О скважинах

назад
29.07.2011

Подземные воды. Характеристика подземных вод. Классификация подземных вод и их виды. Артезианские воды

Подземные воды образуются вследствие просачивания в землю атмосферных и поверхностных вод. Подземные воды могут быть безнапорными и напорными (артезианскими).

Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не полностью и имеют свободную поверхность.

Безнапорные подземные воды первого от поверхности земли водоносного горизонта называются грунтовыми. Грунтовые воды характеризуются повышенной загрязненностью, поэтому при их использовании в большинстве случаев необходима очистка.

Напорные (артезианские) воды заполняют водоносные горизонты полностью. Артезианские воды, как привило, характеризуются высоким качеством и в большинстве случаев для хозяйственно-питьевых целей могут использоваться без очистки.

В колодцах или скважинах, вскрывающих напорные водоносные горизонты, вода поднимается до некоторой пьезометрической линии. Если пьезометрическая линия проходит выше поверхности земли, то наблюдается излив воды.

Уровень воды, устанавливающийся в колодце при отсутствии забора воды, называется статическим. При безнапорных водах статический уровень совпадает с уровнем подземных вод, в при напорных водах – с пьезометрической линией.

При откачке воды из скважины уровень ее снижается, причем тем больше, чем интенсивнее откачка. Такой уровень называется динамическим.

Безнапорные и напорные воды могут выходить на поверхность земли в виде родников. Выход безнапорных вод называют нисходящим ключом. Ключевая вода отличается высоким качеством и может использоваться без очистки.

Откуда вода под землей?

О существовании воды под поверхностью Земли люди знали очень давно. Тысячелетия назад инки и майя устраивали глубокие колодцы и извлекали воду из них. Искусством добывать воду из-под земли владели жители древнего Египта и Вавилона. Но для них оставалось загадкой, откуда она появляется в колодцах. Совершенно загадочным было появление воды в одних местах и отсутствие ее в других. Необъяснимы были факты ее внезапного исчезновения. Древние римляне весьма ценили горячие воды, бьющие из-под земли. Происхождение их было непонятным, поэтому эти термы (источники горячей воды) считали даром богов.

Действительно, почему под землей появляется вода? Идет дождь и вода просачивается в землю, попадая таким образом в колодцы. А может быть она проникает в землю из ближайшей реки или озера?

Так думали первые исследователи воды под землей. Однако все оказалось значительно сложнее.

Сейчас мы знаем, что часть воды действительно просачивается с поверхности. В этом легко убедиться, предприняв прогулку после хорошего дождя. На тех участках, где почва сложена песком, почти нет лужиц, а там, где она представлена глиной, грязь и глубокие лужи затрудняют нам путь. Причина этого явления связана с особенностями этих пород. Песок, а также гравий, щебень, галька состоят из зерен размером более 0,05 — 0,25 мм. В крупном песке частицы достигают 2 мм, в гравии 40 мм, а в галечнике и щебне — до 200 мм. Такие крупные зерна образуют между собой крупные поры, через которые капельки воды свободно проникают внутрь (рис. 13). Под действием силы тяжести они стараются проложить себе дорогу как можно дальше в глубь породы. Конечно, чем меньше размеры песчаных зерен и чем плотнее они уложены в породе, тем меньше поры, и вода движется медленнее. Такой процесс поступления воды сверху вниз был назван еще в XIX столетии инфильтрацией. Вообще жидкости в горных породах, двигаясь по порам, не текут, а фильтруются. Поэтому в гидрогеологии говорят о «фильтрации воды». Конечно, этот вид ее движения — медленный процесс, совсем не похожий на поток в реке или бурлящем ручейке. Скорость речных струй 1 — 2 м в секунду, а фильтрация в песке определяется величинами 0,1 — 10 м в сутки. Это значит, что в породах ее движение идет медленнее. Скорость фильтрации в тысячи и даже десятки тысяч раз уступает веселому бегу ручейка.

Отсюда следует, что вода может поступать в землю после дождя, просачиваясь по порам в песчаных, гравелистых, галечных грунтах. Ученые называют его инфильтрационным путем образования вод под землей. Таким же образом могут просачиваться в землю не только дождевые осадки, но и воды из рек и морей.

Орошение, строительство искусственных морей также становятся источниками для инфильтрации поверхностных вод в недра земной коры.

Альпинисты и туристы, посещающие горные районы, хорошо знают, что там на склонах часто можно видеть скалы из гранита, базальта, диорита, сланца. Это монолитные очень прочные породы. В них природа с большой силой спаяла кристаллы минералов в одно целое. Их пористость незначительна, и они практически не пропускают воду. Геологи установили, что земная кора находится в непрестанном движении. Породы подвергаются непрерывно изменяющимся давлениям от напирающих на них соседних массивов, а во время землетрясения на них обрушиваются чудовищные удары. Это все приводит к образованию в них многочисленных трещин. Размеры их от десятых долей миллиметра до многих метров, поэтому они могут служить прекрасным путем для прямого проникновения воды в глубь земли. Даже в небольших трещинах, измеряемых миллиметрами, вода с поверхности может поступать в землю как по водопроводным трубам. Здесь скорости ее движения могут достигать 10 и даже 100 м в сутки. В этом случае поверхностные воды (дождевые, талые, речные и т. д.) как бы вливаются в недра земли. Гидрогеологи назвали способ поступления воды по трещинам пород инфлюацией (т. е. вливанием).

Вырыли неглубокий колодец в песчаной пустыне, и вдруг стала сочиться вода. Но откуда она взялась? Ведь это происходит в пустыне, где дожди выпадают крайне редко. Как видно, инфильтрацией воды с поверхности мы не сможем объяснить этого феномена.

Долгие годы ученые ломали голову, пытаясь найти решение данной загадки. Более 100 лет назад ученый О. Фольгер выдвинул поразившую всех гипотезу, что вода под землей образуется путем конденсации (сгущения) водяных паров. Он считал, что они содержатся в проникающем с поверхности воздухе. Попадая в поры пород, эти пары сгущаются, переходя в капельно-жидкое состояние. Он с пафосом воскликнул: «Ни одна капля подземной воды не происходит за счет капель дождевой воды».

Из нашего жизненного опыта мы хорошо знаем, что когда теплая погода внезапно сменяется холодной, часто появляются туманы. Они возникают в результате резкого падения температуры, когда относительная влажность воздуха при том же абсолютном содержании паров воды повышается до 100%. Это и ведет к образованию капелек воды. В этом и состоит сущность процесса конденсации. Нечто похожее происходит и в порах песка: при понижении температуры пар превращается в капельки воды.

Возникли ожесточенные споры двух групп ученых — сторонников «инфильтрационной теории» и «конденсационников».

Большинство ученых назвали теорию конденсации неправдоподобной, надуманной и даже сумасбродной.

Советский ученый А. Ф. Лебедев поставил оригинальные эксперименты. Ему удалось на опытах доказать, что конденсационный путь образования воды под землей действительно существует. Однако он также установил, что в поры пород проникает не воздух, как это утверждал О. Фольгер, а водяные пары. Результатом его работ была научно обоснованная теория конденсационного образования подземных вод.

В Аравийских пустынях бедуины собирают кучи камней. Под ними через некоторое время образуется немного воды. Эта вода — результат конденсации водяных паров. Так практика подтверждает научные теории.

Теперь ясен ответ на вопрос, откуда вода может появляться в песках пустынь или на степных водоразделах.

Гидрогеологам теперь известно, что основным путем накопления воды под землей все же является инфильтрация. Лишь часть воды обязана своим происхождением конденсации в порах пород водяных паров. Однако воды под землей образуются не только этими двумя путями. В XX веке австрийский ученый Э. Зюсс, размышляя по поводу источников воды под землей, высказал догадку, что крупным поставщиком могут явиться пары и газы, поднимающиеся из глубоких недр воды. Эти воды никогда не видели дневной поверхности, и поэтому Зюсс их назвал «ювенильными» (т. е. девственными).

Сейчас ученые знают, что под земной корой залегает мощная мантия, в составе которой имеется много воды (до 2 — 3%). А. П. Виноградов на основании остроумных лабораторных экспериментов показал, что из пород мантии при расплавлении выделяются водяные пары. Он считает, что даже массы воды в океанах могли возникнуть путем выделения из глубоких недр Земли.

В настоящее время поступление все новых порций воды из глубин нашей планеты не вызывает сомнения. Вместе с тем количество ее, притекающее в земную кору в течение года, незначительно, но постоянство этого процесса в течение многих миллионов лет превращает его в весьма важный источник пополнения подземных вод.

Есть еще ряд других путей пополнения подземных вод: «захватом» океанических, морских и озерных вод в накопляемых на дне рыхлых илах и других типах донных отложений, из захороняемых в морских отложениях растительных и животных организмов и т. д. Все они имеют второстепенное значение в общем балансе вод под землей.

Пути, приводящие воду в земную кору, различны и довольно сложны. В этом основная причина того, что подземные воды разнообразны. Они отличаются по составу, температуре, направлению и скорости движения и другим особенностям.

Заказать расчет работ
Цены
Дисконтная карта клиента
Сервисное обслуживание
Акции
Подписка на
россылку
Звоните:

(096) 917 27 57
(050) 956 19 01