Классификация подземных вод До сих пор не

Классификация подземных вод • До сих пор не разработана единая (общая) классификация ПВ. • Обычно используют частные классификации, учитывающие один или несколько показателей ПВ. • - Хорошо разработанными являются классификации ПВ: по величине минерализации (пресн. , солонов. , солен. , рассолы); по происхождению (инфильтроген. , седиментог. , магматог. , мантийноген. и др. ); по хим. составу (гидрокарб, сульфатн. , хлоридн. , смешан. и др. ); по температуре (криопэги, холодные, теплые, горячие и др. ); и другие (по величине общей жесткости, типу водовмещающих пород, условиям залегания, по условиям использования и т. д. ).

Классификация ПВ по условиям залегания и типу водовмещающих пород

Воды зоны аэрации • Зона аэрации – зона неполного водонасыщения, ограниченная земной поверхностью и уровнем ПВ первого водоносного горизонта. • Мощность зоны аэрации (ЗА) – 0 -250 м, реже более. • Основной вид движения воды в ЗА – вертикальный влагоперенос, происходящий под действием гравитационных и капиллярных сил. • Гравитационные силы определяют нисходящее движение свободных вод (их просачивание) до уровня первого (от поверхности) водоносного горизонта; это определяет инфильтрационное питание ПВ. • Капиллярные силы определяют возможность подъема воды по системе капилляров от уровня водоносного горизонта.

Воды зоны аэрации • В зоне аэрации выделяются след. три характерных горизонта ПВ: - воды почвенного слоя; - верховодка; - зона капиллярной каймы (воды капиллярной каймы)

Воды зоны аэрации Воды почвенного слоя Капиллярная кайма Уровень грунтовых вод I – зона аэрации; II –грунтовый водоносный горизонт (грунтовые воды)

Воды зоны аэрации • Горизонт почвенных вод представлен прочно- и рыхлосвязанными, капиллярными, иногда и свободными гравитационными водами. • Верховодка – локальные непостоянно существующие скопления свободных гравитационных вод, формирующиеся на линзах “водоупорных” пород в зоне аэрации. Мощность верховодки, минерализация и состав воды могут широко варьировать. В зонах интенсивной хозяйств. деятельности часто – техногенная верховодка. • Воды капиллярной каймы тесно связаны со свободной поверхностью первого водоносного горизонта. Мощность каймы зависит от гранулометрического состава пород зоны аэрации и меняется от первых сантиметров в к/з песках и галечниках до 10 -12 м в глинах.

Грунтовые воды • Грунтовые воды (грунт. водоносный горизонт) – первый от поверхности постоянно существующий регионально распространенный водоносный горизонт со свободным уровнем, залегающий на первом от поверхности региональном водоупоре (горизонте слабопроницаемых образований). • Породы грунтового горизонта могут относиться к любому типу фильтрационных сред – поровому, трещинному, порово-трещинному. • - В качестве регионального водоупора могут выступать: глины; нетрещиноватые скальные породы; кровля многолетнемерзлых пород.

Грунтовые воды • Глубина залегания уровня грунтовых вод (УГВ) – от 0 до 250 м, иногда более. • В равнинных областях зоны избыточного и достаточного увлажнения глубина залегания УГВ – до 40 -50 м, а в зоне недостаточного увлажнения (аридные области) – до 100 м и более. • В горных областях глубина залегания УГВ – до 250 м и более.

Грунтовые воды • Характерная особенность грунтового горизонта – его кровлей является свободный уровень ПВ. • Свободный уровень (свободная поверхность ПВ) – уровень воды устанавливается на отметке вскрытия верхней границы горизонта. Это связано с тем, что давление на УГВ вне зависимости от глубины его залегания равно – 1 атм. • В связи с последним, грунтовые воды часто называют безнапорными, что не совсем верно. Под безнапорностью надо понимать отсутствие избыточного напора над кровлей водоносного горизонта.

Условия формирования грунтовых вод Питание и разгрузка грунтовых вод • Под питанием понимается поступление воды в грунтовый горизонт. Питание определяет накопление запасов ПВ. • Под разгрузкой понимается отток воды из грунтового горизонта. Разгрузка приводит к расходованию (уменьшению, сработке) запасов ПВ.

Питание грунтовых вод • 1) 2) 3) 4) 5) • Осуществляется за счет: инфильтрации атмосферных осадков; конденсации; поглощения поверхностных вод; притока из нижележащих водоносных горизонтов; искусственного питания. В связи с тем, что грунтовый горизонт не изолирован от земной поверхности его питание возможно в пределах практически всей площади развития горизонта (поэтому говорят – “область питания грунтового горизонта совпадает с областью его распространения”)

Разгрузка грунтовых вод • Осуществляется путем: 1) родникового стока; 2) фильтрации в русла рек или дно водоёмов; 3) испарения; 4) перетекания в нижележащий водоносный горизонт; 5) искусственным путем.

Питание грунтовых вод Инфильтрация, конденсация, поглощение поверхностных вод, приток “снизу”, искусственное питание Инфильтрация атмосферных осадков • Величина инфильтрации определяется многими факторами (степень увлажнения поверхности, фильтрац. способность пород зоны аэрации, вид растительности и др. ). • Основные объемы инфильтрац. питания – при интенсивном увлажнении поверхности в холодные периоды года (в средней полосе – весна, осень). • Величина инфильтрационного питания дается либо в виде слоя воды (мм/год), либо в виде расхода (обычно в виде модуля инфильтрационного питания – л/с*км 2). Связь между этими параметрами – Y=31, 5*M.

Питание грунтовых вод Инфильтрация атмосферных осадков • Для территории европейской части России средние величины инфильтрационного питания грунтовых составляют - 3– 350 мм/год, для большей части территории – 60 -100 мм/год (это 10 -15 % от годовой нормы осадков). • Инфильтрационное питание в 200 -300 мм/год и более характерно, в основном, для участков приповерхностного развития интенсивно трещиноватых и закарстованных пород.

Питание грунтовых вод Конденсационное питание • Основной объем конденсационного питания формируется в теплый (летний) период, когда распределение температур в зоне аэрации определяет нисходящее движение водяного пара за счет градиента температур (молекулы водяного пара движутся от участков с более высокой температурой к участкам меньших её значений). • Общая величина конденсац. питания варьирует в пределах России – 1 -80 мм/год (0, 03 -2, 5 л/с*км 2), в среднем это может составлять до 30 % от общего годового питания грунтовых вод. В аридных зонах конденсация может являться единственным источником питания грунт. вод.

Питание грунтовых вод Поглощение поверхностных вод • Поглощение поверхностных вод возможно на участках, где уровень (напор) поверхностных вод превышает уровень (напор) грунтовых вод. • За счет разницы в положении уровней возникает напорный градиент (I=∆H/∆L), который и определяет возможность фильтрации поверхностных вод через ложе водоема (русло реки и др. ) • Превышение уровней поверхностных вод над УГВ возможно в пределах предгорных равнин, в аридных зонах, в возвышенных участках горного рельефа, в верхнем течении как горных, так и равнинных рек, и др.

Питание грунтовых вод Поглощение поверхностных вод Возможны следующие три схемы поглощения поверхностных вод: 1) с отсутствием гидравлической связи между поверхностными и подземными водами; 2) с наличием гидравлической связи при постоянном положении уровня поверхностных вод выше УГВ; 3) с наличием гидравлической связи при периодическом положении поверхностных вод выше УГВ.

Питание грунтовых вод Поглощение поверхностных вод Схемы поглощения: а) с отсутствием гидравлической связи между поверхностн. и подземн. водами; б) с наличием гидравлической связи при постоянном положении уровня поверхностных вод выше УГВ; в) с наличием гидравлической связи при периодическом положении поверхностных вод выше УГВ.

Питание грунтовых вод Поглощение поверхностных вод Схемы поглощения: а) схема свободной фильтрации; б)схемаподпорной(подпёртой) фильтрации; в) схема нестационарного подпора грунтовых вод при фильтрации из русла. Схемы взаимодействия поверхностных и грунтовых вод в пределах одной реки могут меняться от участка к участку и (или) в различные сезоны года.

Питание грунтовых вод За счет притока из нижележащих водоносных горизонтов • Приток ПВ из нижележащего водоносного горизонта в грунтовый горизонт возможен на участках, где пьезометрическая поверхность этого горизонта превышает уровень грунтовых вод (УГВ) (т. е. , где напор нижележащего горизонта превышает напор грунтового горизонта). • Такое соотношение напоров (гидростатических напоров) или уровней характерно для пониженных участков территории. • Разница в напорах определяет наличие напорного градиента (I=∆H/∆L), который и обусловливает возможность восходящей фильтрации из нижележащего водоносного горизонта.

Питание грунтовых вод За счет притока из нижележащих водоносных горизонтов

Питание грунтовых вод Искусственное питание • Происходит при хозяйственной деятельности, изменяющей водный режим и интенсивность увлажнения земной поверхности. Наиболее ярко это отмечается при орошении, обводнении пастбищ, создании прудов и водохранилищ, и проведении специальных гидрогеологических мероприятий, направленных на увеличение запасов грунтовых вод – создание инфильтрационных бассейнов, поглощающих колодцев, нагнетательных скважин.

Разгрузка грунтовых вод В виде родников, фильтрацией в русла рек или дно водоёмов, испарением, перетеканием в нижележащий водоносный горизонт, искусственным путем Родниковая разгрузка • Родники (источники) – это естественные выходы ПВ на поверхность Земли. Могут характеризоваться различной формой выходов – одиночные концентрированные выходы, пластовые выходы и др. ; различными гидрогеодинамическими условиями – нисходящие и восходящие родники, и т. д.

Разгрузка грунтовых вод Родниковая разгрузка Пластовый выход Одиночный концентрированный родник

Разгрузка грунтовых вод Родниковая разгрузка По характеру и условиям выхода грунтовых вод на поверхность родники подразделяются на следующие типы: а) контактовый, б)эрозионный; в) экранированный, г) субфлювиальный

Разгрузка грунтовых вод Родниковая разгрузка • Классификация родников (источников) по величине дебита (расхода): - малодебитные (расход менее 1 л/с); - среднедебитные (1 -10 л/с); - высокодебитные (более 10 л/с).

Разгрузка грунтовых вод Фильтрацией в русла рек или дно водоёмов Данная разгрузка – в виде рассредоточенной фильтрации через донные отложения и (или) путем концентрированных субаквальных выходов Приток грунтовых вод к реке может быть двусторонним и односторонним.

Разгрузка грунтовых вод Испарение • Такая разгрузка – следующими тремя путями: - испарением с поверхности почвы в случае подъема капиллярной каймы до почвенного горизонта; - внутригрунтовым испарением; - транспирацией (поглощение грунтовых вод корневой системой растений при достижении корнями УГВ или зоны капиллярной каймы). В целом эти три вида разгрузки называются эвапотраспирацией.

Разгрузка грунтовых вод Испарение • Есть критическая глубина, ниже которой разгрузка грунтовых вод испарением прекращается. В средней полосе эта глубина – 2 -5 м. • При залегании УГВ на глубинах менее критической, основной формой их разгрузки является испарение, при этом испарение может превышать величину инфильтрационного питания.

Разгрузка грунтовых вод Перетеканием в нижележащий водоносный горизонт • Возможно на участках, где УГВ превышает пьезометрический уровень нижележащего водоносного горизонта (или напор грунтовых вод превышает напор нижележащего горизонта). • Такое соотношение уровней или напоров характерно для относительно повышенных областей (водораздельные области, высокие надпойменные террасы и т. д. ) • Наличие напорного градиента определяет возможность нисходящей фильтрации из грунтового горизонта в нижележащий водоносный горизонт.

Разгрузка грунтовых вод Перетеканием в нижележащий водоносный горизонт

Разгрузка грунтовых вод Искусственная разгрузка • Водозаборные сооружения (колодцы, скважины); • дренажные сооружения (канавы, каналы и др. ); • при вскрытии грунтовых вод шахтами, карьерами, котлованами и т. д.

Движение грунтовых вод • Определяется распределением напоров в грунтовом горизонте (напоры соответствуют абсолютной отметке уровня грунтовых вод). • Сами напоры определяются соотношением величин питания и разгрузки. Так как питание возможно в пределах практически всей области распространения грунтов. вод, а основная их разгрузка происходит, в основном, в понижениях рельефа, то общей закономерностью является движение грунтовых вод в направлении от приподнятых участков территории к пониженным участкам. В этом же направлении происходит и снижение напоров грунтов. вод.

Движение грунтовых вод • Положение УГВ отражается гидроизогипсами. • Гидроизогипсы – линии, соединяющие точки с одинаковой абсолютной отметкой уровня (поверхности) грунтовых вод. • Гидроизогипсы – являются и линиями равного напора. • Система гидроизогипс характеризует положение реально существующей поверхности (кровли) грунтового водоносного горизонта. • Эта поверхность грунтов. горизонта обычно в сглаженной форме повторяет рельеф земной поверхности. • По карте гидроизогипс определяют направление движения грунтового потока (это направление – перпендикуляр к гидроизогипсам) и величины напорных градиентов.

Движение грунтовых вод Карта гидроизогипс

Карта гидроизогипс Карта понижений напора при работе скважины с производительностью 138 м 3/сут

Гидрогеохимический режим грунтовых вод • Определяется составом пород грунтового горизонта и изменением во времени соотношения элементов питания и разгрузки. • При интенсивном питании за счет атмосферных осадков (иногда и поглощения поверхностных вод) происходит уменьшение минерализации грунтовых вод. В периоды отсутствия питания грунтовых вод происходит увеличение их минерализации. • Разница в значениях минерализации грунтовых вод в годовом цикле (периоды интенсивного питания и его отсутствия) может достигать нескольких г/л.

Зональность грунтовых вод

Зональность грунтовых вод

Зональность грунтовых вод • В направлении с севера на юг в пределах европейской части России происходит: - увеличение глубины залегания уровня грунтовых вод (с 0, 5 -1 м до 40 -60 м и более); - увеличение минерализации грунтовых вод (с 0, 2 -0, 4 г/л до 2 -3 г/л и более); - изменение анионного состава грунтовых вод (с гидрокарбонатного на хлоридно-сульфатный и хлоридный); - уменьшение величины инфильтрационного питания (с 60 -100 мм/год до 5 -10 мм/год).