Виды подземных вод

Запасы подземных вод

Подземные воды являются частью гидросферы планеты (2 % от объема) и участвуют в общем круговороте воды в природе. Запасы подземных вод еще до конца не разведаны. Сейчас в официальных данных фигурирует цифра в 60 млн кубических километров, но гидрогеологи уверены в том, что в недрах Земли находятся колоссальные неразведанные месторождения подземных вод и общее количество воды в них может исчисляться сотнями миллионами кубометров.

Подземные воды встречаются в буровых скважинах на глубине до нескольких километров. В зависимости от условий, в которых залегают подземные воды (таких как температура, давление, виды горных пород и т.п.), они могут быть в твердом, жидком и газообразном состоянии. По данным В.И. Вернадского, подземные воды могут существовать до глубины 60 км в связи с тем, что молекулы воды даже при температуре 2000о С диссоциированы всего на 2%.

При оценке подземных вод, кроме понятия «запасы подземных вод» используется термин «ресурсы подземных вод», характеризующий питание водоносного горизонта.

1. Естественные запасы – объем гравитационной воды, заключенной в порах и трещинах водовмещающих пород. Естественные ресурсы – количество подземных вод, поступающих в водоносный горизонт в естественных условиях путем инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек, перетекания из выше- и нижерасположенных водоносных горизонтов.

2. Искусственные запасы — это объем подземных вод в пласте, сформировавшийся в результате орошения, фильтрации из водохранилищ, искусственного пополнения подземных вод. Искусственные ресурсы – это расход воды, поступающей в водоносный горизонт при фильтрации из каналов и водохранилищ, на орошаемых площадях.

3. Привлекаемые ресурсы – это расход воды, поступающей в водоносный пласт при усилении питания подземных вод, вызванном эксплуатацией водозаборных сооружений.

4. Понятия эксплуатационные запасы и эксплуатационные ресурсы являются, в сущности, синонимами. Под ними понимается то количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления.

ЮНЕСКО опубликовала карту мира запасов пресных подземных вод.

www.whymap.org – полная версия карты запасов подземных вод.

  • Синие области на карте – территории, богатые грунтовыми водами,
  • Коричневые – зоны, где ощущается нехватка подземных пресных вод.

Виды подземных вод

Как видно по карте, Россия относится к числу стран со значительными запасами подземных вод. Недостатка в подземных водах также не испытывают Бразилия и страны Центральной и Южной Африки, где проливные тропические ливни способствуют круглогодичному пополнению запасов подземных вод. Но не везде на земном шаре запасы подземных вод являются возобновимыми.

Во всем мире запасы подземных вод активно используются, но в некоторых странах подземные воды являются практически единственным источником водопотребления.

  • В Евросоюзе уже 70% всей воды, используемой водопотребителями, берётся из подземных водоносных слоёв.
  • В засушливых странах вода практически полностью берётся из подземных источников (Марокко – 75%, Тунис – 95%, Саудовская Аравия и Мальта – 100%)

Запасы почвенной воды напрямую зависят от пополнения их дождевыми и талыми стоками. Периоды изменения их уровня приходятся на весенний — летний и летний — осенний. В первом случае, почвенная влага испаряется на 2-4 мм/сутки, в другом случае на 0,5-2,0 мм/сутки. Их баланс существенно меняется исходя из погодных условий, в результате чего водные ресурсы увеличиваются или уменьшаются. Но, если нет серьезных атмосферных воздействий, запасы их в почвенной толще остаются неизменными. Подсчет же запасов осуществляется эмпирически.

Запасы грунтовой воды пополняются в результате просачивания верхних слоев почвенной влаги, особенно, в сезон выпадения осадков. Перетекая по насыщенным горизонтам, они находят выходы на поверхность в виде родников, пополняя и образуя ручейки, пруды, озера, и прочие наземные источники. Образуются путем инфильтрации речных, озерных вод, за счет атмосферных осадков.

Кстати, есть информация, которая предрекает резкое сокращение запасов пресной воды в 2 раза, ближайшие 25 лет. Если учесть, что общие их запасы составляют 60 млн. км³, а 80 стран планеты уже испытывают дефицит влаги, то плохие предсказания, могут и сбыться. 

К великому огорчению землян, запасы воды не возобновляются. 

Различия подземной воды

Почвенные воды заполняют собой поры, трещины и все промежутки между частицами породы. Считаются временным скоплением капельных вод в поверхностной толще и не связаны с нижним водоносным горизонтом.

Грунтовые воды — образуют первый от поверхности водоупорный горизонт. Этот слой испытывает некоторые колебания, в различные сезоны, то есть, повышения уровня в весенне-осенний период и понижения в жаркое время года.

Виды подземных вод

Межпластовые воды в отличие от грунтовых имеют более постоянный уровень по времени и залегают между двух упорных пластов.

Заполняя весь межпластовый горизонт, источник считается напорным и, значительно, чистым, относительно грунтовых вод.

Артезианские источники воды считаются напорными, заключенными в пластах горных пород. При вскрытии часто фонтанируют, поднимаясь выше уровня земной поверхности. Залегают на глубине 100-1000 метров.

Минеральные источники воды представляют собой воды с содержанием растворенных солей и микроэлементов, часто, лечебного характера.

Подземные воды — химический состав подземных вод.

Химический состав подземных вод неодинаков и зависит от растворяемости прилегающих пород. Подземные воды представляют собой природные растворы, содержащие свыше 60 химических элементов, а также микроорганизмы. Сумма растворенных в воде веществ, исключая газы, определяет её минерализацию (выражаемую в г/л или мг/л).

  • пресные (до 1 г солей на 1 л воды),
  • слабоминерализованные (до 35 г солей на 1 л воды),
  • минерализованные (до 50 г солей на 1 л воды).

При этом верхние горизонты подземных вод обычно пресные или слабоминерализованые, а нижние горизонты могут быть сильноминерализованными.

Подземные воды, которые благодаря сво­им физико-химическим свойствам оказывают благотворное физиологическое воздействие на организм людей и используются для лечебных целей, называются минеральными. Химический состав минеральных вод весьма разнообразный: бы­вает углекислая вода (Кисловодск и другие ку­рорты района Кавказских Минеральных вод, Боржоми, Карлови-Вари и др.), азотная (Цхал-тубо), сероводородная (Мацеста), железистая, радоновая и др.

Подробнее о минеральных водах читайте в отдельной статье: Минеральные воды.

  • пресные (до 1 г/л),
  • соло­новатые (1 —10 г/л),
  • соленые (10—50 г/л),
  • рассолы (более 50 г/л) — в ряде классификаций принято значение 36 г/л, соответствующее средней солёности вод Мирового океана.

В бассейнах Восточно-Европейской платформы мощность зоны пресных подземных вод варьирует от 25 до 350 м, солёных вод — от 50 до 600 м, рассолов — от 400 до 3000 м.

Колодец

Приведенная классификация указывает на значительные изменения в минерализации воды – от десятков миллиграммов до сотен граммов на 1 литр воды. Максимальная величина минерализации, достигающая 500 – 600 г/л, встречена в последнее время в Иркутском бассейне.

Более подробно о химическом составе подземных вод, химических свойствах подземных вод, классификации по химическому составу, факторах, влияющих на химический состав подземных вод, и других аспектах читайте в отдельной статье: Химический состав подземных вод.

Подземные воды — происхождение и образование подземных вод.

В зависимости от происхождения подземные воды бывают:

  • 1) инфильтрационные,
  • 2) конденсационные,
  • 3) седиментогенные,
  • 4) «ювенильные» (или магмогенные),
  • 5) искусственные,
  • 6) метаморфогенные.

Более подробно о каждом из видов происхождения подземных вод читайте в отдельной статье: Происхождение подземных вод. Образование подземных вод.

Происхождение инфильтрационных подземных вод связано с просачиванием (инфильтрацией) в грунт атмосферных осадков и воды из рек, озер, болот и т.п. Просочившаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается, насыщая пористые и пористо-трещинноватые породы. Так образуются водоносные слои или горизонты подземных вод.

Происхождение подземных вод способом инфильтрации является одним из основных источников пополнения запасов подземных вод.

Количество просачивающейся воды зависит от многих факторов:

  • количества осадков – причем долгий моросящий дождь больше способствует образованию подземных вод, нежели обильный, но недолговременный ливень.
  • рельефа местности – по крутым склонам выпавшая в виде осадков вода быстро стекает в ближайший водоем, на равнинах же и во впадинах вода задерживается и постепенно просачивается в грунт.
  • наличия растительного покрова – лес или обильная растительность задерживают поверхностный сток воды, препятствуют испарению и способствуют просачиванию в грунт влаги и тем самым происхождению подземных вод.

Виды подземных вод

Происхождение подземных вод по конденсационной теории объясняет наличие подземных вод в районах Земли, где атмосферных осадков выпадает очень мало. Люди давным-давно заметили, что в пустынях повсеместно на определенной глубине встречается слой влажного грунта или скопления подземной воды.

За объяснение этого феномена взялись ученые.

Конденсационная теория происхождения подземных вод О.Фольгера.

В 1877 г. немецкий гидролог О. Фольгер выступил с конденсационной теорией происхождения подземных вод. По его представлениям, теплый воздух, содержащий водяные пары, проникая в более холодные горные породы, отдает им часть влаги путем конденсации. Автор считал свою теорию универсальной и отрицал возможность накопления подземных вод в результате инфильтрации атмосферных осадков – «ни одна капля воды не происходит за счет капель дождевой воды».

Выдвинутая Фольгером теория не была подтверждена экспериментальными данными и совершенно не вязалась с представлениями о скорости воздухообмена между атмосферой и верхними необводненными слоями литосферы, что вызвало резкие возражения против нее.

Конденсационная теория происхождения подземных вод А.Ф.Лебедева.

Конденсационная теория происхождения подземных вод была возрождена на совершенно новой основе русским исследователем агрономом А.Ф. Лебедевым, который выполнил блестящие эксперименты, связанные с вопросом о влажности пород и перемещения влаги в различных состояниях.

A.Ф. Лебедев установил, что между атмосферой и литосферой существует известное равновесие в водном режиме. Вода в виде пара находится в свободной атмосфере, а также в воздухе, который заполняет пустоты и поры в почве и горных породах. Водяной пар может перемещаться в пространстве от места к месту вследствие различной упругости.

Перемещение пара происходит в направлении от мест, где он обладает большей упругостью, к местам с меньшей упругостью. В тёплое время года упругость водяного пара в воздухе больше, чем в почвенном слое и нижележащих горных породах. Поэтому водяные пары атмосферы непрерывно поступают в почву и опускаются до слоя постоянных температур, расположенного на разных глубинах – от одного до нескольких десятков метров от поверхности земли.

Попадая в области низких температур, свойственных почве и горным породам, водяной пар начинает конденсироваться (сгущаться) и переходить в жидкое состояние, подобно тому, как образуется роса при резкой смене температур дня и ночи. Так может накопиться некоторое количество воды в породах, что имеет большое значение для засушливых и пустынных районов. Наряду с конденсацией водяных паров А.Ф. Лебедев всегда отводил большую роль и процессам инфильтрации в происхождении подземной воды.

Происхождением подземной воды конденсационным путем можно объяснить то явление, что во многих случаях, несмотря на отсутствие дождей в течение длительного периода, посевы не гибнут. В это время почва с поверхности сильно иссушается, но растения получают влагу, накопившуюся конденсационным путем в более глубоких горизонтах, что и способствует сохранению их.

Такая конденсационная вода имеет большое значение в пустынях, полупустынях и сухих степях. В знойные периоды года она является единственным источником влаги для растительности. Таким же способом возникли основные запасы подземной воды в горных районах Западной Сибири.

Происхождение подземной воды путем конденсации происходит и в других климатических зонах – умеренных и влажных, но в смысле пополнения запасов подземных вод она имеет подчиненное значение в сравнении с инфильтрацией осадков.

Оба способа образования подземных вод – путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных паров атмосферы в породах – главные пути происхождения подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды иногда называются вандозными водами (от лат. «vadare» – идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.

Виды подземных вод

Седиментогенные воды представляют собой высокоминерализованные (соленые) воды в глубоких слоях осадочных пород. Седиментогенные воды нередко называют «погребенными», или реликтовыми (лат. «реликтуc» — остаточный).

Происхождение данного вида подземных вод связано с накоплением осадочных пород на дне морей и океанов, захоронивших морскую воду, которой были пропитаны илистые донные отложения. Со временем эти воды под влиянием высоких температур и давления претерпевают значительные изменения. Благоприятные условия для формирования седиментогенных подземных вод создаются на большой глубине (несколько километров) при захоронении их мощными водонепроницаемыми или слабо проницаемыми слоями.

— сингенетические подземные воды – образование этих вод произошло одновременно с морским осадконакоплением.

— эпигенетические подземные воды (греч. «эпи»-на, после) – происхождение подземных вод связано с проникновением вод морских бассейнов в ранее сформированные породы, также в последующем захороненные новыми отложениями.

— перемещенные подземные воды – седиментогенные воды, под влиянием давления и температуры выжатые из иловых морских осадков наверх в водопроницаемые и другие слои.

В ходе геологического развития под влиянием различных факторов седиментогенные воды претерпевают значительные изменения. Иногда происходит смешение их с водами других генетических типов, или даже полное вытеснение их инфильтрационными водами.

В районах земного шара, где наблюдается вулканическая активность (или наблюдалась в недавнем прошлом) обнаружены подземные воды, обладающие повышенной температурой и имеющие необычный химический состав, отличающийся значительной концентрацией солей и летучих компонентов.

Происхождение подобных подземных вод объяснил в 1902 году австрийский геолог Э. Зюсс. По теории Зюсса, названной «ювенильной» (лат. «ювенилис» — юный), из газообразных веществ, выделяющихся при остывании магмы, образуется водяной пар. Последний, в свою очередь, попадая в области с более низкой температурой, конденсируется в капли воды, образуя особый тип подземной воды.

В общем объеме подземных вод нашей планеты ювенильные подземные воды занимают лишь небольшую часть. К тому же, они почти не встречаются в чистом виде. Поднимаясь на поверхность из глубинных слоев земли, они смешиваются с другими типами подземных вод.

Грунтовые воды могут образовываться за счет искусственных гидротехнических сооружений например таких, как оросительные каналы. Так, при строительстве Каракумской оросительной системы за счет переброса части стока сибирских рек, в пустынной части значительное количество воды уходило не столько на поливные нужды, сколько на испарение и в грунт.

Произошло это вследствие того, что большая часть оросительной системы проходила по песчаным почвам, где коэффициент фильтрации достаточно высок, и, несмотря на противофильтрационные меры, падения уровней воды за счет фильтрации воды в грунт были велики. Все это, помимо уменьшения стока рек, приводило к тому, что содержащиеся в грунте соли растворялись грунтовыми водами, и при движении подводных потоков обратно в канал происходило его засоление и загрязнение илом.

Подземные воды, по условиям залегания, состоят из атмосферных осадков и конденсата влаги воздуха. Называются они почвенными или «висячими» и, не будучи подстилающими водоупорными горизонтами, играют важную роль в питании насаждений. Ниже этой зоны проявляются пласты сухих пород, содержащих, так называемую, пленочную воду. В период обильного просачивания дождей, таяния снегов, над сухими пластами образуются скопления гравитационных вод.

Грунтовые воды, будучи первыми от поверхности земли, также питаются атмосферными осадками и наземными источниками. Глубина их залегания зависит от геологических закономерностей.

Межпластовые источники залегают ниже грунтовых и находятся между водоупорными пластами. Горизонты с открытым зеркалом называются безнапорными. Водяная линза с закрытой поверхностью считается напорной и, чаще, называется артезианской.

Таким образом, происхождение подземных вод, во многом зависит и от физических свойств пород. Это могут быть пористость и скважность. Именно эти показатели и характеризуют влагоемкость и водопроницаемость пород. 

Итак, две зоны — зона аэрации и насыщения обуславливают залегание подземных источников. Зоной аэрации представляет интервал от плоскости земли до плоскости грунтовых вод, называемых почвенными. К зоне насыщения относится грунтовая жила вплоть до межпластового горизонта.

Подземные воды — температура подземных вод.

По температуре подземные воды подразделяются на холодные (до 20 °С) и термальные (от 20 до 1000 °С). Термальные воды обычно отличаются высоким содержанием различных солей, кислот, металлов, радиоактивных и редкоземельных элементов.

Холодные подземные воды подразделяются на:

  • переохлажденные (ниже 0°С),
  • хо­лодные (от 0 до 20 °С)

Термальные подземные воды подразделяются на:

  • теплые (20 – 37 °С),
  • горячие (37 – 50 °С),
  • очень горячие (50 – 100 °С),
  • перегретые (свыше 100 °С).

1. Грунтовые воды и неглубоко залегающие межпластовые воды испытывают сезонные колебания температуры.2. Подземные воды, залегающие на уровне пояса постоянных температур, сохраняют неизменную температуру в течение всего года, равную среднегодовой температуре местности.

  • Там, где средние годовые температуры отрицательные, подземные воды в поясе постоянных температур круглый год находится в виде льда. Так образуется многолетняя мерзлота («вечная мерзлота»).
  • В районах, где среднегодовая температура положительная, подземные воды пояса постоянных температур, наоборот, не замерзают даже зимой.

3. Подземные воды, циркулирующие ниже пояса постоянной температуры, нагреты выше среднегодовой температуры местности и за счёт эндогенного тепла. Температура вод в данном случае определяется величиной геотермического градиента и достигает максимальных значений в областях современного вулканизма (Камчатка, Исландия и др.

Подземные воды – добыча подземных вод.

Важной особенностью подземных вод как полезного ископаемого является непрерывный характер водопотребления, что вызывает необходимость постоянного отбора воды из недр в заданном количестве.

  • Общие запасы подземных вод,
  • Ежегодное поступление воды в водоносные горизонты,
  • Фильтрационные свойства водовмещающих пород,
  • Глубина залегания уровня,
  • Технические условия эксплуатации.

Таким образом, даже при условии больших запасов подземной воды и значительном ежегодном ее поступлении в водоносные горизонты, добыча подземных вод не всегда является рациональной с экономической точки зрения.

Например, нерациональным будет добыча подземных вод в следующих случаях:

  • очень маленькие дебиты скважин;
  • сложность эксплуатации в техническом отношении (пескование, солеотложение в скважинах и др.);
  • отсутствие необходимого насосного оборудования (например, при эксплуатации агрессивных промышленных или термальных вод).

Виды подземных вод

Высокотермальные подземные воды в районах современного вулканизма (Исландия, Камчат­ка) используются для отопления жилищ, стро­ительства геотермальных электростанций, теп­личного теплоснабжения и т. д.

Более подробно о добыче подземных вод, порядке получения лицензии на добычу подземных вод, правовом регулировании пользования недрами земли и других аспектах читайте в отдельной статье: Добыча подземных вод. Лицензия на подземные воды.

В этой статье мы рассмотрели тему Подземные воды: общая характеристика. Далее читайте:История изучения подземных вод.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Dachnik.Net.ru
Adblock detector