Н. Н. Бин­де­ман, В. Н. Щел­ка­чёв и др.). Про­ве­де­на впер­вые в гид­ро­гео­ло­гич. прак­ти­ке ти­пи­за­ция ме­сто­ро­ж­де­ний под­зем­ных вод, пред­ло­жен­ная Н. И. Плот­ни­ко­вым (1959) и усо­вер­шен­ст­во­ван­ная Л. С. Яз­ви­ным и Б. В. Бо­рев­ским. Со­став­ле­ны кар­ты ес­теств. ре­сур­сов и экс­плуа­тац. за­па­сов под­зем­ных вод тер­ри­то­рии СССР (12500000 и 15000000), Центр. и Вост. Ев­ро­пы (11500000), ря­да субъ­ек­тов Российской Фе­де­ра­ции (1500000–11000000) – Н. Н. Бин­де­ман, Ф. М. Бо­че­вер, Б. И. Ку­де­лин, Ф. А. Ма­ка­рен­ко, Н. И. Плот­ни­ков, О. В. По­пов, Л. С. Яз­вин, Б. В. Бо­рев­ский, В. А. Все­во­лож­ский, И. С. Зек­цер и др. В свя­зи с рас­ши­ре­ни­ем по­ис­ков ме­сто­ро­ж­де­ний неф­ти и га­за ин­тен­сив­но раз­ви­ва­лись ис­сле­до­ва­ния глу­бо­ко­за­ле­гаю­щих под­зем­ных вод ар­те­зи­ан­ских бас­сей­нов плат­форм (изу­ча­лись ти­пы под­зем­ных вод, ус­ло­вия их за­ле­га­ния и дви­же­ния, фор­ми­ро­ва­ние и рас­пре­де­ле­ние пла­сто­вых дав­ле­ний, гид­ро­ди­на­мич. и гид­ро­гео­хи­мич. зо­наль­ность ар­те­зи­ан­ских бас­сей­нов, а так­же фор­ми­ро­ва­ние под­зем­ных вод неф­те­га­зо­вых ме­сто­ро­ж­де­ний). Раз­ра­бот­ка ос­нов Г. глу­бин­ных зон зем­ной ко­ры, изу­че­ние гео­хи­мии и ра­дио­хи­мии под­зем­ных вод свя­за­ны с име­на­ми Г. В. Бо­го­мо­ло­ва, И. В. Гар­мо­но­ва, М. А. Га­таль­ско­го, А. Е. Гу­ре­ви­ча, В. Ф. Дерп­голь­ца, И. К. Зай­це­ва, Н. К. Иг­на­то­ви­ча, Г. Н. Ка­мен­ско­го, Л. Н. Кап­чен­ко, А. А. Кар­це­ва, В. А. Ки­рю­хи­на, С. Р. Край­но­ва, Б. Ф. Мав­риц­ко­го, А. М. Ов­чин­ни­ко­ва, А. Н. Пав­ло­ва, Е. В. Пин­не­ке­ра, К. Е. Пить­е­вой, В. С. Са­ма­ри­ной, Н. И. Тол­сти­хи­на, А. Е. Ходь­ко­ва, В. М. Шве­ца и др. Наи­бо­лее круп­ные ис­сле­до­ва­ния под­зем­ных вод об­лас­ти рас­про­стра­не­ния мно­го­лет­не­мёрз­лых по­род вы­пол­не­ны А. И. Ка­ла­би­ным, Н. Н. Ро­ма­нов­ским, М. И. Сум­ги­ным, Н. И. Тол­сти­хи­ным, С. М. Фо­тие­вым и др. Ин­тен­сив­но раз­ви­ва­лось но­вое на­прав­ле­ние Г., свя­зан­ное с про­бле­ма­ми ох­ра­ны под­зем­ных вод от ис­то­ще­ния и ан­тро­по­ген­но­го за­гряз­не­ния (Ф. М. Бо­че­вер, М. В. Гольд­берг, Е. Л. Мин­кин, А. Е. Ора­дов­ская, Н. И. Плот­ни­ков и др.).

В 1990-е гг. и в нач. 21 в. гид­ро­гео­ло­гич. ис­сле­до­ва­ния вы­пол­ня­ют­ся гл. обр. в ви­де на­уч.-про­из­водств. ра­бот, свя­зан­ных с по­ис­ка­ми и раз­вед­кой ме­сто­ро­ж­де­ний под­зем­ных вод, ре­ше­ни­ем эко­ло­гич. про­блем (в т. ч. ан­тро­по­ген­ные из­ме­не­ния ре­жи­ма и ба­лан­са под­зем­ных вод, за­гряз­не­ние, про­гно­зы ми­гра­ции за­гряз­няю­щих ве­ществ, взаи­мо­дей­ст­вие под­зем­ных вод с др. ком­по­нен­та­ми ок­ру­жаю­щей сре­ды), изу­че­ни­ем Г. ме­сто­ро­ж­де­ний неф­ти и га­за, ор­га­ни­за­ци­ей гид­ро­гео­ло­гич. мо­ни­то­рин­га. Про­во­дят­ся так­же ис­сле­до­ва­ния по со­вер­шен­ст­во­ва­нию ме­то­дов раз­вед­ки и под­счё­та за­па­сов под­зем­ных вод, ре­ше­нию тео­ре­тич. про­блем их ми­гра­ции, гео­хи­мии под­зем­ных вод, гид­ро­гео­ди­на­ми­ки глу­бо­ко­за­ле­гаю­щих под­зем­ных вод и др. (А. П. Бе­ло­усо­ва, Б. В. Бо­рев­ский, В. И. Дю­нин, В. П. Зве­рев, И. С. Зек­цер, С. Р. Край­нов, В. М. Ма­ту­се­вич, В. А. Ми­ро­нен­ко, В. Г. Ру­мы­нин, В. М. Шес­та­ков, С. Л. Швар­цев, В. М. Швец, Р. С. Штен­ге­лов, Л. С. Яз­вин и др.).

Гид­ро­гео­ло­гич. ис­сле­до­ва­ния в Рос­сии про­во­дят­ся в н.-и. ин-тах РАН (в Ин-те вод­ных про­блем, Ин-те гео­эко­ло­гии и др.) и др. ве­домств, на гео­ло­гич. фа­куль­те­тах ву­зов, в ак­цио­нер­ных кор­по­ра­ци­ях. За ру­бе­жом эти ис­сле­до­ва­ния ве­дут­ся ун-та­ми, а так­же н.-и. ор­га­ни­за­ция­ми, гео­ло­гич. служ­бой и круп­ны­ми фир­ма­ми, спе­циа­ли­зи­рую­щи­ми­ся в об­лас­ти во­до­снаб­же­ния и ир­ри­га­ции.

Современная гидрогеология

В настоящее время гидрогеология является междисциплинарной наукой, находящейся на стыке гидрологии и геологии. Она исследует динамику подземных вод, химический состав, формирование, свойства, распространение, взаимодействие с окружающей средой, практическое аспекты.

Существует точка зрения на гидрогеологию, как на раздел геологии. Это обусловлено тем, что исследование подземных вод производится на основе анализа истории земной коры с учетом структурных особенностей литосферы и слагающих ее пород. То есть гидрогеология является геологией воды.

Гидрогеология включает множество разделов. Некоторые из них стали самостоятельными дисциплинами. Их подразделяют на теоретические и методологические.

Первая группа включает:

Помимо данной классификации, существует разделение направлений гидрогеологии на теоретические и прикладные. Первая группа включает названные выше, кроме последнего, а также экологическую гидрогеологию (исследует подземную гидросферу для оценки ее состояния и предотвращения изменений, вызванных антропогенным воздействием).

К прикладным разделам относят:

Как было отмечено, изначально гидрогеология имела существенное прикладное значение, которое с развитием науки расширялось. Это обусловлено практической ролью подземных вод. Во-первых, с древних времен их используют в питьевой и хозяйственных целях. Это актуально и по сей день для многих регионов. Во-вторых, они имеют лечебное значение. В-третьих, подземные воды служат источником химического сырья. Так, из них получают бор, магний, натрий, литий, хлор, йод, бром, меньше германий, стронций, рубидий, цезий, кальций, на отдельных месторождениях медь, уран, цинк, радий, мышьяк, вольфрам серу и др. В-четвертых, подземные воды применяют в качестве источника тепловой энергии на геотермальных электростанциях.

Прикладные исследования гидрогеологии направлены не только на выяснение способов практического использования подземных вод, но и на определение их воздействия на сооружения, в том числе, тоннели, метрополитены, шахты и прочие выработки и т. д.

Что изучает гидрогеология

Фундаментальный смысл гидрогеологии не менее значителен ввиду роли подземных вод в геологической среде. Так, с ними связаны многие геологические процессы (формирование полезных ископаемых, геодинамической обстановки, теплового поля). К тому же подземные воды в некоторой степени определяют строение геологической среды. Кроме того, они связывают земную кору с гидросферой и прочими оболочками планеты, так как являются одной из движущих сил круговорота химических элементов.

По содержанию гидрогеология связана ближе всего с гидрологией и геологией. Помимо этого ввиду междисциплинарности она взаимодействует со многими прочими науками о Земле: геологическими, географическими и т. д. Более того, некоторые из разделов гидрогеологии также являются междисциплинарными. К тому же взаимодействие ее с другими науками происходит посредством заимствования методов исследования (геологических, физических, математических, химических, геофизических и др).

Образование и работа гидрогеолога

Специальность Гидрогеология весьма распространена. Ей обучают в рамках как высшего, так и среднего специального образования.

В дальнейшем возможно трудоустройство в геолого-разведочные экспедиции, научно-исследовательские и проектные организации, геофизические и буровые партии. Гидрогеологи занимаются как фундаментальными исследованиями подземных вод, так и решением связанных с ними прикладных задач.

Науки о Земле

Геологическая среда включает не только горные породы, но и прочие компоненты. Один из них — подземные воды. Это существенный элемент геологической среды, с которым связаны многие ее особенности процессы. Изучением подземных вод занимается наука гидрогеология.

Что изучает гидрогеология

Классификация подземных вод

Выделяется четыре типа подземных вод: верховодка, спорадические, грунтовые, напорные (артезианские) и подземные воды вечной мерзлоты.

Что изучает гидрогеология

Что изучает гидрогеология

Верховодка и грунтовые воды

Верховодка — подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения, временем существования и дебита. Верховодка, как правило, образуется на первом от поверхности земли водоупорном пласте или прослойках водоупорных отложений в водоносноной толще, имеет локальное распространение и сезонный характер существования. Верховодка существует в период достаточного увлажнения, а в засушливое время исчезает. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, развивается заболачивание. К верховодке также нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя, представленные почти связанной водой, где капельно-жидкая вода присутствует только в период избыточного увлажнения.

Воды верховодки обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Как правило, верховодка не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения этого типа вод: устраивают пруды, отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы, насаждения растительности или задерживающие снеготаяние.

Грунтовыми водами называются воды, залегающие первыми от поверхности и имеющие региональное распространение. Они, как правило безнапорные, в редких случаях имеют локальный напор, характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут залегать как в рыхлых пористых породах, так и в твердых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод подвержен сезонным колебаниям, на него влияют количество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова и хозяйственная деятельность человека. Грунтовые воды являются одним из источников водоснабжения (преимущественно колодцы), выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.

Напорные (артезианские) воды — воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Характеризуются постоянством дебита. Область питания у артезианских вод, размеры бассейнов которых достигают иногда тысячи километров, лежит обычно выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Области питания артезианских бассейнов иногда значительно удалены от мест извлечения воды — в частности, в некоторых оазисах Сахары получают воду, выпавшую в виде осадков над Европой.

История

Развитие знаний в данной сфере началось с древних времен в связи с водопользованием. Так, в период 2 — 3 тысячелетий до н. э. начали использовать колодцы в Средней Азии, Китае, Египте, Индии. В то же время стали применять минеральные воды в лечебных целях. Тогда же появились первые работы, посвященные грунтовым водам: их происхождению, свойствам, накоплению, круговороту. Их исследованию способствовало расширение работ по водоснабжению в Египте, Израиле, Риме, Греции. К тому же на основе этого появилась классификация вод по давлению, подразумевающая разделение их на ненапорные, самоизливающиеся, напорные. Таким образом, изначально развитие гидрогеологии было обусловлено в основном практическим использованием подземных вод.

В дальнейшем происходило расширение сферы исследования данной науки и детализация знаний. Этому способствовало развитие методов исследования других научных направлений в связи с техническим прогрессом к концу тысячелетия, которые были заимствованы в гидрогеологии.

Что изучает гидрогеология

Формирование подземных вод

Подземные воды образуются различными способами. Один из основных способов образования подземной воды — просачивание, или инфильтрация, атмосферных осадков и поверхностных вод. Просачивающаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается на нем, насыщая породы пористого и пористо-трещинноватого характера. Так возникают водоносные слои, или горизонты подземных вод. Кроме того, подземные воды формируются путём конденсации водяных паров. Выделяются также подземные воды ювенильного происхождения.

Два основных способа образования подземных вод — путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных паров атмосферы в породах — главные пути накопления подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды называются вадозными водами (лат. vadare — идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.

Подземные воды формируются из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся в грунт на некоторую глубину, а также из вод болот, рек, озёр и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, попадающей таким образом в почву, составляет 15-20 % от общего количества выпавших атмосферных осадков.

Проникновение вод в грунты зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы — водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные. К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески и трещиноватые породы. К водонепроницаемым породам — плотные магматические и метаморфические породы, такие как гранит и мрамор, а также глины. К полупроницаемым породам относятся глинистые пески, лёсс, рыхлые песчаники и рыхловатые мергели.

Количество воды, просочившейся в грунт, зависит не только от его физических свойств, но и от количества атмосферных осадков, наклона местности и растительного покрова. При этом длительный моросящий дождь создаёт лучшие условия для просачивания, нежели обильный ливень.

Крутые склоны местности увеличивают поверхностный сток и уменьшают просачивание атмосферных осадков в грунт, а пологие, наоборот, увеличивают просачивание. Растительный покров увеличивает испарение выпавшей влаги, но, в то же время задерживает поверхностный сток, что способствует просачиванию влаги в грунт.

Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод.

Подземные воды также могут образовываться за счёт искусственных гидротехнических сооружений, например таких, как оросительные каналы.

Конденсация водных паров

Второй путь образования подземных вод — это конденсация водяных паров в горных породах.

Ювенильные воды — ещё один способ образования подземных вод. Такие воды выделяются при дифференциации магматического очага и являются «первичными». В природных условиях чистых ювенильных вод не существует: подземные воды, возникшие разными способами, смешиваются друг с другом.

Первые представления о свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и круговороте воды на Земле были описаны в работах древнегреческих ученых Фалеса и Аристотеля, а также древнеримских Тита Лукреция Кара и Витрувия. Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением в Египте, Израиле, Греции и Римской империи. Возникли понятия о ненапорных, напорных и самоизливающихся водах. Последние получили в XII веке н. э. название артезианских — от названия провинции Артуа (древнее название — Артезия) во Франции.

В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путём инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М. В. Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.). До середины XIX века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии, после чего обособилось в отдельную дисциплину.

Заключение

Гидрогеология как междисциплинарное направление связана со многими науками. Она имеет существенное прикладное значение ввиду практической роли подземных вод. Более того, данная наука с древних времен развивалась преимущественно благодаря водопользованию. В дальнейшем прикладное значение гидрогеологии расширилось. Этим обусловлено распространение данной специальности в учебных заведениях и востребованность профессии на рынке труда в настоящее время. Так, гидрогеологи участвуют в проектировании инженерных сооружений и разработке месторождений, устройстве питьевого и хозяйственного водоснабжения, добыче ресурсов, получении энергии и т. д.

Что изучает гидрогеология

Что изучает гидрогеология

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий