Какие подземные воды используются в строительстве? Как называется их воздействие на человека?

Грунтовые воды — источник водоснабженияПравить

Шипот — подземный источник водоснабжения

Для добычи грунтовых вод делают колодцы, скважины с гравийной отсыпкой в сочетании с фильтрами из сетки галунного плетения.

Схема соотношения верховодки, грунтовых и напорных вод

1 — верховодка; 2 — грунтовые воды; 3 — напорные воды; УВ — уровень верховодки; УГВ — уровень грунтовых вод; ПУНВ — пьезометрический уровень напорных вод; стрелками показано направление движения подземных вод

Возникают верховодки вследствие просачивания с поверхности атмосферных осадков, поверхностных и оросительных вод и на­копления их на линзах и прослойках слабопроницаемых пород, иг­рающих роль местных водоупоров. Верховодки обычно залегают неглубоко и расположены в разрезе выше постоянных горизонтов грунтовых вод. Их воды расходуются в основном на испарение, транспирацию и питание грунтовых вод.

Особенности верховодки как своеобразного типа подземных вод:

• расположение в пределах пород зоны аэрации;
• временный характер, сезонность (обычно в периоды интенсив­ного выпадения атмосферных осадков и утечек воды из раз­личных систем);
• ограниченность распространения (локальный характер пред­определяется локальным распространением водоупоров);
• резкая зависимость ее запасов, режима и качества от климати­ческих условий и хозяйственной деятельности человека;
• легкая загрязняемость и непригодность для постоянного водо­снабжения.

Накопление верховодки происходит весной при оттаивании почвы и уменьшении мерзлого слоя; осенью — после периода дли­тельных дождей. Необходимым условием задержания влаги в по­родах должно быть переслаивание проницаемых и слабопроница­емых пород. Например, погребенные горизонты почв должны зале­гать в толще лёссов, линзы размытой глинистой морены — среди флювиогляциальных песчаных отложений, линзы и карманы суг­линистых отложений — среди аллювиальных песков и т.д.

Обычно верховодка встречается в суглинках и лёссовидных от­ложениях на водораздельных плато. В районах распространения многолетней мерзлоты верховодка (воды сезонно-талого слоя) весьма своеобразна и широко распространена. Воды верховодки не имеют связи с реками. Уровень ее характеризуется крайней из­менчивостью. В районах больших городов эти воды легко загрязня­ются. Для гидротехнического и гражданского строительства ее при­сутствие неблагоприятно.

По химическому составу воды верховодки неодинаковы: прес­ные и слабоминерализованные с повышенным содержанием крем- некислоты, органического вещества и железа в северных районах и обычно минерализованные в южных районах (из-за испарения). При бурении скважин для целей водоснабжения верховодку необ­ходимо тщательно изолировать при помощи обсадных труб во из­бежание загрязнения ею лежащих ниже водоносных горизонтов.

Грунтовые воды. К грунтовым водам относятся подземные воды первого от поверхности постоянно действующего водоносного го­ризонта, залегающего на относительно выдержанном водоупоре и имеющего свободную поверхность.

Сверху грунтовые воды обычно не перекрыты водоупорными отложениями, поэтому они имеют тесную связь с атмосферой и давление на их поверхности равно атмосферному давлению, т.е. поверхность фунтовых вод при вскрытии их скважинами уста­навливается в них на той глубине, где они были встречены. Не­редко поэтому грунтовые воды называют безнапорными (в отличие от напорных, имеющих избыточный напор над перекрывающей их водоупорной кровлей).

Условия залегания грунтовых вод на первом от поверхности вы­держанном водоупоре предопределяют особенности их питания, распространения, движения и разгрузки. Области питания и рас­пространения грунтовых вод совпадают, т.е. их питание через зону аэрации осуществляется по всей площади их распространения. По­этому расход потока грунтовых вод является величиной переменной (как правило, увеличивается по пути их движения). Основными ис­точниками питания грунтовых вод являются атмосферные осадки, поверхностные и конденсационные воды. Грунтовые воды имеют тесную гидравлическую связь с поверхностными водотоками и во­доемами и в зависимости от соотношения их уровней либо разгру­жаются в них (дренируются), обеспечивая их подземное питание, либо питаются поверхностными водами (особенно при подпорах и в паводки). При изменении уровня воды в поверхностных водо­емах изменяется уровень в гидравлически с ними взаимосвязанных горизонтах фунтовых вод.

Межпластовые или артезианские воды

Напорные( артезианские) воды

Свое название этот тип подземных вод получил от способа залегания в породе.

Тогда как почвенные и грунтовые воды располагаются на первом водоупорном, чаще всего глинистом слое, межпластовые воды находятся между двумя водоупорными слоями, благодаря чему они в гораздо меньшей мере подвержены загрязнениям.

Кроме того, уровень этих вод отличается большим объемом, стабильностью и постоянством химического состава.

Межпластовые воды отличаются полной прозрачностью, отсутствие органических веществ, нередко минерализацией, показатели которой зависят от состава пород, в которых они накапливаются.

Межпластовые воды, находящиеся под напором, еще называют артезианскими. Глубина залегания артезианских вод может достигать более 100 метров, а сами они накапливаются в образованных известняком пластах.

Различные соотношения между поверхностными и грунтовыми водами

а — связь между водами отсутствует; б — река питает грунтовые воды; в — грун­товые воды питают реку; г — один берег реки питает грунтовые воды, а другой — дренирует. Стрелками показно направление движения вод, пунктиром — уровень

Характерна также тесная зависимость режима уровней, качества и количества грунтовых вод от климатических факторов, процессов, протекающих в зоне аэрации, и инженерной деятельности человека (повышение уровней и запасов в дождливое время и понижение их в засуху, ухудшение качества вод при инфильтрации сточных вод).

Грунтовые воды разгружаются в виде источников, пластовых выходов, мочажин в местные понижения и поверхностные водо­токи и водоемы. При залегании близко к поверхности (0-4 м) они могут разгружаться путем испарения через зону капиллярной каймы. На отдельных участках возможна гидравлическая взаимо­связь грунтовых вод с лежащими ниже напорными водами через отдельные литологические окна и участки размыва разделяющих их водоупорных толщ. При этом в зависимости от соотношения уровней взаимосвязанных горизонтов будет происходить либо пи­тание, либо разгрузка грунтовых вод. Грунтовые воды движутся от мест с их более высоким уровнем к местам с их пониженным уровнем, обычно от участков с повы­шенным рельефом и водоразделов в сторону местных понижений, оврагов, балок и речных долин. Разгружаются грунтовые воды в этих понижениях обычно в виде нисходящих источников. По­верхность грунтовых вод (зеркало), как правило, в несколько сгла­женном виде соответствует рельефу местности. При этом гидравли­ческие уклоны поверхности грунтовых вод обычно невелики и со­ставляют в среднем 0,05—0,001. На отдельных участках уровень грунтовых вод может быть практически горизонтальным, что сви­детельствует о незначительной скорости их фильтрации либо о полном ее отсутствии.

Наглядное представление об условиях распространения и дви­жения грунтовых вод дает , на которой показано положение поверхности грунтовых вод в изолиниях, соединяющих точки с одинаковыми отметками уровня подземных вод. Строят такую карту аналогично карте рельефа земной поверхности в гори­зонталях, используя результаты единовременных замеров уровня грунтовых вод во всех имеющихся скважинах, колодцах и в их есте­ственных выходах.

Если наблюдается резкое изменение уровня грунтовых вод в различные периоды, то карты гидроизогипс составляют на эти ха­рактерные периоды и даты (например, когда уровень грунтовых вод бывает максимальным и минимальным). Для получения данных об изменении данного уровня проводят специальные наблюдения их режима (так называемые режимные наблюдения).

Карта гидроизогипс позволяет определять:

• направление движения грунтовых вод (по нормалям к гидроизо­гипсам);
• гидравлические уклоны и скорость фильтрации;
• глубину залегания грунтовых вод (по разности отметок горизон­талей поверхности Земли и гидроизогипс водной поверхности);
• характер взаимосвязи грунтовых вод с поверхностными (по ха­рактеру сопряжения гидроизогипс с поверхностными водоемами и направлению движения подземных вод)

и решать другие практические задачи.

Нередко на основе карты гидроизогипс составляют карту глу­бины залегания грунтовых вод (в изолиниях равных глубин или с вы­делением зон определенной глубины залегания грунтовых вод).

Такие карты широко используют при бурении скважин для целей водоснабжения, орошения и осушения.

Грунтовые воды распространены повсеместно там, где темпера­турные условия верхней части литосферы допускают их накопление и существование в жидкой фазе. Изучение условий их формиро­вания и распространения показало, что существуют определенные закономерности зонального распределения различных по проис­хождению типов грунтовых вод.

Грунтовые воды имеют большое народнохозяйственное зна­чение: их широко используют для целей хозяйственно-питьевого и сельскохозяйственного водоснабжения и орошения. Основными типами широко используемых грунтовых вод являются грунтовые воды речных долин, ледниковых отложений, степей, полупустынь и пустынь, конусов выноса и предгорных наклонных равнин, горных районов, песчаных морских побережий.

В гидрогеологии определение грунтовых вод часто дается по С.Н. Никитину, который к этой категории относит только воды первого от поверхности земли выдержанного горизонта подземных вод, залегающего на водоупоре.

Разновидности подземных вод, залегающих вблизи поверхности земли под невыдержанным водоупором, называют водами меж- пластовыми, закрытыми или подземными (например, подземные воды предгорных конусов выноса или ледниковых отложений).

Особенности грунтовых вод следующие:

• залегание вблизи поверхности земли в рыхлых отложениях из­менчивой мощности, преимущественно четвертичного возраста, дренируемых реками или вскрываемых эрозионной сетью;
• если пласт первый от поверхности и не полностью насыщен водой, то воды ненапорные, а если пласт перекрыт невыдержан­ными по мощности слоями разной проницаемости, то воды обычно напорные;
• область питания совпадает с областью распространения, и пи­тание происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и снеговых вод; фильтрации из рек, озер и каналов; конден­сации водяных паров и внутри грунтового испарения; подтока (подпитывания) из более глубоких водоносных горизонтов;
• глубина залегания уровня, температура, минерализация и расход грунтовых вод подвержены систематическим суточным, ме­сячным, годовым и многолетним колебаниям;
• подземный сток грунтовых вод обычно направлен от водораз­делов к речным долинам, где осуществляется их разгрузка в реки;
• режим грунтовых вод (инфильтрация и боковой приток, отток и испарение, а также баланс, условия формирования и стока) обычно тесно связан с современным климатом, рельефом и по­верхностными водами.

Межпластовые безнапорные воды. Эти воды, как и грунтовые, имеют свободную поверхность, давление на которой равно атмос­ферному, но залегают они обычно между двумя водоупорными тол­щами.

Из-за этого межпластовые воды питаются на ограниченных участках (в областях выхода водовмещающих отложений на поверх­ность, на участках их взаимосвязи с поверхностными водотоками и напорными водами) и находятся в более благоприятных сани­тарных условиях, чем незащищенные с поверхности фунтовые воды.

В периоды интенсивного выпадения осадков и половодий уровни межпластовых вод могут повышаться вплоть до появления избыточных напоров над перекрывающей их водоупорной кровлей, тогда межпластовые безнапорные воды могут становиться

Таким образом, межпластовые безнапорные воды являются как бы промежуточным типом подземных вод — по гидравлическому характеру они безнапорные и аналогичны грунтовым водам, однако по условиям залегания близки к напорным водам.

Артезианские воды и бассейны. Под Парижем, в предместье Артуа, в 1126 г. неожиданно при бурении скважин были вскрыты фонта­нирующие воды, которые получили название артезианских вод. В первое время артезианскими водами называли только воды, фон­танирующие выше поверхности земли, — «водометы», позднее этим понятием стали объединять все межпластовые напорные воды, залегающие в тектонических структурах, вогнутых или наклонных пластах, поднимающиеся над кровлей пласта в стволе скважины.

Для образования артезианских вод необходимы следующие условия:

• обилие атмосферных осадков в области питания, т.е. приурочен­ность ее к поясу избыточного увлажнения;
• породы области питания должны выходить на поверхность выше пунктов заложения скважин, т.е. необходимы наклон и изогну­тость пластов, обусловливающие гидравлический, артезианский напор;
• оптимальные возможности водопоглощения, наличие хорошо проницаемых почв, в зоне аэрации — малое количество и не­большая мощность глинистых водоупорных горизонтов и толщ;
• наличие в области распространения или напора выдержанной глинистой кровли;
• высокая пористость, трещиноватость и водопроницаемость во­довмещающих пород.

1 — грунтовые воды; 2 — межпластовые ненапорные воды; 3 — разгрузка грун¬товых вод в виде источников; W — инфильтрационное питание; УГВ — уровень грунтовых вод; УМНВ — уровень межпластовых ненапорных вод

Отличительная черта артезианских вод — это наличие избыточ­ного напора над поверхностью кровли водосодержащего пласта. При вскрытии напорных вод горными выработками их уровень под действием избыточного напора поднимается и устанавливается выше водоупорной кровли, соответственно положению пьезометрической поверхности напорного водоносного горизонта.

Запасы подземных водПравить

Крупнозернистые отложения как песок и гравий обладают более высокой пористостью, чем мелкозернистые отложения как глина и ил, и лучшей соединённостью пор. Крупнозернистые материалы более проницаемы ввиду того, что они обладают большими связанными пространствами или трещинами, позволяющими воде протекать.

В некоторых случаях поровые пространства могут быть заполнены мелкозернистыми отложениями, что уменьшает пористость и затрудняет движение воды, характеризуя аквифер слабопроницаемым. Очень важно уметь определять такие характеристики аквифера, как проницаемость для прогнозирования поведения подземных вод в аквифере.

Добыча водыПравить

Для добычи воды из водоносных слоёв бурят скважины (буровые), которые являются составной частью водозаборных сооружений.

Движение подземных водПравить

Подземные воды в аллювиях находятся в поровом пространстве между частицами, а в уплотнённых породах — в трещинах. Количество воды, которое может вмещать аквифер, зависит от его пористости, являющейся поровым пространством между зёрнами отложений или объёмом трещин в породе. Для движения воды в породе необходимо, чтобы поровые пространства были соединены между собой. Подземные воды движутся очень медленно внутри аквифера, и скорость движения зависит от размера пространств внутри грунта или породы, соединённости между собой этих пространств и градиента давления водной поверхности.

Прибалтийский артезианский бассейн — площадь 0.462 млн км2, расположен на территории Эстонии, Латвии, Литвы, Калининградской области и частично под акваторией Балтийского моря.

Парижский артезианский бассейн — площадь 0.15 млн км2, расположен в северной части Франции.

Московский Артезианский бассейн — площадь 0.36 млн км2, расположен на территории Московской, Калининской, Владимирской, Ярославской, Смоленской, Калужской, Орловской, Тульской и Рязанской областей.

Западно-Сибирский артезианский бассейн — крупнейший в мире артезианский бассейн площадью 3 млн км2, расположенный на территории Западно-Сибирской равнины. Бассейн включает два гидрогеологических этажа, разделённых толщей (местами более 800 м) глинистых осадков.

Восточно-сахарский Артезианский бассейн (Ливийско-Египетский артезианский бассейн) — крупнейший в мире (3.49 млн км2), расположен в северо-восточной части Африки под пустыней Сахара. Включает территорию Египта, северную часть Судана, восточные районы Ливии и северо-восточные районы Чада.

Большой Сахарский Артезианский бассейн (Алжиро-Тунисский артезианский бассейн) — площадь 0.6 млн км2, расположен в основном на территории Алжира, охватывает также южную половину Туниса и частично Ливию.

Истощение водоносных горизонтов является проблемой в некоторых районах и особенно критично в Северной Африке, например, в ливийском проекте «Великая рукотворная река». Однако новые методы управления подземными водами, такие как искусственная подпитка и закачка поверхностных вод в сезонные влажные периоды, продлили срок службы многих пресноводных водоносных горизонтов, особенно в Соединённых Штатах.

Грунтовые воды в строительствеПравить

Грунтовые воды оказывают разрушающее влияние на бетон и другие строительные материалы.

При возведении сооружений грунтовые воды исследуют на агрессивность.
Различают следующие типы агрессивности.

• Общекислотная. Водородный показатель воды меньше 6. Повышается растворимость карбоната кальция. В зависимости от марки цемента и значений pH агрессивность воды различна: при pH < 4 наибольшая, при pH = 6,5 — наименьшая.
• Выщелачивающая. Вода содержит более 0,4—1,5 мг экв. гидрокарбоната. Проявляется в растворении карбоната кальция и выносе из бетона гидроксида кальция. Степень агрессивности воды определяется растворимостью карбоната кальция. Вынос гидроксида кальция увеличивается в присутствии хлорида магния, который вступает в обменную реакцию с гидроксидом кальция, образуя хорошо растворимый хлорид кальция.
• Магнезиальная. Вода содержит более 750 мг/л магния двухвалентного. Предел допустимой концентрации ионов магния зависит от марки цемента, условий, конструкции сооружения, содержания сульфатных ионов и изменяется в широких пределах: от 1,0 до 2,5 %.
• Сульфатная. Вода содержит свыше 250 мг/л сульфатных ионов. Присутствующие в воде в больших концентрациях сульфатные ионы, проникая в бетон, при кристаллизации образуют кристаллогидрат сульфата кальция, являющийся причиной вспучивания и разрушения бетона.
• Углекислотная. Вода содержит свыше 3—4 мг/л углекислоты. Растворение карбоната кальция под воздействием растворённого диоксида углерода с образованием легкорастворимого гидрокарбоната кальция провоцирует процесс разрушения бетона.

Первый водоносный горизонт-грунтовые воды

В отличие от верховодки, грунтовые воды образуются не только из атмосферных осадков. Они также подпитываются просачивающимися сквозь грунт водами рек, озер и водохранилищ.

Глубина залегания грунтовых вод может колебаться от 6 до 40 метров, в свою очередь от глубины залегания зависит их качество.

Грунтовые воды, расположенные на небольшой глубине также подвержены загрязнению органикой и минеральными примесями. Кстати, именно этот тип вод питают большинство неглубоких колодцев.

Колодезная вода пригодна для использования в сельском хозяйстве, а также для питья при условии предварительной очистки и кипячения.

КлассификацияПравить

• почвенные;
• грунто́вые;
• межпластовые;
• артезианские;
• минеральные.

Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы; они могут быть свободными (гравитационными), перемещающимися под влиянием силы тяжести или связанными, удерживаемыми молекулярными силами.

По условиям движения в водоносных слоях, различают подземные воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и галечниковых) слоях и в трещиноватых скальных породах.

• поровые — залегают и циркулируют в четвертичных отложениях: в песках, галечниках и других обломочных породах;
• трещинные (жильные) — залегают и циркулируют в скальных породах (гранитах, песчаниках);
• карстовые (трещинно-карстовые) — залегают и циркулируют в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и других).

Схема артезианского бассейна

— область питания; — область напора; — область разгрузки; — область воз­можного самоизлива напорных вод; — пьезометрический уровень напорных вод первого горизонта; — восходящий источник; — участок возможной гидрав­лической взаимосвязи напорных горизонтов (гидрогеологическое «окно»); 5 — на­порные водоносные горизонты

Величину напора обычно определяют по положению пьезомет­рического уровня водоносного горизонта относительно горизон­тальной плоскости сравнения О — О. Напорные воды располо­жены, как правило, ниже горизонтов грунтовых вод и характеризу­ются своеобразными условиями залегания, распространения, питания и разгрузки. Наличие водоупорной кровли, перекрыва­ющей водоносный пласт, затрудняет питание и разгрузку напорных вод и их взаимосвязь с поверхностными водами и атмосферой.

Питание напорных водоносных горизонтов оказывается воз­можным лишь в области выхода водопроницаемого пласта на по­верхность, где создаются условия для проникновения в пласт путем инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод. Как уже говорилось, эта область, имеющая меньшие размеры, чем область распространения напорных вод, называется . Она обычно расположена на наиболее высоких отметках, нередко на значительном удалении от областей распространения и раз­грузки напорных вод.

В области питания подземные воды имеют свободную поверх­ность и тесную гидравлическую взаимосвязь с поверхностными во­дами. Область, в пределах которой подземные воды имеют избы­точный над перекрывающей их водоупорной кровлей напор, назы­вается (или областью распространения напорных вод). В этой области подземные воды, как правило, не получают питания по пути их движения (так как они изолированы в разрезе водоупорами) и расход их не изменяется. На отдельных участках возможен самоизлив напорных вод при вскрытии их скважинами там, где отметки пьезометрического уровня превышают отметки земной поверхности.

Разгрузка напорных вод происходит в области их выхода на по­верхность (на пониженных по сравнению с областью питания участках), а также на участках естественного (реки, овраги, балки и т.п.) и искусственного (скважины, колодцы, шахты, карьеры и т.п.) вскрытия напорных вод.

В естественных условиях напорные воды, разгружаясь, образуют восходящие источники, ключи, грифоны и т.п., питают реки и другие поверхностные водоемы. Движутся напорные воды в на­правлении от областей питания к областям разгрузки. Интенсив­ность их движения уменьшается по мере увеличения глубины и удаления от областей питания.

Положение пьезометрической поверхности напорных вод ха­рактеризуется (гидроизопьез), которая состав­ляется аналогично карте гидроизогипс грунтовых вод и представ­ляет собой систему изолиний, соединяющих точки с одинаковыми отметками пьезометрического уровня. На карты пьезоизогипс на­носят также изолинии отметок поверхности кровли и подошвы рас­сматриваемого напорного горизонта, что облегчает решение многих практических задач. Например, по карте пьезоизогипс определяют направления движения напорных вод, гидравлические уклоны, на­поры, участки возможного самоизлива вод. Если известны мощ­ность напорного горизонта и его фильтрационные свойства, то можно определить скорость фильтрации подземных вод и расход потока.

Напорные воды, изолированные от атмосферы (связь имеется лишь в области питания и разгрузки), характеризуются меньшей зависимостью их режима от климатических факторов, относи­тельным постоянством уровней температуры и химического со­става, меньшей загрязненностью и лучшим санитарным качеством воды. Поэтому их можно использовать для различных видов водо­снабжения (хозяйственно-питьевого, производственно-техничес­кого, лечебно-питьевого, термального и др.) и орошения. При экс­плуатации высоконапорных вод, находящихся в пластах под значи­тельным давлением, большое практическое значение имеют их упругие запасы, высвобождающиеся из водоносных пластов при частичном снятии давления благодаря разуплотнению ранее сжатых пород и воды. Несмотря на незначительную сжимаемость воды и горных пород, упругие запасы напорных вод довольно велики, так как содержащие их водонапорные системы занимают значи­тельные пространства.

В реальных природных условиях схема распространения, пи­тания и разгрузки напорных вод зависит от геолого-структурных, тектонических, литологических, климатических и других особен­ностей того или иного района. В частности, напорные воды могут питаться и разгружаться на участках, где возможна их гидравли­ческая взаимосвязь с соседними напорными и безнапорными водо­носными горизонтами через литологические гидрогеологические «окна», тектонические нарушения и участки с размывом разделя­ющих их водоупорных отложений.

Их интенсивная разгрузка возможна также на участках, где на­порные воды вскрываются карьерами, котлованами, шахтами, во­дозаборными сооружениями, а в естественных условиях — через русловые и донные отложения рек, озер, морей (скрытая разгрузка). Пласты с напорными водами могут соединяться друг с другом или выклиниваться (исчезать), что обеспечивает своеобразные условия накопления и распространения напорных вод.

Напорные воды часто называют артезианскими, а вмещающие их геологические структуры (мульды, синклинали, моноклинали, впадины и др.) — артезианскими бассейнами.

В пределах артезианского бассейна могут иметься один или не­сколько напорных водоносных горизонтов или комплексов, взаи­мосвязанных или изолированных друг от друга водоупорными от­ложениями. Положение пьезометрических поверхностей, входящих в состав бассейна напорных водоносных горизонтов, зависит от вы­сотного расположения областей их питания и разгрузки, а также от степени гидравлической взаимосвязи напорных горизонтов.

Пьезометрическая поверхность глубоко залегающих водоносных горизонтов в значительной мере определяется геостатическим дав­лением толщи вышележащих отложений. Значительно более вы­сокие давления в центральных частях бассейнов, чем в краевых, могут вызывать движение подземных вод от центральных частей к краевым, т.е. к периферийным областям питания артезианских бассейнов.

Своеобразные бассейны напорных вод встречаются в пред­горных и горных районах, где имеются моноклинальное залегание и выклинивание водовмещающих отложений, способствующие об­разованию так называемых

• В российской гидрогеологии термин «аквафер» не употребляется в официальной и отчётной документации.
• A.J. Duncan, S.A. Tarawali, P.J. Thorne, D. Valbuena, K. Descheemaeker. Integrated crop-livestock systems − a key to sustainable intensification in Africa // Tropical Grasslands – Forrajes Tropicales. — 2013. — , . — . — ISSN 2346-3775. — doi:10.17138/tgft(1)202-206.
• Mr. Abdullah k. Khamis. Drainage of Irrigated Land (WATER – LOGGING AND SALINITY CONTROL, DRAINAGE WATER DISPOSAL AND RESUSE.) // Drainage VIII, 21-24 March 2004. — St. Joseph, MI: American Society of Agricultural and Biological Engineers. — doi:10.13031/2013.15732.
• James S. Famiglietti, Grant Ferguson. The hidden crisis beneath our feet (англ.) // Science. — 2021-04-23. — , . — . — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203. — doi:10.1126/science.abh2867.
• Scott Jasechko, Debra Perrone. Global groundwater wells at risk of running dry // Science. — 2021-04-22. — , . — . — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203. — doi:10.1126/science.abc2755.
• Scott Jasechko, Debra Perrone. Global groundwater wells at risk of running dry (англ.) // Science. — 2021-04-23. — , . — . — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203. — doi:10.1126/science.abc2755.
• J. Rolfe. Valuing reductions in water extractions from groundwater basins with benefit transfer: The Great Artesian Basin in Australia // Water Resources Research. — 2010-06. — , . — ISSN 0043-1397. — doi:10.1029/2009wr008458.
• D. Barson. Flow systems in the Mannville Group in the east-central Athabasca area and implications for steam-assisted gravity drainage (SAGD) operations for in situ bitumen production // Bulletin of Canadian Petroleum Geology. — 2001-09-01. — , . — . — ISSN 0007-4802. — doi:10.2113/49.3.376.
• Leonard F. Konikow. Groundwater depletion in the United States (1900−2008) // Scientific Investigations Report. — 2013. — ISSN 2328-0328. — doi:10.3133/sir20135079.
• Washington Post Washington, DC, Poll, May 2002. ICPSR Data Holdings (23 мая 2003). Дата обращения: 31 мая 2021. Архивировано 14 марта 2020 года.
• Rick Illgner, Geary M. Schindel. Historical note: The Edwards Aquifer Authority // The Edwards Aquifer: The Past, Present, and Future of a Vital Water Resource. — Geological Society of America, 2019. — .
• Jo-Ansie van Wyk. Atomic/Nuclear Diplomacy // The Encyclopedia of Diplomacy. — Oxford, UK: John Wiley & Sons, Ltd, 2018-05-03. — . — ISBN 978-1-118-88791-2, 978-1-118-88515-4.

Проблемы использования водоносных горизонтовПравить

В неконсолидированных водоносных горизонтах грунтовые воды образуются из поровых пространств между частицами гравия, песка и ила. Если водоносный горизонт ограничен слоями с низкой проницаемостью, пониженное давление воды в песке и гравии вызывает медленный дренаж воды из соседних ограничивающих слоёв. Если эти ограничивающие слои состоят из сжимаемого ила или глины, потеря воды в водоносный горизонт снижает давление воды в ограничивающем слое, заставляя его сжиматься от веса вышележащих геологических материалов. В некоторых случаях это сжатие может наблюдаться на поверхности земли в виде оседания. Большая часть оседания от добычи подземных вод является постоянной (упругий отскок невелик). Таким образом, просадка не только постоянна, но и сжатый водоносный горизонт имеет постоянно сниженную способность удерживать воду.

Проникновение солёной воды

Водоносные горизонты вблизи побережья имеют линзу пресной воды вблизи поверхности и более плотную морскую воду под пресной водой. Морская вода проникает в водоносный горизонт, диффундирующий из океана, и является более плотной, чем пресная вода. Для пористых (т. е. песчаных) водоносных горизонтов вблизи побережья толщина пресной воды поверх солёной воды составляет около 12 метров на каждые 0,3 м пресноводного напора над уровнем моря. Это соотношение называется уравнением Гибена-Герцберга. Если вблизи побережья откачивается слишком много грунтовых вод, солёная вода может проникнуть в пресноводные водоносные горизонты, что приведёт к загрязнению запасов питьевой пресной воды. Многие прибрежные водоносные горизонты, такие как водоносный горизонт Бискейн близ Майами и водоносный горизонт Прибрежной равнины Нью-Джерси, испытывают проблемы с проникновением солёной воды в результате перекачки и повышения уровня моря.

Под влиянием непрерывного испарения концентрация соли в воде водоносного горизонта может постоянно увеличиваться и в конечном итоге вызывать экологические проблемы.

Для контроля солёности в таком случае ежегодно определённое количество дренажной воды должно сбрасываться из водоносного горизонта с помощью подземной дренажной системы и удаляться через безопасный выпуск. Дренажная система может быть горизонтальной (т. е. с использованием труб, плиточных дренажей или канав) или вертикальной (дренаж колодцами). Для оценки потребности в дренаже может быть полезным использование модели подземных вод с агрогидросолевой составляющей, например SahysMod.

Глубина, засухи и перекачка

Водные ресурсы, которые находятся под землей, составляют запасы общим объемом около 60 млн км³. Специалисты учитывают их как полезное ископаемое. Классификация подземных вод:

• почвенные;
• верховодка;
• грунтовые;
• артезианские;
• минеральные.

Почвенные и верховодка

Под верхним слоем земной коры располагаются почвенные воды. Они заполняют поры и трещины, а перемещаются под действием силы тяжести. По определению эта жидкость отличается небольшой глубиной залегания, она пропитывает собой природный массив, занимая очень большие площади.

Ее пополнение происходит в результате инфильтрационного просачивания дождевых вод через грунт и песок. Происходит это в течение длительного периода, за который вода насыщается органическими веществами. Некоторый объем жидкости протекает вглубь по участку, который обладает хорошей водопроницаемостью, а часть задерживается ближе к поверхности.

Верховодка представляет собой временную концентрацию гравитационных вод в областях аэрации почв и пород. В этом случае происхождение подземных вод случается после атмосферных осадков, паводков и таяния снегов. Кроме того, она может образовываться в результате внутрипочвенного испарения из искусственных водоемов. Верховодка обладает свойствами:

• сезонной неустойчивостью;
• ограниченным объемом расширения;
• резкими изменениями уровня.

В основном человек не использует ее для водоснабжения. При проведении открытых горных работ следует укрепить откосы для входа и выхода из траншей, соорудить дренажные скважины с применением водоотвода.

Грунтовые и артезианские

К грунтовым относятся воды первого от поверхности земли водоносного горизонта. Они образуются в основном просачиванием через почву после атмосферных осадков, из рек, озер и других водоемов. Ученые заметили, что даже вечная мерзлота за полярным кругом не мешает грунтовым водам подпитывать моря.

Обычно это свободная и безнапорная жидкость, которая всегда остается на уровне вскрытия. Грунтовая вода подпитывается и распространяется в одной области. В течение сезона уровни сильно различаются в зависимости от атмосферных осадков и температуры грунта.

Когда отсутствуют дожди, а почва постоянно находится под солнечными лучами, то вода сильно подогревается, и уровень ее падает. Она имеет важное значение для народного хозяйства в России как источник водоснабжения промышленных предприятий и населенных пунктов.

Межпластовые или артезианские залежи расположены между нижними и верхними водоупорными слоями. Основное их отличие — это отсутствие источников подпитки. Жидкость, находящаяся под давлением плотных слоев грунта, достигает поверхности в качестве родников.

Если пробурить пласты, то эта вода из-под земли забьет фонтаном, поэтому ее добыча осуществляется буровой установкой на автомобильном шасси. В буровую скважину вставляется труба, устанавливается фильтр и опускается погружная помпа.

Во время разработки месторождений случаются прорывы, которые мешают при прохождении горных пород и требуют специальной охраны выработок от воды. Подземные месторождения глубокого залегания хорошо подходят для обеспечения населения, промышленных и сельскохозяйственных объектов.

Минеральные месторождения

В этих месторождениях находится тип подземной воды с неизменным химическим составом и биоактивными минеральными или органическими элементами. Жидкость с такими характеристиками обладает лечебными свойствами для внутреннего и наружного использования. Ее разделяют:

• по химическому составу;
• уровню минерализации;
• способу применения.

В состав практически любой жидкости из-под земли входят минеральные соли и другие полезные элементы. Она отличается от пресной тем, что ее состав формируется в течение нескольких лет под воздействием некоторых факторов. Ее структура никогда не изменяется и напрямую зависит от источника.

В промышленных целях минеральную воду добывают с помощью каптажей, которые представляют собой комплекс инженерных сооружений. Очень часто источники сами выходят наружу в виде родников и ключей. Обычно в таких местах строятся бальнеологические лечебницы и курорты.

Физика явленияПравить

• Подземные воды // Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. — 1-е изд. — М. : Большая российская энциклопедия, 1991. — ISBN 5-85270-160-2.
• ↑ 1 2 3 К. Трубецкой. Горное дело: Терминологический словарь. — Litres, 2018-12-20. — 638 с. — ISBN 978-5-04-119548-9. Архивная копия от 13 февраля 2021 на Wayback Machine
• Lev Solomonovich Gurvich. Вода – наш друг. — Знание, 1968. — 84 с. Архивная копия от 1 марта 2022 на Wayback Machine
• Oleg Vladimirovich Popov. Подземное питание рек. — Гидрометеоиздат, 1968. — 300 с. Архивная копия от 18 октября 2020 на Wayback Machine

СсылкиПравить

Вода под землей с разной интенсивностью принимает участие в общем круговороте. Специалисты отмечают три зоны: верхнюю или свободного обмена, среднюю или замедленного водообмена, нижнюю, которая трудно поддается превращению. Виды подземных вод:

• Свободная — находится в трещинах, полостях почв и горных пород. Их большая концентрация и потоки распространяют гидростатическое давление по закону сообщающихся сосудов.
• Капиллярная — вода, которая перемещается по расщелинам и каналам под действием капиллярных сил. Она может быть: стыковой, подвешенной, поднятой. Поднятая вода расположена выше свободной и образует капиллярную зону, что приводит к засолению почв.
• Пленочная — обладает очень тонкой пленкой, которой обволакивает минеральные частицы. Вода перемещается в те места, где пленка тоньше.
• Гигроскопическая — покрывает частицы минералов более толстой пленкой, а перемещаться жидкость начинает, когда переходит в газообразную форму.
• Лед — твердое состояние воды при низких температурах. Представляет собой кристаллические частицы, из которых образуются большие скопления.
• Кристаллизационная — жидкость, молекулы которой входят в минералы, а при дегидратации удаляются или переходят в другое состояние.

Кроме того, в состав подземной атмосферы вода может входить в газообразном состоянии и диссоциированном виде, из которого состоит структура минералов.

Типы аквиферовПравить

Геологические материалы могут быть классифицированы как сцементированные породы или неуплотнённые (свободные) отложения. Сцементированные породы могут быть образованы песчаником, сланцеватой глиной, гранитом и базальтом. Неуплотнённые породы содержат зернистые материалы как-то: песок, галечник, ил и глину. Четырьмя главными типами аквифера являются:

• аллювий (песок, галечник и ил, отложенные реками),
• пласт осадочных пород (уплотнённые отложения),
• ледниковые отложения (неуплотнённые отложения, созданные ледниками),
• вулканические метаморфические породы.