Clasificările apelor subterane reflectă varietatea condițiilor pentru distribuția, apariția și formarea lor, precum și caracteristicile compoziției și proprietăților (V.I. Vernadsky, F.P. Savarensky, N.I. Tolstikhin, E.V. Pinneker etc.).
Cea mai completă este clasificarea elaborată de A.M. Ovchinnikov, care reflectă principalele tipuri și subtipuri de ape subterane și geometria mediilor de filtrare.
panza freatica. Stratul de sol conține umiditate, numită apă din sol. Acestea includ: apă higroscopică, slab legată, capilară (ridicată, suspendată, cap la cap). Aceste ape, deplasându-se sub influența forțelor moleculare, capilare și, mai rar, a gravitației, determină în mare măsură fertilitatea solurilor. Mici acumulări permanente de apă se formează numai în soluri de tip mlaștină; se caracterizează printr-un conținut ridicat de substanțe organice și microorganisme.
În știința solului, se disting următoarele tipuri de umiditate a solului: atmosferică, sol-atmosferică, sol-atmosferică cu nutriție suplimentară de suprafață și sol-atmosferică cu nutriție suplimentară de inundații.
În conformitate cu echilibrul de umiditate (raportul dintre intrarea și scurgerea acestuia (evaporare și ieșire)), există diferite tipuri de regim de apă din sol cu diferite valori ale coeficientului de umiditate Ky: permafrost (Ky ≥1); leşiere (K y > 1, taiga, pădure, silvostepă - sol sodio-podzolic, pădure, cernoziom); fără spălare (K< 1, сухие степи, полупустыни — каштановые почвы, сероземы).
În secțiunea de sol (2,0–2,5 m) se disting următoarele orizonturi: sol - strat de rădăcină; subsol, unde în unele zone „umeda” nu ajunge; marginea capilară. Activitatea geologică a apelor din sol este nesemnificativă, dar semnificația agronomică a acestor ape este enormă, deoarece umiditatea solului este necesară pentru cultivarea culturilor.
Apele subterane gravitaționale concentrate în principal în zona de saturație, unde formează acvifere și sisteme de acvifere (complexe, etaje, bazine) care diferă din punct de vedere al apariției și al nutriției.
În zona de aerare, apele gravitaționale libere pot forma acvifere existente temporar, numite ape cocoțate.
În zona de saturație, apele subterane și apa subterană sub presiune sau fără presiune sunt frecvente.
Relațiile și legăturile apei cocoțate, a apei subterane și a apei sub presiune pot fi foarte diverse, în funcție de factorii și condițiile geologico-structurale, geomorfologice, tectonice, litologice, climatice și alți factori. Schema generală a poziției lor relative în secțiune este prezentată în figura de mai jos.
Verhovodka- este un orizont care se formează din cauza unor mici acumulări în zona de aerare a apelor cu caracter temporar, sezonier, având legătură hidraulică cu apele solului și întinse pe straturi neasezonate impermeabile și slab permeabile în apropierea suprafeței pământului. Iarna îngheață, iar vara se usucă. Verhovodka complică întotdeauna condițiile inginerești și geologice ale construcției, deoarece este posibil să nu fie observată în timpul sondajelor. Uneori, regimul de apă cocoțată este caracterizat de o stabilitate relativă, iar apoi apele sale sunt utilizate pentru alimentarea cu apă locală (de exemplu, în regiunile Tula, Kaluga și Smolensk, se utilizează apele conținute în luturile de acoperire ale bazinelor hidrografice).
Schema raportului dintre apă cocoțată, apă subterană și apă sub presiune
1 - apă de vârf; 2 - ape subterane; 3 - apă sub presiune; HC este nivelul apei de sus; GWL - nivelul apei subterane; PUNV - nivelul piezometric al apei sub presiune; săgețile arată direcția de mișcare a apelor subterane
Apele cocoțate apar din cauza infiltrațiilor de la suprafața precipitațiilor atmosferice, a apelor de suprafață și de irigare și a acumulării lor pe lentile și straturile intermediare de roci slab permeabile, care joacă rolul de acviclude locale. Apele cocoțate sunt de obicei puțin adânci și sunt situate în secțiunea deasupra orizontului permanent al apei subterane. Apele lor sunt folosite în principal pentru evaporare, transpirație și reîncărcare a apelor subterane.
Caracteristicile apei cocoțate ca un fel de apă subterană:
- amplasarea în rocile zonei de aerare;
- caracter temporar, sezonalitate (de obicei în perioadele de precipitații intense și scurgeri de apă din diverse sisteme);
- distribuție limitată (natura locală este predeterminată de distribuția locală a acvicludelor);
- o dependență puternică a rezervelor, regimului și calității sale de condițiile climatice și de activitatea economică umană;
- contaminare ușoară și inadecvare pentru alimentarea permanentă cu apă.
Acumularea de apă cocoțată are loc primăvara când solul se dezgheță și stratul înghețat scade; toamna – dupa o perioada de ploi lungi. O condiție necesară pentru reținerea umidității în roci ar trebui să fie intercalarea rocilor permeabile și slab permeabile. De exemplu, orizonturile de sol îngropate ar trebui să se afle în grosimea loessului, lentilelor de morene argiloase erodate - printre depozitele nisipoase fluvioglaciare, lentilele și buzunarele de depozite lutoase - printre nisipurile aluviale etc.
De obicei, apa cocoțată se găsește în lut și depozite asemănătoare loessului de pe platourile bazinelor hidrografice. În zonele cu permafrost, permafrostul (apa stratului dezghețat sezonier) este foarte particular și răspândit. Apele bibanului nu au nicio legătură cu râurile. Nivelul său se caracterizează printr-o variabilitate extremă. În zonele orașelor mari, aceste ape sunt ușor poluate. Pentru constructii hidrotehnice si civile prezenta acesteia este nefavorabila.
După compoziția chimică a apelor din apele cocoțate, acestea nu sunt la fel: proaspete și ușor mineralizate cu un conținut ridicat de acid silicic, materie organică și fier în regiunile nordice și mineralizate de obicei în regiunile sudice (datorită evaporării). ). La forarea puțurilor în scopul alimentării cu apă, bibanul trebuie izolat cu grijă cu țevi de tub pentru a evita contaminarea acviferelor aflate dedesubt.
Panza freatica. Apele subterane includ apele subterane ale primului acvifer permanent de la suprafață, situate pe un acviclu relativ matur și având o suprafață liberă.
De sus, apele subterane nu sunt de obicei blocate de depozite rezistente la apă, prin urmare au o legătură strânsă cu atmosfera, iar presiunea pe suprafața lor este egală cu presiunea atmosferică, adică. suprafata apelor de lira, cand sunt deschise de fantani, se stabileste in ele la adancimea la care au fost intalnite. Adesea, prin urmare, apele subterane sunt numite non-presiune (spre deosebire de presiune, care are o presiune în exces peste acoperișul impermeabil care le acoperă).
Condițiile de apariție a apelor subterane pe primul acviclu de la suprafață predetermina caracteristicile de alimentare, distribuție, mișcare și debit. Zonele de alimentare și distribuție a apelor subterane coincid, adică. nutriția lor prin zona de aerare se realizează pe întreaga zonă de distribuție a acestora. Prin urmare, debitul apei subterane este o valoare variabilă (de regulă, crește pe parcursul mișcării lor). Principalele surse de nutriție a apelor subterane sunt precipitațiile atmosferice, apa de suprafață și de condensare. Apele subterane au o legătură hidraulică strânsă cu cursurile de apă de suprafață și rezervoarele și, în funcție de raportul nivelurilor acestora, fie sunt deversate în ele (drenate), asigurându-le hrana subterană, fie alimentate din apele de suprafață (în special în timpul apelor interioare și inundațiilor). Când nivelul apei se modifică în corpurile de apă de suprafață, nivelul în orizonturile apei subterane interconectate hidraulic se modifică.
Raporturi diferite între apele de suprafață și cele subterane
a - nu există nicio legătură între ape; b - râul alimentează apele subterane; c - apele subterane alimentează râul; d - un mal al râului alimentează apele subterane, iar celălalt se scurge. Săgețile arată direcția de mișcare a apei, linia punctată arată nivelul
Caracteristică este, de asemenea, dependența strânsă a regimului nivelurilor, calității și cantității apelor subterane de factorii climatici, procesele care au loc în zona de aerare și activitățile de inginerie umană (creșterea nivelurilor și rezervelor în perioadele ploioase și scăderea acestora în secetă, deteriorarea calității apei). în timpul infiltrării apelor uzate).
Apele subterane sunt evacuate sub formă de izvoare, izvoare de rezervoare, goluri în depresiuni locale și curenți de apă de suprafață și rezervoare. Când sunt depuse aproape de suprafață (0-4 m), ele pot fi evacuate prin evaporare prin zona marginilor capilare. În unele zone, este posibilă o interconectare hidraulică a apei subterane cu apa sub presiune subiacentă
ferestre litologice separate și zone de eroziune ale straturilor rezistente la apă care le separă. În acest caz, în funcție de raportul nivelurilor de orizonturi interconectate, va avea loc fie alimentarea, fie descărcarea apei subterane.
Apele subterane se deplasează din locuri cu un nivel mai înalt în locuri cu un nivel mai scăzut, de obicei din zone cu relief înalt și bazine hidrografice spre depresiunile locale, râpe, rigole și văi ale râurilor. Apele subterane sunt deversate în aceste depresiuni, de obicei sub formă de surse descendente. Suprafața apei subterane (oglindă), de regulă, într-o formă oarecum netezită corespunde terenului. În același timp, pantele hidraulice ale suprafeței apei subterane sunt de obicei mici și medii 0,05–0,001. În unele zone, nivelul apei subterane poate fi aproape orizontal, ceea ce indică o ușoară rată de filtrare a acestora sau absența completă a acesteia.
O reprezentare vizuală a condițiilor de distribuție și mișcare a apelor subterane oferă harta hidroizogypse, care arată poziția suprafeței apei subterane în izolinii care leagă punctele cu aceleași semne de nivel ale apei subterane. O astfel de hartă este construită în același mod ca o hartă a reliefului suprafeței pământului în orizontală, folosind rezultatele măsurătorilor unice ale nivelului apei subterane în toate puțurile, puțurile disponibile și în orizontalele lor naturale.
Dacă există o schimbare bruscă a nivelului apei subterane în diferite perioade, atunci hărțile hidroizogypse sunt întocmite pentru aceste perioade și date caracteristice (de exemplu, când nivelul apei subterane este maxim și minim). Pentru a obține date despre modificările la acest nivel, se efectuează observații speciale ale regimului acestora (așa-numitele observații de regim).
Harta hidroizogypse vă permite să determinați:
- direcția de mișcare a apelor subterane (de-a lungul normalelor la hidroizo-gips);
- pante hidraulice și rata de filtrare;
- adâncimea apariției apei subterane (în funcție de diferența dintre cotele orizontului suprafeței Pământului și hidroizogipsul suprafeței apei);
- natura relației dintre apele subterane și apa de suprafață (în funcție de natura conjugării hidroizogipsului cu corpurile de apă de suprafață și direcția de mișcare a apei subterane)
și rezolva alte probleme practice.
Adesea, pe baza unei hărți de hidroizogypse, se alcătuiesc harta adâncimii apelor subterane(în izolinii de adâncimi egale sau cu alocarea de zone cu o anumită adâncime a apei subterane).
Astfel de hărți sunt utilizate pe scară largă în forarea puțurilor pentru alimentare cu apă, irigare și drenaj.
Apele subterane sunt distribuite peste tot acolo unde conditiile de temperatura din partea superioara a litosferei permit acumularea si existenta lor in faza lichida. Studiul condițiilor de formare și distribuție a acestora a arătat că există anumite modele de distribuție zonală a tipurilor de apă subterană de diferite origini.
Apele subterane au o mare importanță economică națională: sunt utilizate pe scară largă în scopuri de alimentare cu apă potabilă și agricole și de irigare. Principalele tipuri de ape subterane utilizate pe scară largă sunt apele subterane ale văilor râurilor, depozitele glaciare, stepele, semi-deșerturile și deșerturile, evantaiele aluviale și câmpiile în pantă piemontană, zonele muntoase, coastele nisipoase ale mării.
În hidrogeologie, definiția apei subterane este adesea dată conform S.N. Nikitin, care se referă la această categorie doar la apele primului orizont de apă subterană susținută de la suprafața pământului, care se află pe acviclud.
Varietățile de ape subterane care se află în apropierea suprafeței pământului sub un acviclud nesezonat sunt numite ape interstrat, închise sau subterane (de exemplu, apele subterane ale ventilatoarelor aluviale de la poalele dealurilor sau depozite glaciare).
Caracteristicile apei subterane sunt după cum urmează:
- apariția în apropierea suprafeței pământului în depozite afânate de grosime variabilă, în principal de vârstă cuaternară, drenate de râuri sau expuse unei rețele de eroziune;
- dacă rezervorul este primul de la suprafață și nu este complet saturat cu apă, atunci apele sunt fără presiune, iar dacă rezervorul este blocat de straturi de permeabilitate diferită care nu sunt consistente ca grosime, atunci apele sunt de obicei sub presiune;
- zona de hrănire coincide cu zona de distribuție, iar hrănirea are loc din cauza infiltrării apei de precipitații și zăpadă; filtrare din râuri, lacuri și canale; condensarea vaporilor de apă și evaporarea în interiorul pământului; afluxul (hrana) din acviferele mai adânci;
- adâncimea nivelului, temperatura, salinitatea și deversarea apei subterane sunt supuse unor fluctuații sistematice zilnice, lunare, anuale și pe termen lung;
- scurgerea subterană a apelor subterane este de obicei direcționată de la bazine de apă către văile râurilor, unde sunt deversate în râuri;
- regimul apelor subterane (infiltrare și flux lateral, scurgere și evaporare, precum și condiții de echilibru, formare și scurgere)
de obicei strâns legat de clima, topografia și apele de suprafață moderne.
Ape interstratale fără presiune.
Aceste ape, ca și apele subterane, au o suprafață liberă, a cărei presiune este egală cu presiunea atmosferică, dar de obicei se află între două straturi impermeabile.Din acest motiv, apele interstratale sunt alimentate în arii restrânse (în zonele în care sedimentele purtătoare de apă ies la suprafață, în zonele de relație a acestora cu cursurile de apă de suprafață și apele sub presiune) și se află în condiții sanitare mai favorabile decât apele subterane neprotejate de suprafață.
În perioadele de precipitații intense și inundații, nivelurile apelor interstratale se pot ridica până la apariția unei presiuni excesive deasupra acoperișului impermeabil care le suprapune, apoi apele interstratale fără presiune pot deveni apă sub presiune.
Astfel, apele interstratale fără presiune sunt, parcă, un tip intermediar de apă subterană - din punct de vedere al naturii hidraulice, sunt curgătoare libere și asemănătoare apelor subterane, totuși, din punct de vedere al condițiilor de apariție, sunt apropiate de apele sub presiune.
ape și bazine arteziene. Lângă Paris, la marginea orașului Artois, în 1126, în mod neașteptat, la forarea puțurilor, s-au descoperit ape țâșnind, care au fost numite ape arteziene. La început, numai apele care țâșneau deasupra suprafeței pământului au fost numite ape arteziene - „tunuri de apă”, ulterior acest concept a început să unească toate apele sub presiune interstratale care apar în structurile tectonice, straturi concave sau înclinate, ridicându-se deasupra acoperișului rezervorului în sonda.
Pentru formarea apelor arteziene sunt necesare următoarele condiții:
- abundența precipitațiilor în domeniul alimentației, adică. limitarea sa la centura de umiditate excesivă;
- rocile din zona de hrănire ar trebui să iasă la suprafață deasupra puțurilor, adică. este necesară panta și curbura straturilor, care determină presiunea hidraulică, arteziană;
- posibilități optime de absorbție a apei, prezența solurilor bine permeabile, în zona de aerare - o cantitate mică și o grosime mică de orizonturi și straturi argiloase rezistente la apă;
- prezența în zona distribuției sau presiunii unui acoperiș de lut condimentat;
- porozitate mare, fracturare și permeabilitate a rocilor purtătoare de apă.
Apă subterană și interstratală fără presiune
1 - ape subterane; 2 - ape interstratale fără presiune; 3 - deversarea apelor subterane sub formă de surse; W - nutriție prin infiltrație; GWL - nivelul apei subterane; UMNV - nivelul apelor interstratale fără presiune
O caracteristică distinctivă a apelor arteziene este prezența presiunii în exces deasupra suprafeței acoperișului unei formațiuni purtătoare de apă. Când apele sub presiune sunt deschise de lucrările miniere, nivelul acestora crește sub acțiunea presiunii excesive și este stabilit deasupra acoperișului rezistent la apă, corespunzător poziției suprafeței piezometrice a acviferului sub presiune.
Schema bazinului artezian
A- zona alimentara; b- zona de presiune; v- zona de descarcare; G- zona de posibilă autodescărcare a apei sub presiune; 1,2 — nivelul piezometric al apelor sub presiune din primul orizont; 3 - sursa ascendenta; 4 - zona de posibilă interconectare hidraulică a orizonturilor de presiune („fereastră” hidrogeologică); 5 - acvifere sub presiune
Mărimea presiunii este determinată, de obicei, de poziția nivelului piezometric al acviferului față de planul de comparație orizontal O - O. Apele sub presiune sunt de obicei situate sub orizonturile apei subterane și sunt caracterizate de condiții specifice de apariție, distribuție, nutriție și deversare. Prezența unui acoperiș rezistent la apă care acoperă acviferul face dificilă alimentarea și evacuarea apelor sub presiune și relația acestora cu apele de suprafață și atmosfera.
Alimentarea cu acvifere sub presiune este posibilă numai în zona în care formațiunea permeabilă ajunge la suprafață, unde se creează condiții pentru pătrunderea în formațiune prin infiltrarea precipitațiilor atmosferice și a apei de suprafață. După cum sa menționat deja, această zonă, care este mai mică decât zona de distribuție a apelor sub presiune, se numește zona alimentara. De obicei este situată la cele mai înalte cote, adesea la o distanță considerabilă de zonele de distribuție și deversare a apelor sub presiune.
În domeniul nutriției, apele subterane au o suprafață liberă și o strânsă relație hidraulică cu apa de suprafață. Zona în care apele subterane au o presiune în exces peste acoperișul impermeabil care le acoperă se numește zona de presiune (sau zona de distribuție a apei sub presiune). În această zonă, apele subterane, de regulă, nu primesc nutriție pe parcursul mișcării sale (deoarece sunt izolate în secțiune prin acviclude) și debitul său nu se modifică. În unele zone, autodescărcarea apelor sub presiune este posibilă atunci când acestea sunt deschise de puțuri unde marcajele de nivel piezometrice le depășesc pe cele ale suprafeței terestre.
Descărcarea apei sub presiune are loc în zona de evacuare a acestora la suprafață (în zone mai mici față de zona de alimentare), precum și în zone naturale (râuri, râpe, grinzi etc.) și deschiderea artificială (fântâni, fântâni, mine, cariere etc.) a apelor sub presiune.
În condiții naturale, apele sub presiune, de descărcare, formează izvoare ascendente, izvoare, grifoni etc., hrănesc râurile și alte corpuri de apă de suprafață. Apele sub presiune se deplasează în direcția de la zonele de alimentare către zonele de evacuare. Intensitatea mișcării lor scade pe măsură ce adâncimea crește și distanța față de zonele de hrănire crește.
Poziția suprafeței piezometrice a apei sub presiune este caracterizată prin harta piezoizogipsului(hidroizopieza), care este compilată în mod similar unei hărți de hidroizohipsă a apei subterane și este un sistem de izolinii care leagă puncte cu aceleași semne de nivel piezometric. Hărțile piezoizogypsum conțin, de asemenea, izolinii de semne ale suprafeței acoperișului și talpii orizontului de presiune luat în considerare, ceea ce facilitează rezolvarea multor probleme practice. De exemplu, conform hărții piezoizogipsului, sunt determinate direcțiile de mișcare a apelor sub presiune, pante hidraulice, presiuni, zone de posibilă auto-ieșire a apei. Dacă se cunoaște capacitatea orizontului de presiune și proprietățile sale de filtrare, atunci se pot determina rata de filtrare a apei subterane și debitul.
Apele sub presiune izolate din atmosferă (există o legătură doar în domeniul alimentării și evacuarii) se caracterizează printr-o dependență mai mică a regimului lor de factorii climatici, constanta relativă a nivelurilor de temperatură și compoziție chimică, poluare mai mică și calitate sanitară mai bună a apei. Prin urmare, ele pot fi utilizate pentru diverse tipuri de alimentare cu apă (casnică și potabilă, industrială și tehnică, medicinală și potabilă, termică etc.) și irigații. La exploatarea apelor de înaltă presiune care se află în rezervoare sub presiune semnificativă, rezervele elastice ale acestora, eliberate din acvifere cu ușurare parțială a presiunii din cauza decompresiei rocilor și apei comprimate anterior, au o importanță practică deosebită. În ciuda compresibilității ușoare a apei și rocilor, rezervele elastice de apă sub presiune sunt destul de mari, deoarece sistemele de apă sub presiune care le conțin ocupă spații semnificative.
În condiții naturale reale, schema de distribuție, alimentare și evacuare a apelor sub presiune depinde de caracteristicile geologico-structurale, tectonice, litologice, climatice și de altă natură ale unei anumite zone. În special, apele sub presiune pot fi alimentate și evacuate în zonele în care interconectarea lor hidraulică cu acviferele sub presiune și fără presiune învecinate este posibilă prin „ferestre hidrogeologice litologice”, perturbări tectonice și zone cu eroziune de depozite rezistente la apă care le separă.
Deversarea lor intensivă este posibilă și în zonele în care apele sub presiune sunt deschise de cariere, gropi, mine, instalații de captare a apei și în condiții naturale - prin canale și sedimente de fund ale râurilor, lacurilor, mării (deversare ascunsă). Formațiunile cu apă sub presiune se pot conecta între ele sau pot dispărea, ceea ce oferă condiții unice pentru acumularea și distribuirea apei sub presiune.
Apele sub presiune sunt adesea numite arteziene, iar structurile geologice care le conțin (jgheaburi, sinclinale, monoclinale, depresiuni etc.) bazine arteziene.
În limitele unui bazin artezian, pot exista unul sau mai multe acvifere sau complexe sub presiune, interconectate sau izolate între ele prin depozite rezistente la apă. Poziția suprafețelor piezometrice care alcătuiesc bazinul acviferelor confisate depinde de altitudinea amplasării zonelor de alimentare și deversare a acestora, precum și de gradul de interconexiune hidraulică a acviferelor închise.
Suprafața piezometrică a acviferelor adânci este determinată în mare măsură de presiunea geostatică a sedimentelor de deasupra. Presiuni semnificativ mai mari în părțile centrale ale bazinelor decât în cele marginale pot determina deplasarea apelor subterane din părțile centrale spre cele marginale, adică. către zonele periferice de nutriţie ale bazinelor arteziene.
Bazinele de apă sub presiune deosebite se găsesc la poalele dealurilor și în regiunile muntoase, unde există o apariție monoclinală și ieșire din depozitele purtătoare de apă, contribuind la formarea așa-numitelor versanţii artezieni.
Schema versantului artezian
a - zona de nutritie; 6 - zona de presiune; c - zona de descărcare; 7 - nivelul apei subterane libere în zona de alimentare; 2 - nivelul piezometric al apei subterane în zona de presiune; 3 - sursele de tip descendent și ascendent în zona de descărcare
Apele subterane formate în zona de reîncărcare a versantului artezian sunt deversate sub formă de izvoare ascendente și descendente în imediata vecinătate a zonei de reîncărcare. Caracterul de presiune al apelor versantului artezian este în zona de suprapunere a acestora cu depozite rezistente la apă. Hipsometric, zona de presiune este la semne absolute mai mici decât zona de descărcare. În bazinele arteziene cu mișcare intensivă a apelor subterane, de regulă, sunt frecvente apele proaspete de infiltrare cu salinitate scăzută. (zona de schimb intensiv de apa). Grosimea zonei de schimb intensiv de apă în condiții favorabile poate fi de 1000 m sau mai mult.
În bazinele arteziene mari cu zone mici de reîncărcare, apele dulci sunt limitate la acvifere și complexe de mică adâncime. În orizonturile mai adânci, neacoperite de schimb intensiv de apă, sunt răspândite apele subterane mineralizate și foarte mineralizate de diverse compoziții (hidrocarbonat-sulfat, sulfat, sulfat-clor). Această zonă este de obicei numită zonă de schimb dificil de apă.
În bazinele arteziene cu condiții nefavorabile de schimb de apă (diferență nesemnificativă a poziției de altitudine a zonelor de alimentare și deversare, apariția adâncă și distribuția regională largă a apelor sub presiune, natura închisă a structurilor purtătoare de apă etc.) sub această zonă este zonă de schimb de apă foarte dificil, în cadrul căruia se păstrează în acvifere ape antice sedimentare (ape de origine marina). Astfel, bazinele arteziene se caracterizează printr-o anumită zonare hidrodinamică și hidrochimică. Prezența și grosimea fiecărei zone și poziția relativă a acestora depind de condițiile specifice bazinului și de totalitatea factorilor care determină formarea, acumularea, mișcarea și consumul apelor subterane.
Apele sub presiune ale bazinelor arteziene au o mare importanță practică nu doar ca sursă de alimentare cu apă. În funcție de compoziția lor chimică și gazoasă, de prezența în ele a microcomponentelor biologic active și industriale, de temperatura lor și de alți indicatori, apele subterane sub presiune sunt utilizate pe scară largă în stațiuni și sanatorie (ape minerale), pentru extracția industrială de săruri și microcomponente valoroase. (ape industriale), în scopuri de termoficare, termoenergetică și economie cu efect de seră (ape termale). Exemple de bazine arteziene mari de tip platformă sunt Siberia de Vest, Moscova, Baltica, Nipru-Donețk etc.
Apa de pori — acestea sunt ape care saturează roci poroase (pietricele, nisipuri, gresii slab cimentate, lut nisipos, lut etc.). Cantitatea de apă care poate fi extrasă din astfel de roci pe unitatea de timp, adică debitul lor depinde de compoziția granulometrică, structura și tipul de porozitate a rocii, care determină viteza de intrare a apei în puț sau puț. Cu cât sunt mai mulți pori în roci, cu atât apa este pompată mai repede din ele, deoarece mișcarea sa este mai liberă. Viteza zilnică a curgerii subterane atinge de obicei 0,1–0,3 m/zi în loess și roci lutoase, 0,5–1,0 m/zi în lut nisipos și nisipuri cu granulație fină și de la 1 la 5 la 10 m/zi.
Sursele de apă subterane, în cea mai mare parte, sunt considerate resurse de apă strategice.
Acviferele, care se deplasează sub influența propriei gravitații, formează orizonturi fără presiune și presiune. Condițiile de apariție a acestora sunt diferite, ceea ce face posibilă clasificarea lor în tipuri: sol, sol, interstrat, artezian, mineral.
Diferențele de apă subterană
Ele umplu porii, fisurile și toate golurile dintre particulele de rocă. Ele sunt considerate ca o acumulare temporară de ape prin picurare în stratul de suprafață și nu sunt asociate cu acviferul inferior.
Ele formează primul orizont rezistent la apă de la suprafață. Acest strat suferă unele fluctuații în diferite anotimpuri, adică o creștere a nivelului în perioada primăvară-toamnă și o scădere a sezonului cald.
Spre deosebire de sol, acestea au un nivel mai constant în timp și se află între două straturi rezistente.
Umplând întregul orizont interstratal, sursa este considerată a fi presiune și, în mod semnificativ, curată, în raport cu apa subterană.
Sunt considerate presiune, închise în straturi de rocă. Când sunt deschise, ele țâșnesc adesea, ridicându-se deasupra nivelului suprafeței pământului. Ele apar la o adâncime de 100-1000 de metri.
Sunt ape care conțin săruri dizolvate și oligoelemente, adesea de natură medicinală.
Rezerve de apă subterană
Rezervele de apă din sol depind în mod direct de completarea lor cu ploaie și scurgeri de topire. Perioadele de schimbare a nivelului lor cad primăvara - vară și vara - toamna. În primul caz, umiditatea solului se evaporă cu 2-4 mm/zi, în celălalt caz cu 0,5-2,0 mm/zi. Echilibrul acestora se modifică semnificativ în funcție de condițiile meteorologice, în urma cărora resursele de apă cresc sau scad. Dar, dacă nu există impacturi atmosferice grave, rezervele lor în coloana de sol rămân neschimbate. Calculul rezervelor se realizează empiric.
Rezervele de apă subterană sunt reînnoite ca urmare a infiltrării straturilor superioare de umiditate a solului, în special în timpul sezonului ploios. Curgând peste orizonturi saturate, ei găsesc ieșiri la suprafață sub formă de izvoare, completând și formând pâraie, iazuri, lacuri și alte surse de sol. Se formează prin infiltrarea apelor râului, lacului, datorită precipitațiilor atmosferice. Ele sunt, de asemenea, completate de surse care se ridică din orizonturi adânci. Rezerve mari sunt concentrate în bazele văilor râurilor și zonelor de la poalele dealurilor, crăpături în calcare pietrificate de mică adâncime.
Apropo, există informații care prevăd o reducere bruscă a rezervelor de apă dulce de 2 ori în următorii 25 de ani. Dacă luăm în considerare faptul că rezervele lor totale sunt de 60 de milioane de km³, iar 80 de țări ale planetei se confruntă deja cu un deficit de umiditate, atunci previziunile proaste se pot îndeplini.
Spre marea supărare a pământenilor, rezervele de apă nu sunt reînnoite.
Originea apei subterane
Apele subterane, conform condițiilor de apariție, sunt formate din precipitații atmosferice și condensat de umiditate a aerului. Ele sunt numite sol sau „atârnate” și, nefiind subiacente orizonturi impermeabile, joacă un rol important în alimentația plantațiilor. Sub această zonă apar straturi de roci uscate care conțin așa-numita apă de film. În perioada de infiltrații abundente de ploi, topirea zăpezii, acumulări de ape gravitaționale se formează deasupra straturilor uscate.
Apele subterane, fiind primele de pe suprafața pământului, sunt alimentate și de precipitațiile atmosferice și sursele de sol. Adâncimea apariției lor depinde de modelele geologice.
Sursele interstratale se află sub pământ și sunt situate între straturi rezistente la apă. Orizonturile cu o oglindă deschisă se numesc non-presiune. O lentilă de apă cu o suprafață închisă este considerată o lentilă de presiune și este mai frecvent denumită lentilă arteziană.
Astfel, originea apelor subterane depinde în mare măsură de proprietățile fizice ale rocilor. Poate fi porozitate și ciclu de funcționare. Acești indicatori sunt cei care caracterizează capacitatea de umiditate și permeabilitatea apei a rocilor.
Deci, două zone - zona de aerare și saturație determină apariția surselor subterane. Zona de aerare reprezintă intervalul de la planul pământului până la planul apei subterane, numit sol. Zona de saturație include un filon de sol până la orizontul interstrat.
(până la o adâncime de 12-16 km) în stare lichidă, solidă și vapori. Cele mai multe dintre ele se formează din cauza infiltrațiilor de la suprafața ploii, a apelor de topire și a râului. Apele subterane se deplasează în mod constant atât pe verticală, cât și pe orizontală. Adâncimea, direcția și intensitatea mișcării lor depind de permeabilitatea apei a rocilor. Rocile permeabile includ pietricele, nisipuri, pietriș. Pentru a impermeabiliza (impermeabil), practic impermeabil la apă - argile, dens, fără crăpături, soluri înghețate. Stratul de rocă care conține apă se numește acvifer.
În funcție de condițiile de apariție, apele subterane sunt împărțite în trei tipuri: situate în cel mai sus, stratul de sol; culcat pe primul strat permanent rezistent la apă de la suprafață; interstrat, situat între două straturi rezistente la apă. Apele subterane sunt alimentate de sedimente infiltrate, ape, lacuri,. Nivelul apei subterane fluctuează în funcție de anotimpurile anului și este diferit în diferite zone. Deci, în ea coincide practic cu suprafața, este situat la o adâncime de 60-100 m. Sunt distribuite aproape peste tot, nu au presiune, se mișcă încet (în nisipuri cu granulație grosieră, de exemplu, cu o viteză de 1,5- 2,0 m pe zi). Compoziția chimică a apelor subterane variază și depinde de solubilitatea rocilor adiacente. După compoziția chimică, se disting apele subterane proaspete (până la 1 g săruri la 1 litru de apă) și mineralizate (până la 50 g săruri la 1 litru de apă). Ieșirile naturale ale apelor subterane către suprafața pământului se numesc surse (izvoare, izvoare). De obicei se formează în locuri joase unde acviferele traversează suprafața pământului. Izvoarele sunt reci (cu o temperatură nu mai mare de 20 ° C, calde (de la 20 la 37 ° C) și calde, sau termice (peste 37 ° C). Izvoarele termale care scapă periodic sunt numite gheizere. Sunt situate în zonele recente sau moderne. (,).Apele izvoarelor conțin o varietate de elemente chimice și pot fi carbonice, alcaline, clorhidrice etc. Multe dintre ele au valoare medicinală.
Apele subterane reînnoiesc fântâni, râuri, lacuri,; dizolvă diferite substanțe în roci și transferă-le; provoca alunecari de teren. Ele asigură plantelor umiditate și populației cu apă potabilă. Izvoarele oferă cea mai pură apă. Vaporii de apă și apa fierbinte din gheizere sunt folosiți pentru încălzirea clădirilor, serelor și centralelor electrice.
Rezervele de apă subterană sunt foarte mari - 1,7%, dar se reînnoiesc extrem de lent, iar acest lucru trebuie luat în considerare atunci când le cheltuiesc. La fel de importantă este protecția apelor subterane împotriva poluării.
Toate apele care se află în grosimea rocilor în stare solidă, lichidă sau gazoasă se numesc subterane.
Pe continente formează o cochilie continuă, care nu se întrerupe nici măcar în zonele de stepă uscată și deșerturi. La fel ca apele de suprafață, ele sunt în mișcare constantă și participă la ciclul general al apei în natură. Construcția și funcționarea majorității structurilor de suprafață și a tuturor structurilor subterane sunt asociate cu necesitatea de a lua în considerare mișcarea apelor subterane, compoziția și starea acestora. Proprietățile fizice și mecanice și starea multor roci depind de apele subterane. Adesea inundă gropi de construcție, șanțuri, șanțuri și tuneluri și, atunci când ies la suprafață, contribuie la mlaștinarea teritoriului. Apele subterane pot fi un mediu agresiv în raport cu rocile. Ele sunt cauza principală a multor procese fizice și geologice care au loc în condiții naturale, în timpul construcției și exploatării structurilor inginerești.
Distinge:
bând apă- apa, din punct de vedere al calitatii sale in stare naturala sau dupa prelucrare, indeplineste cerintele normative si este destinata nevoilor potabile si gospodaresti ale unei persoane, sau pentru producerea de produse alimentare. Acest tip de apă include și apa minerală naturală de masă, care include apele subterane cu o mineralizare totală de cel mult 1 g/dm 3 care nu necesită tratarea apei sau nu își modifică compoziția naturală după tratarea apei.
Apele subterane tehnice - ape de compoziție chimică variată (de la proaspătă la saramură) destinate utilizării în scopuri de producție, tehnice și tehnologice, ale căror cerințe de calitate sunt stabilite de standarde de stat sau industriale, specificații tehnice sau consumatori.
Apa subterană este, de asemenea, împărțită în:
Apele subterane se formează în principal ca urmare a infiltrării (infiltrației) a precipitațiilor și a apei de suprafață în scoarța terestră. Apa trece prin roci permeabile către un strat impermeabil și se acumulează pe acesta, formând un bazin subteran sau un pârâu. Această apă subterană se numește infiltrare. Cantitatea de apă de infiltrare depinde de condițiile climatice ale zonei, de relief, de vegetație, de compoziția rocilor din stratul superior, de structura și textura acestora, precum și de structura tectonică a zonei. Apele subterane de infiltrare sunt cele mai frecvente.
Apa subterană se poate forma și prin condensarea apei vaporoase care circulă constant în porii rocilor. Condensare apa subterană se formează numai vara și parțial primăvara și toamna, iar iarna nu se formează deloc. A.F. Lebedev a explicat formarea unor rezerve semnificative de apă subterană în zonele deșerților și semi-deșerților, unde cantitatea de precipitații este neglijabilă, prin condensarea vaporilor de apă. Nu numai vaporii de apă atmosferici se pot condensa, ci și vaporii de apă eliberați din camerele de magmă și din alte zone cu temperatură ridicată ale scoarței terestre. O astfel de apă subterană se numește juvenilă .Juvenile apele subterane sunt de obicei foarte mineralizate. În cursul dezvoltării geologice, bazinele de apă îngropate pot fi păstrate în grosimea scoarței terestre. Apa continuta in straturile sedimentare ale acestor bazine se numeste relicvă.
Generarea apelor subterane este un proces complex care începe cu acumularea de sedimente și este strâns legat de istoria geologică a zonei. Foarte des, apele subterane de diverse origini se amestecă între ele, formându-se amestecat asupra originii apei.
Partea superioară a scoarței terestre din punct de vedere al distribuției apelor subterane este de obicei împărțită în două zone: zona de aerare și zona de saturație. În zona de aerare, nu toți porii rocilor sunt întotdeauna umpluți cu apă. Toate apele din zona de aerare sunt alimentate de precipitații atmosferice, se evaporă intens și sunt absorbite de plante. Cantitatea de apă din această zonă este determinată de condițiile climatice. În zona de saturație, indiferent de condițiile climatice, toți porii rocilor sunt întotdeauna umpluți cu apă. Deasupra zonei de saturație există o subzonă de umezire capilară. În această subzonă, porii subțiri sunt umpluți cu apă, în timp ce porii mari sunt umpluți cu aer.
În zona de aerare se formează apa din sol și apa cocoțată. apa din sol se află direct la suprafața pământului. Aceasta este singura apă care nu are un acviclu sub ea și este reprezentată în principal de apă legată și capilară. Apa din sol este într-o relație complexă cu animalele și plantele. Se caracterizează prin fluctuații bruște ale temperaturii, prezența microorganismelor și a humusului. Constructorii întâlnesc apă din sol doar în zonele umede.
Verhovodka format în zona de aerare pe lentile impermeabile. Verhovodka se mai numește și orice acumulare temporară de apă în zona de aerare. Precipitațiile atmosferice care pătrund în această zonă pot persista temporar pe straturi slab permeabile sau compactate. Cel mai adesea acest lucru se întâmplă primăvara, în perioada de topire a zăpezii sau în perioada ploilor abundente. În perioadele secetoase, bibanul poate dispărea. Trăsăturile caracteristice ale apei cocoțate sunt inconstanța existenței, distribuția limitată, puterea scăzută și lipsa de presiune. Verhovodka creează adesea dificultăți pentru constructori, deoarece prezența sau posibilitatea formării sale nu este întotdeauna stabilită în timpul studiilor geologice de inginerie. Apa cocoțată rezultată poate provoca inundarea structurilor inginerești, mlaștinarea teritoriilor.
Sol numită apă, situată pe primul strat permanent rezistent la apă de la suprafața pământului. Apa subterană este întotdeauna prezentă. Au o suprafață de apă liberă numită oglindă de apă subterană, si pat impermeabil. Proiecția pânzei freatice pe un plan vertical se numește nivelul apei subterane (U G V). Se numește distanța de la acviclud până la nivelul apei subterane grosimea acviferului. Nivelul apei subterane, și, în consecință, grosimea acviferului, nu este constant și se poate modifica pe parcursul anului în funcție de condițiile climatice. Apele subterane sunt alimentate în principal din apele atmosferice și de suprafață, dar pot fi și mixte, prin infiltrare-condensare. Se numește aria suprafeței terestre din care apa de suprafață și atmosferică curge într-un acvifer zona alimentara panza freatica. Zona de reîncărcare a apelor subterane coincide întotdeauna cu zona de distribuție a acestora. Apele subterane, datorită prezenței unei suprafețe libere de apă, curg liber, adică nivelul apei din fântână este setat la același nivel la care a fost întâlnită apa.
În funcție de condițiile de apariție a apei subterane, se disting debitele de apă subterană și bazinele. Fluxurile de pământ au o oglindă înclinată și sunt în mișcare continuă spre panta acvicludului. Piscinele de la pământ au o oglindă orizontală și sunt mult mai puțin comune.
Apele subterane, fiind în continuă mișcare, au o relație strânsă cu cursurile de apă de suprafață și rezervoarele. În zonele în care precipitațiile depășesc evaporarea, apele subterane hrănesc de obicei râurile. În regiunile aride, de foarte multe ori apa din râuri intră în apele subterane, completând pâraiele subterane. De asemenea, poate exista un tip mixt de conexiune, atunci când apele subterane alimentează râul de pe un mal, iar apa din râu intră în fluxul subteran de pe celălalt. Natura relației poate varia în funcție de condiții climatice și de alte condiții.
Atunci când proiectați și construiți structuri de inginerie, este necesar să luați în considerare regimul apelor subterane, adică schimbarea în timp a indicatorilor, cum ar fi fluctuațiile nivelului apei subterane, temperatură și compoziția chimică. Nivelul și temperatura apelor subterane sunt supuse celor mai mari modificări. Motivele acestor schimbări sunt foarte diverse și adesea legate direct de activitățile de construcție ale omului. Factorii climatici provoacă modificări sezoniere și pe termen lung ale nivelurilor apelor subterane. Inundațiile de pe râuri, precum și lacuri de acumulare, iazuri, sisteme de irigații, canale, structuri de drenaj duc la modificarea regimului apelor subterane.
Poziția pânzei freatice pe hărți este reprezentată folosind hidroizohipse și hidroizobați. Hidroizohipsele- linii de legătură puncte cu aceleași niveluri absolute ale apei subterane. Aceste linii sunt similare cu liniile de contur ale reliefului și, la fel ca acestea, reflectă relieful pânzei freatice. Harta hidroizohipelor este utilizată pentru a determina direcția de mișcare a apei subterane și pentru a determina valoarea gradientului hidraulic. Direcția de mișcare a apei subterane este întotdeauna perpendiculară pe hidroizohipsele de la altitudini mai mari spre cele mai joase. Se numesc direcțiile în care apele subterane se mișcă în timpul unei mișcări constante care nu se schimbă în timp linii curente. Dacă liniile de curgere sunt paralele între ele, atunci un astfel de flux se numește plat. Fluxul poate fi, de asemenea, convergent și divergent. Cu cât distanța dintre hidroizohipse este mai mică, cu atât gradientul hidraulic al curgerii solului este mai mare. Hidroizobații- linii care unesc puncte cu aceeași adâncime a apei subterane.
Interstratal Apele subterane se referă la acvifere care se află între două acviclude. Ele pot fi fără presiune și presiune. Apele interstratale neconfinate sunt rare. Prin natura mișcării, ele sunt similare cu apa subterană. Se numesc ape sub presiune interstratale arteziană. Apariția apelor arteziene este foarte diversă, dar cea mai frecventă este sinclinală. Apa arteziană umple întotdeauna întregul acvifer de la fund până la acoperiș și nu are o suprafață de apă liberă. Se numește zona de distribuție a unuia sau mai multor niveluri de acvifere arteziene bazin artezian. Suprafețele bazinelor arteziene sunt uriașe și sunt măsurate în zeci, sute și uneori mii de kilometri pătrați. În fiecare bazin artezian, există zone de nutriție, distribuție și evacuare. Zona de hrănire a bazinelor arteziene este de obicei situată la distanțe mai mari de centrul bazinului și la cote mai mari. Nu coincide niciodată cu zona de distribuție a acestora, care se numește uneori zona de presiune. Apele arteziene suferă presiune hidrostatică din cauza diferenței de cote a zonei de alimentare și a zonei de evacuare, conform legii vaselor comunicante. Nivelul la care se stabilește apa arteziană în fântână se numește piezometric. Poziția sa este determinată linie piezometrică, sau o linie de presiune, o linie dreaptă condiționată care leagă zona de alimentare cu zona de descărcare. Dacă linia piezometrică trece deasupra suprafeței pământului, atunci când acviferul este deschis de puțuri, va avea loc curgere, iar presiunea se numește pozitivă. Când nivelul piezometric este situat sub suprafața pământului, atunci presiunea se numește negativă și apa nu se revarsă din fântână. Apele arteziene tind să fie mai mineralizate și mai puțin conectate la cursurile de suprafață și corpurile de apă decât apele subterane.
Ape fracturate numită apă subterană limitată la roci magmatice, metamorfice și sedimentare fracturate. Natura mișcării lor este determinată de dimensiunea și forma fisurilor. Apele cu fisuri pot fi fără presiune și presiune. Sunt instabile și pot schimba natura mișcării. Eroziunea și dizolvarea rocilor duc la extinderea fisurilor, iar cristalizarea sărurilor și acumularea de sedimente - la îngustarea acestora. Debitul apei fisurate poate atinge 500 m 3 /h. Apele cu fisuri creează dificultăți semnificative în construcția structurilor subterane.
Apele subterane în oraș
În orașe, cererea de apă este mare, dar resursele de apă subterană sunt limitate. În multe privințe, procesul de refacere a resurselor de apă depinde de starea mediului urban însuși, de ecologia acestuia. Acest factor important este responsabil nu numai de volumul resurselor de apă subterană, ci și de nivelul de poluare a acestora.
În ultimii ani, studiul apelor subterane urbane a fost inclus în secțiunea de hidrogeologie.
Problemele care decurg din interacțiunea apelor subterane cu mediul urban includ poluarea apelor subterane prin conducte de canalizare, scăderea nivelului apei subterane prin sisteme de pompare și amenințarea ca apa subterană să inunde spațiile subterane ale mediului urban (de exemplu, metroul).
Acum problema conservării și protejării apelor subterane de poluare este deosebit de acută. La urma urmei, de ele depinde în mare măsură stabilitatea dezvoltării majorității orașelor, ceea ce aduce problema la nivel de scară globală.
Pe baza sarcinilor stabilite și pe baza ultimelor realizări în domeniul hidrogeologiei, oamenii de știință dezvoltă noi scheme de monitorizare și monitorizare a nivelului de poluare a apelor subterane și a activității acestora în spațiul subteran al mediului urban.
Și totuși, indiferent cât de importantă are legătura sa cu apele subterane în dezvoltarea spațiului urban, este destul de evident că în acest tip de interacțiune mediului urban i se atribuie mai degrabă lotul unui limitator extern decât unui participant egal.
Multe orașe folosesc apa subterană ca apă potabilă. Toată lumea știe că apa este o resursă regenerabilă, dar în același timp este puternic influențată de factori externi. Este foarte important să se monitorizeze nivelul apei subterane și gradul de contaminare. Acest echilibru delicat este extrem de important pentru dezvoltarea durabilă a spațiului urban. Atitudinea neglijentă față de resursele de apă duce la consecințe foarte deplorabile. De exemplu, în Mexico City, scăderea constantă a pânzei freatice a dus la tasări, iar apoi la probleme de mediu.
Indicatori de apă subterană în Federația RusăPotențialul de resurse al apelor subterane din Rusia este de 869,1 milioane m 3 /zi și este distribuit inegal pe teritoriu, ceea ce este determinat de varietatea condițiilor geologice și hidrogeologice și a caracteristicilor climatice.
Pe teritoriul european al Rusiei, valoarea acesteia este de 346,4 milioane m 3 /zi și variază de la 74,1 milioane m 3 /zi în Centru până la 117,7 milioane m 3 /zi în Districtul Federal de Nord-Vest; pe teritoriul asiatic al Rusiei - 522,7 milioane m 3 / zi și variază de la 159,2 milioane m 3 / zi în Orientul Îndepărtat până la 250,9 milioane m 3 / zi în Districtul Federal Siberian.
Rolul actual al apelor subterane în alimentarea cu apă menajeră și potabilă a populației Federației Ruse este caracterizat de următorii indicatori. Ponderea apelor subterane în echilibrul alimentării cu apă potabilă (din surse de apă de suprafață și subterane) este de 45%.
Peste 60% dintre orașe și așezările de tip urban își satisfac nevoile de apă potabilă folosind apele subterane, iar aproximativ 20% dintre ele au surse mixte de alimentare cu apă.
În zonele rurale, apele subterane din alimentarea cu apă menajeră și potabilă reprezintă 80–85% din consumul total de apă.
Cea mai dificilă problemă este furnizarea de apă potabilă populației marilor orașe. Aproximativ 35% dintre orașele mari nu au practic surse subterane de alimentare centralizată cu apă, iar pentru 37 de orașe nu există deloc rezerve de apă subterană explorate.
Gradul de utilizare a apei subterane în alimentarea cu apă potabilă domestică a populației este determinat atât de modelele de distribuție a resurselor de apă subterană pe teritoriul Rusiei, cât și de politica urmată de mulți ani de a asigura populației cu apă potabilă prin prioritate. utilizarea apelor de suprafață.
În prezent, există un nivel scăzut de utilizare a zăcămintelor subterane explorate și a rezervelor acestora. Nivelul mediu de utilizare al rezervelor totale explorate este de 18-20%, iar în cadrul câmpurilor exploatate cu rezerve explorate - 30-32%.
În ultimii 5 ani, creșterea rezervelor operaționale estimate a fost de 6,8 milioane m 3 /zi.
28,2 milioane m 3 /zi de apă au fost prelevați din surse subterane pentru a satisface nevoile de potabilă ale populației și de alimentare cu apă pentru instalațiile industriale. Valoarea totală a extracției și extragerii apei subterane a fost de 33,1 milioane m 3 /zi, 5,9 milioane m 3 /zi au fost evacuate fără utilizare (17,8% din totalul extracției și extracția apelor subterane).
27,2 milioane m 3 /zi au fost utilizați pentru nevoile gospodărești, inclusiv: 20,6 milioane m 3 /zi pentru alimentarea menajeră și cu apă potabilă (76%); alimentare cu apă industrială și tehnică - 6,0 milioane m 3 / zi (22%); irigarea terenurilor și udarea pășunilor - 0,5 milioane m 3 / zi (2%).
Ca urmare a extragerii și producerii apei subterane în unele zone, s-au format pâlnii depresionare regionale mari, ale căror zone ating dimensiuni semnificative (până la 50 mii km 2), iar scăderea nivelului în centru este de până la 65. –130 m (orașele Bryansk, Petersburg).
În orașul Bryansk, o pâlnie depresionară regională formată în complexul acvifer Devonianul superior are o rază de peste 150 km și o cădere de nivel de peste 80 m. Pâlnii depresionare extinse s-au format în apropierea orașelor Kursk și Zheleznogorsk și la Mikhailovsky. cariera de minereu de fier. Pâlnia depresionară „Kursk” din acviferul Batkellovian are o rază de 90–115 km, scăderea nivelului în centru este de 64,5 m.
În regiunea Moscovei, exploatarea intensivă a apelor subterane a acviferului Carboniferului inferior timp de 100 de ani a dus la formarea unei pâlnii adânci, a cărei suprafață depășește 20 mii km 2, iar scăderea maximă a nivelului este de 110. m. formarea unei pâlnii depresionare regionale cu o suprafață totală de până la 20 mii km 2 cu o scădere a nivelului la 35 m.
Pe teritoriul Rusiei, conform monitorizării de stat a stării subsolului a Ministerului Resurselor Naturale al Rusiei, au fost identificate 4002 locuri de poluare, dintre care mai mult de 80% sunt situate în acvifere subterane, care de obicei nu sunt. surse de alimentare cu apă potabilă a populaţiei.
Potrivit estimărilor experților, ponderea apei subterane contaminate din Federația Rusă nu depășește 5-6% din utilizarea acesteia pentru alimentarea cu apă potabilă a populației.
Cel mai mare număr de situri de poluare a apelor subterane se află pe teritoriul următoarelor districte federale: Privolzhsky (30%), Siberia (23%); Centru (16%) și Sud (15%). Din numărul total de locuri de poluare a apelor subterane:
§ 40% din poluare este asociata intreprinderilor industriale;
§ 20% - cu productie agricola;
§ cu 9% - cu locuințe și servicii comunale,
§ 4% poluare apare ca urmare a tragerii de ape naturale substandard în cazul încălcării modului de funcționare a captărilor de apă;
§ 10% poluarea apelor subterane este „mixtă” și este cauzată de activitățile instalațiilor industriale, municipale și agricole;
§ Pentru 17% din parcele nu a fost identificată sursa de poluare a apelor subterane.
Cea mai tensionată situație de mediu s-a dezvoltat în zonele de poluare a apelor subterane cu substanțe din clasa de pericol I. Aceste situri au fost identificate în zonele marilor întreprinderi industriale individuale din următoarele orașe și orașe: Amursk (mercur), Achinsk (fosfor), Baikalsk (mercur), Georgievsk (mercur), Essentuki (mercur), Ekaterinburg (fosfor), Iskitim (beriliu), Novokuznetsk (fosfor), Kazan (beriliu, mercur), Kislovodsk (fosfor), Mineralnye Vody (mercur), Lermontov (mercur), Komsomolsk-on-Amur (beriliu), Magnitogorsk (plumb tetraetil), Novosibirsk beriliu, mercur), Sayansk (mercur), Svobodny (mercur), Usolie-Sibirskoe (mercur), Khabarovsk (beriliu, mercur), Cherepovets (beriliu), etc.
Cel mai mare pericol pentru mediu îl reprezintă poluarea apelor subterane, identificată în puțurile individuale de la prizele de apă pentru alimentarea cu apă potabilă.
Tema: Principalele soiuri de apă subterană. Condiții de formare. Activitatea geologică a apelor subterane
2. Principalele tipuri de ape subterane.
1. Clasificarea apelor subterane.
Apele subterane sunt foarte diverse în ceea ce privește compoziția chimică, temperatură, origine, scop etc. În funcție de conținutul total de săruri dizolvate, acestea sunt împărțite în patru grupe: proaspete, salmastre, sărate și saramură. Apa proaspata contine mai putin de 1 g/l saruri dizolvate; ape salmastre - de la 1 la 10 g/l; sărat - de la 10 la 50 g / l; saramură - mai mult de 50 g/l.
În funcție de compoziția chimică a sărurilor dizolvate, apele subterane sunt împărțite în bicarbonat, sulfat, clorură și compoziție complexă. (hidrocarbonat de sulfat, hidrocarbonat de clor etc.).
Apele cu valoare medicinală se numesc minerale. Apele minerale ies la suprafață sub formă de izvoare sau sunt aduse la suprafață artificial cu ajutorul forajelor. În funcție de compoziția chimică, conținutul de gaz și temperatură, apele minerale se împart în carbonice, hidrogen sulfurat, radioactive și termice.
Apele carbonice sunt răspândite în Caucaz, Pamir, Transbaikalia și Kamchatka. Conținutul de dioxid de carbon din apele carbonice variază de la 500 la 3500 mg/l și mai mult. Gazul este prezent în apă sub formă dizolvată.
Apele cu hidrogen sulfurat sunt, de asemenea, destul de răspândite și sunt asociate în principal cu roci sedimentare. Conținutul total de hidrogen sulfurat în apă este de obicei scăzut, cu toate acestea, efectul terapeutic al apelor cu hidrogen sulfurat este atât de semnificativ încât conținutul de H2 de peste 10 mg/l le conferă deja proprietăți medicinale. În unele cazuri, conținutul de hidrogen sulfurat ajunge la 140-150 mg / l (de exemplu, binecunoscutele izvoare din Matsesta din Caucaz).
Apele radioactive sunt împărțite în radon, care conține radon, și radiu, care conține săruri de radiu. Efectul terapeutic al apelor radioactive este foarte mare.
După temperatură, apele termale se împart în reci (sub 20°C), calde (20-30°C), calde (37-42°C) și foarte calde (peste 42°C). Sunt frecvente în zonele vulcanismului tânăr (în Caucaz, Kamchatka și Asia Centrală).
2. Principalele tipuri de apă subterană
În funcție de condițiile de apariție, se disting următoarele tipuri de apă subterană:
sol;
· apa de varf;
sol;
interstrat;
· carstic;
Fisuri.
panza freatica situat la suprafata si umple golurile din sol. Umiditatea conținută în stratul de sol se numește apă din sol. Se mișcă sub influența forțelor moleculare, capilare și gravitaționale.
În zona de aerare se disting 3 straturi de apă din sol:
1. orizont de sol de umiditate variabilă - strat de rădăcină. Face schimb de umiditate între atmosferă, sol și plante.
2. orizont de subsol, de multe ori „umedarea” nu ajunge aici și rămâne „uscat”.
orizont de umiditate capilară - margine capilară.
Verhovodka - acumularea temporară a apei subterane în stratul apropiat de suprafață al acviferelor din zona de aerare, situată pe un acviclu lenticular, înclinat.
Verhovodka - apă subterană fără presiune, care apare cel mai aproape de suprafața pământului și nu are o distribuție continuă. Ele se formează ca urmare a infiltrării apelor atmosferice și de suprafață, reținute de straturi și lentile înțepate impermeabile sau ușor permeabile, precum și ca urmare a condensării vaporilor de apă în roci. Se caracterizează prin sezonalitatea existenței: în perioadele secetoase, ele dispar adesea, iar în perioadele de ploaie și de topire intensă a zăpezii, reapar. Ele sunt supuse unor fluctuații puternice în funcție de condițiile hidrometeorologice (cantitatea de precipitații, umiditatea aerului, temperatură etc.). Apele cocoțate includ și apele care apar temporar în formațiunile de mlaștină din cauza hrănirii în exces a mlaștinilor. Adesea, apa cocoțată apare ca urmare a scurgerilor de apă din sistemul de alimentare cu apă, canalizare, piscine și alte dispozitive purtătoare de apă, ceea ce poate duce la mlaștinarea zonei, inundarea fundațiilor și a subsolurilor. În zona de distribuție a rocilor de permafrost, apele de permafrost sunt denumite ape supra-permafrost. Apele Verhovodka sunt de obicei proaspete, ușor mineralizate, dar sunt adesea poluate cu substanțe organice și conțin cantități mari de fier și acid silicic. Verhovodka, de regulă, nu poate servi ca o sursă bună de alimentare cu apă. Cu toate acestea, dacă este necesar, se iau măsuri pentru conservarea artificială: amenajarea iazurilor; devieri de la râuri care furnizează putere constantă puțurilor operate; plantarea vegetației care întârzie topirea zăpezii; crearea de jumperi impermeabile etc. În regiunile deșertice, prin aranjarea șanțurilor în zone argiloase - takyrs, apa atmosferică este deviată către zona adiacentă de nisipuri, unde se creează o lentilă de apă cocoțată, care este o anumită aprovizionare cu apă dulce.
panza freatica se află sub forma unui acvifer permanent pe primul strat de la suprafață, mai mult sau mai puțin susținut, strat impermeabil. Apele subterane au o suprafață liberă, care se numește oglindă sau nivel al apei subterane.
Apele interstratale închis între straturi (straturi) rezistente la apă. Apele interstratale sub presiune se numesc presiune sau arteziene. La deschiderea fântânilor, apele arteziene se ridică deasupra acoperișului acviferului și, dacă marcajul nivelului de presiune (suprafața piezometrică) depășește marcajul suprafeței Pământului în acest punct, atunci apa se va revărsa (țâșnește). Planul condiționat care determină poziția nivelului de presiune în acvifer (vezi fig. 2) se numește nivel piezometric. Înălțimea creșterii apei deasupra acoperișului rezistent la apă se numește presiune.
ape arteziene se află în sedimente permeabile închise între cele impermeabile, umple complet golurile din rezervor și sunt sub presiune. O hidrocarbură care s-a depus într-o fântână se numește piezometric, care se exprimă în termeni absoluti. Apele sub presiune cu curgere autonomă au o distribuție locală și sunt mai bine cunoscute de grădinari ca „chei”. Structurile geologice în care sunt limitate acviferele arteziene se numesc bazine arteziene.
Orez. 1. Tipuri de apă subterană: 1 - sol; 2 - apa de deasupra; 3 - pământ; 4 ~ interstratal; 5 - orizont impermeabil; 6 - orizont permeabil
Orez. 2. Schema structurii bazinului artezian:
1 - roci impermeabile; 2 - roci permeabile cu apă sub presiune; 4 - direcția curgerii apei subterane; 5 - bine.
Apele carstice zace în goluri carstice formate ca urmare a dizolvării și levigarii rocilor.
ape fisurate umple fisurile din roci și poate fi atât sub presiune, cât și fără presiune.
3. Condiții de formare a apelor subterane
Apa subterană este primul acvifer permanent de pe suprafața pământului.. Aproximativ 80% din așezările rurale folosesc apele subterane pentru alimentarea cu apă. GW a fost folosit mult timp pentru irigare.
Dacă apele sunt proaspete, atunci la o adâncime de 1-3 m servesc ca sursă de umiditate a solului. La o înălțime de 1-1,2 m, pot provoca aglomerarea cu apă. Dacă apa subterană este foarte mineralizată, atunci la o înălțime de 2,5 - 3,0 m poate provoca salinizarea secundară a solului. În cele din urmă, apele subterane pot îngreuna excavarea gropilor de construcție, incendierea zonelor construite, afectarea agresivă a părților subterane ale structurilor etc.
Se formează apa subterană căi diferite. Unele dintre ele sunt formate ca urmare a infiltrarii precipitatiilor atmosferice si a apei de suprafata prin porii si fisurile rocilor. Asemenea ape se numesc infiltrare(cuvântul „infiltrare” înseamnă infiltrare).
Cu toate acestea, existența apelor subterane nu poate fi explicată întotdeauna prin infiltrarea precipitațiilor. De exemplu, în zonele cu deșerturi și semi-deșerturi, precipitații cad foarte puține și se evaporă rapid. Cu toate acestea, chiar și în zonele deșertice, apele subterane sunt prezente la o anumită adâncime. Formarea unor astfel de ape poate fi doar explicată condensarea vaporilor de apă în sol. Elasticitatea vaporilor de apă în sezonul cald în atmosferă este mai mare decât în sol și roci, astfel încât vaporii de apă curg continuu din atmosferă în sol și formează acolo apa subterană. În deșerturi, semi-deserturi și stepe uscate, apa de origine condensată pe vreme caldă este singura sursă de umiditate pentru vegetație.
Se pot forma ape subterane datorită îngropării apelor din vechile bazine marine împreună cu sedimentele acumulate în acestea. Apele acestor mări și lacuri antice s-ar fi putut păstra în sedimente îngropate și apoi s-au infiltrat în rocile din jur sau la suprafața Pământului. Astfel de ape subterane se numesc ape sedimentare .
O parte din originea apei subterane poate fi asociată cu răcirea magmei topite. Eliberarea vaporilor de apă din magmă este confirmată de formarea de nori și averse în timpul erupțiilor vulcanice. Se numește apele subterane de origine magmatică juvenile (din latinescul „juvenalis” – fecioară). Potrivit oceanologului X. Wright, vastele întinderi de apă care există în prezent „au crescut picătură cu picătură de-a lungul vieții planetei noastre din cauza infiltrațiilor de apă din intestinele Pământului”.
Condițiile de apariție, distribuție și formare a HS depind de climă, relief, structura geologică, influența râurilor, acoperirea solului și a vegetației și factorii economici.
A) Relația GW cu clima.
Precipitațiile și evaporarea joacă un rol important în formarea apelor montane.
Pentru a analiza modificarea acestui raport, este recomandabil să folosiți harta alimentării cu umiditate a plantelor. Au fost identificate trei zone (regiuni) în legătură cu precipitații până la evaporare:
1. umiditate suficientă
2. insuficientă
3. Umiditate ușoară
În prima zonă sunt concentrate principalele zone de terenuri îmbibate care necesită drenaj (în unele perioade este nevoie de umiditate aici). Zonele cu umiditate insuficientă și nesemnificativă au nevoie de umiditate artificială.
În cele trei zone de alimentare cu apă caldă prin precipitații și căldura lor în zona de aerare, acestea sunt diferite.
În zona de umiditate suficientă, alimentarea cu infiltrare a apelor subterane la o adâncime mai mare de 0,5 - 0,7 m prevalează asupra alimentării lor termice în zona de aerare. Această regularitate se observă în perioadele de nevegetare și vegetație, cu excepția anilor puternic secetoși.
În zona de umiditate insuficientă, raportul dintre infiltrarea precipitațiilor și evaporarea HW la apariția lor superficială este diferit în zonele de silvostepă și stepă.
În silvostepele, în roci lutoase, în anii umezi predomină infiltrarea în zona de aerare asupra AA termică, în anii secetoși raportul este inversat. În zona de stepă, în rocile lutoase în perioada de non-vegetare predomină nutriția de infiltrație asupra AA termică, iar în perioada de vegetație este mai mică. În general, de-a lungul anului, nutriția prin infiltrație începe să prevaleze asupra apelor subterane termice.
În zona de umiditate nesemnificativă - în semi-deșerturi și deșerturi - infiltrarea în roci lutoase cu un GWL puțin adânc este incomensurabil de mică în comparație cu debitul în zona de aerare. În rocile nisipoase, infiltrația începe să crească.
Astfel, furnizarea de HW din cauza precipitațiilor scade, iar descărcarea în zona de aerare crește odată cu trecerea de la zona de suficientă la zona de umiditate nesemnificativă.
b) Legătura apelor subterane cu râurile.
Formele de legătură dintre apele subterane și râuri sunt determinate de relief și de condițiile geomorfologice.
Văile râurilor adânc incizate servesc drept receptori de apă subterană, drenând terenurile adiacente. Dimpotrivă, cu o mică incizie caracteristică cursurilor inferioare ale râurilor, râurile alimentează apele subterane.
În diagramă sunt prezentate diferite cazuri ale raportului dintre apele de suprafață și apele subterane.
Schema principală de proiectare pentru interacțiunea apelor subterane și a apei de suprafață în condiții de variabilitate a scurgerii de suprafață.
 |
a - apă scăzută; b - faza ascendentă a viiturii; c - faza descendentă a viiturii.
v) Racordarea apelor subterane cu presiunea.
Dacă nu există un strat absolut impermeabil între apa subterană și orizontul de presiune subiacent, atunci sunt posibile următoarele forme de conexiune hidraulică între ele:
1) GWL este mai mare decât nivelul apei sub presiune, drept urmare GW poate curge în apa sub presiune.
2) Nivelurile sunt aproape aceleași. Odată cu o scădere a GWL, de exemplu, prin drenuri, GW va fi alimentat cu cele sub presiune.
3) GWL depășește periodic nivelul apei sub presiune (în timpul irigațiilor, precipitațiilor), în restul timpului GW este alimentat de precipitații.
4) GWL este constant sub UNV, astfel încât acestea din urmă alimentează apele subterane.
Apele subterane pot fi alimentate din apele arteziene și prin așa-numitele ferestre hidrogeologice – zone în care este perturbată continuitatea stratului rezistent la apă.
Este posibilă alimentarea cu hidrocarburi cu presiune prin falii tectonice.
Zonele hidrodinamice ale GW, determinate de relief și structura geologică, sunt strâns legate de condițiile geostructurale ale teritoriului. Zonele cu drenaj înalt sunt caracteristice zonelor muntoase și de la poalele dealurilor. Zonele cu drenaj scăzut sunt caracteristice jgheaburilor și depresiunilor câmpiilor de platformă.
Zonarea hrănirii HW se manifestă cel mai clar în zona cu drenaj scăzut din regiunile aride. Constă într-o creștere consistentă a mineralizării HW cu distanța de la sursa de alimentare a râului, canalului etc. Prin urmare, în regiunile aride, puțurile pentru alimentarea cu apă sunt de obicei amplasate de-a lungul canalelor, râurilor.
4. Condiții de formare și apariție a apelor arteziene.
Apele arteziene se formează cu o anumită structură geologică - alternarea straturilor permeabile cu cele impermeabile. Ele se limitează în principal la formațiunile sinclinale sau monoclinale.
Zona de dezvoltare a unuia sau mai multor straturi arteziene se numește bazin artezian. AB poate ocupa de la câteva zeci până la sute de mii de km 2 .
Surse de alimentare cu apă sub presiune - precipitații, infiltrații de apă ale râurilor, rezervoarelor, canalelor de irigare etc. Apa sub presiune în anumite condiții este completată cu apă subterană.
Consumul lor este posibil prin descărcarea lor în văile râurilor, ieșind la suprafață sub formă de izvoare, strecurându-se încet prin straturile care conțin stratul de presiune, cu revărsare în apele subterane. Selectarea AW pentru alimentarea cu apă și irigare constituie, de asemenea, elementele de cheltuieli ale acestora.
În bazinele arteziene, există zone de nutriție, presiune și descărcare.
Zona de hrănire - zona în care formațiunea arteziană iese la suprafața pământului, unde este alimentată. Este situat la cele mai înalte cote ale bazinului artezian în zone muntoase și bazine hidrografice etc.
Zona de presiune este principala zonă de distribuție a bazinului artezian. În limitele sale, apele subterane au presiune.
Zona de descărcare - zona de evacuare a apei sub presiune la suprafață - debit deschis (sub formă de izvoare ascendente sau zonă de descărcare ascunsă, de exemplu în albiile râurilor etc.)
Fântânile care deschid AB țâșnesc, acesta este un exemplu de descărcare artificială a apelor sub presiune.
În formațiunile care conțin gips, anhidride, săruri, apele arteziene au mineralizare sporită.
Tipuri și zonare a apelor arteziene
Bazinele arteziene sunt de obicei caracterizate de geostructura rocilor purtătoare de apă și rezistente la apă.
Pe această bază, se disting două tipuri de bazine arteziene (conform lui N.I. Tolstikhin):
1. bazine de platformă artezienă, caracterizate de obicei printr-o zonă de dezvoltare foarte mare și prezența mai multor acvifere sub presiune (acestea sunt Moscova, Baltica, Nipru-Donețk etc.)
2. bazine arteziene ale zonelor pliate limitate la roci sedimentare, magmatice și metamorfice intens deformate. Diferă în zona mai mică de dezvoltare. Exemple sunt bazinele Fergana, Chui și alte bazine.
5. Activitatea geologică a apelor subterane.
Apele subterane desfășoară lucrări distructive și creative. Activitatea distructivă a apelor subterane se manifestă în principal prin dizolvarea rocilor solubile în apă, care este facilitată de conținutul de săruri și gaze dizolvate în apă. Dintre procesele geologice provocate de activitatea PW, trebuie menționate în primul rând fenomenele carstice.
carstică.
Carstul este procesul de dizolvare a rocilor care se deplaseaza in ele sub pamant si se infiltreaza in apa de suprafata. Ca urmare a carstului, în stânci se formează peșteri și goluri de diferite forme și dimensiuni. Lungimea lor poate ajunge la mulți kilometri.
Dintre sistemele carstice, Mammoth Cave (SUA) este cea mai lungă, cu o lungime totală a pasajelor de aproximativ 200 km.
Rocile purtătoare de sare, gipsul, anhidridele și rocile carbonatice sunt supuse carstului. În consecință, se distinge carstul: sare, gips, carbonat. Dezvoltarea carstului începe cu extinderea (sub influența leșierii) a fisurilor. Carstul provoacă forme de relief specifice. Caracteristica sa principală este prezența pâlniilor carstice cu un diametru de la câteva până la sute de metri și o adâncime de până la 20 - 30 m. Carstul se dezvoltă cu atât mai intens, cu cât precipitațiile cad mai multe și cu atât viteza fluxurilor subterane este mai mare.
Zonele supuse carstului se caracterizează prin absorbția rapidă a precipitațiilor.
În cadrul masivelor de roci carstice se disting zone de mișcare descendentă a apei și deplasare orizontală către văile râurilor, marea etc.
În peșterile carstice se observă formațiuni de sinter cu o compoziție predominantă de carbonat - stalactite (crescând în jos) și stalagmite (crescând de jos). Carstul slăbește rocile, le reduce cantitatea ca bază pentru structurile hidraulice. Scurgeri semnificative de apă din rezervoare și canale sunt posibile de-a lungul golurilor carstice. Și, în același timp, apele subterane conținute în rocile carstice pot fi o sursă valoroasă pentru alimentarea cu apă și irigații.
Activitatea distructivă a apelor subterane include sufuziunea (săpatul) - aceasta este îndepărtarea mecanică a particulelor mici din rocile libere, ceea ce duce la formarea de goluri. Astfel de procese pot fi observate în loess și roci asemănătoare loessului. Pe lângă sufuzia mecanică, se distinge chimică, un exemplu din care este carstul.
Munca creativă a apelor subterane se manifestă prin depunerea diverșilor compuși care cimentează fisurile din roci.
Întrebări de control:
1 Dați clasificarea apelor subterane.
2. În ce condiții se formează apele subterane?
3. În ce condiții se formează apele subterane arteziene?
4. Care este activitatea geologică a apelor subterane?
5. Numiți principalele tipuri de apă subterană.
6. Cum afectează apa cocoțată construcția?