В Г Клименко - Загальна гідрологія - страница 18

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23 

За фільтраційними властивостями, всі гірські породи поділяють на три групи: водопроникні (галька, гравій, добре відсортований чистий пі­сок, закарстовані та тріщині породи); напівпроникні (глинисті піски, торф, скельні, напівскельні та закарстовані породи, пустоти і тріщини яких заповнені дрібнозернистими і глинистими відкладами); водонепро­никні, або водотривкі (глини та масивно-кристалічні породи).
Капілярністю ґрунту називають його здатність утримувати і про­пускати капілярну воду. Висота капілярного підняття залежить від роз­міру капілярних пор, гранулометричного складу породи, температури води та інших характеристик. Висота капілярного підняття може зміню­ватися від нуля (гравій, галька) до 12 м (деякі види глини).

 

9.4.Класифікація підземних вод

 

1. За характером знаходження в гірських породах підземні во­ди поділяються на: порові, що заповнюють піски, гравій та інші сипкі породи; пластові, що залягають в шарах осадових гірських порід; трі­щині, або жильні - у скельних породах; карстові - в розчинних гірських породах (вапняках, гіпсах, доломітах).

2.    За гідравлічними умовами підземні води поділяють на на-
пірні (артезіанські та глибинні) і безнапірні (ґрунтові).

3.     За температурою підземні води поділяють на винятково холо­дні (нижче С), дуже холодні (4-20° С), теплі (20-37° С), гарячі (37-42° С), дуже гарячі (42-100° С), винятково гарячі (понад 100° С). До терма­льних вод відносять води з температурою більше 20° С. Такі води зу­стрічаються, наприклад, на Кавказі і на Камчатці.

4.     За мінералізацією підземні води поділяють на прісні (до 1 %о), солонуваті (1-25 %о), солоні (25-50 %о) і розсоли ( більше 50 %о). Склад прісних підземних вод часто близький до складу пов'язаних із ними по­верхневих вод (переважають іони НСОз", СГТ; НСОз",8С>4 ,       ; рідко

2 2+

SO42-' НСОз-, Са2+). Солонуваті підземні води частіше можна віднести до гідрокарбонатного або сульфатного класу, переважають катіони Са2+,Ка+, Mg2+. Солоні підземні води і розсоли можуть бути пов'язані із сучасними або стародавніми морськими басейнами, а також утворюва­тись під час вилуговування легкорозчинних солей NaCl, KCl, CaCl2 та

-         +, 2+

ін. Переважають іони Cl-, Na ' Ca .

Підземні води, що чинять бальнеологічний вплив на організм лю­дини, називають мінеральними. Вони поділяються на вуглекислі (бор-жомі, нарзан), сульфідні, або сірководневі (води Мацести), залізисті імиш'яковисті (мінеральні води Кавказу, Закарпаття та ін.), радонові во­ди (Цхалтубо, П'ятигорська) та ін.

5. За характером залягання підземні води на Землі можна поді­лити на дві великі групи: підземні води суші і підземні води під океана­ми і морями. Останні вивченні не достатньо.

Підземні води суші можна поділити на підземні води зони аерації та зони насичення. Зона аерації охоплює верхні, не насичені водою шари ґрунтів, включаючи ґрунт від денної поверхні до рівня ґрунтових вод. Через цю зону здійснюється зв'язок підземних вод з атмосферою. Зона насичення характеризується тим, що пори і пустоти в її межах повністю заповнені рідкою водою. Зверху ця зона обмежена зоною аерації або зо­ною багаторічномерзлих ґрунтів, знизу - глибиною критичних темпера­тур, при яких існування рідкої води неможливе. У зоні насичення на ко­нтинентах знаходяться підземні води трьох типів - безнапірні ґрунтові, напірні артезіанські і глибинні.

Під океанами і морями зона аерації відсутня, а в зоні насичення присутні напірні води, що або гідравлічно зв'язані з підземними водами континентів, або не зв'язані з ними.

 

9.6. Рух підземних вод

 

Відповідно до характеру пористості порід у природі існує два види руху гравітаційних підземних вод - ламінарний та турбулентний.

Ламінарний рух - окремі струмені води переміщуються паралель­но, із незначними швидкостями, утворюючи суцільний потік, і спостері­гаються в породах із малими порами (тріщинами). Ламінарний рух під­лягає закону Дарсі, згідно якого швидкість фільтрації води прямо пропо­рційна коефіцієнту фільтрації (К) і напірному градієнту (і):У = Кі.

Турбулентний рух - характеризується великими швидкостями, за­вихреннями, порушеннями суцільного потоку і спостерігається в тріщи­нуватих породах із широкими тріщинами. У природі він узгоджується із закономірністю Шезі-Краснопольського, за якою швидкість руху вира­жається формулою:

V = С дГЯі,

де V - швидкість руху підземних вод, м/добу; С - емпіричний кое­фіцієнт; R - гідравлічний радіус, м; і - градієнт.

Турбулентний рух у природі спостерігається дуже рідко - лише у великих тріщинах, при надходженні води в гірничі виробки чи водозабі­рні споруди.

 

9.7. Умови залягання підземних вод

У верхній частині земної кори виділяють дві зони: зону аерації і зону насичення.

І. Зона аерації - це крайня верхня частина земної кори; вона хара­ктеризується наявністю атмосферного повітря і водяної пари в пустотахгірських порід і частковим заповненням пустот гравітаційною водою. В цій зоні відбувається: інфільтрація дощових і талих вод, формування ґрунтової води і верховодка, фільтрація гравітаційної води і десукція вологи рослинністю з послідуючою її транспірацією.

Верховодка - це тимчасове, сезонне накопичення підземних вод, які залягають поблизу земної поверхні зоні аерації). Основні риси верховодки - невтримність у вертикальному розрізі і по площі, непо­стійність у часі та незначна потужність обводнених порід. Верховодка накопичується переважно на поверхні глин, суглинків та інших слабоп-роникних порід і зазнає різного роду змін, спричинених гідрометеороло­гічними умовами. До верховодки О.М.Овчинніков відносить капілярні води зони аерації, води піщаних масивів і дюн, такирів, бугристих пісків та, із певною умовністю, болотні води.

Води ґрунтового шару - це тимчасове накопичення вільної (граві­таційної) і капілярної води в товщі ґрунту. Ці води мають зв'язок з атмо­сферою і живлять рослини.

ІІ. Зона насичення - пори, тріщини та інші пустоти гірських порід цілком заповнені гравітаційною водою.

Ґрунтові води - це підземні води першого від поверхні постій­ного водоносного горизонту, що залягає на першому водотривкому пла­сті; залягають, як правило, у пухких відкладах четвертинного періоду, проте можуть залягати і між водотривкими горизонтами порід різного віку, а також у дочетвертинних скельних утвореннях аж до кристалічних порід докембрійського періоду включно.

Ґрунтові води, які знаходяться в тріщинних скельних породах, на­зивають тріщинно - ґрунтовими, а в порожнинах закарстованих порід -карстовими.

Поверхня ґрунтових вод називається дзеркалом ґрунтових вод.

Водотривкий горизонт - це водонепроникні породи, які підстеля­ють ґрунтові води.

Потужність або товщина горизонту ґрунтових вод - це відстань між дзеркалом ґрунтових вод і водотривким горизонтом.

Глибина залягання ґрунтових вод - це відстань від земної повер­хні до дзеркала ґрунтових вод. На території України глибина залягання ґрунтових вод коливається від 0,0 - 0,5 м (у болотних і алювіальних від­кладах у північно-західній її частині) до 10 - 20 м, рідше до 25 м (у ле-сованих суглинках у південних районах).

Ґрунтові води тісно зв'язані з водами річок, озер, водосховищ, мо­рів, а також штучно створених каналів. Виділяють три типи взаємодії ґрунтових вод із поверхневими (рис. 18):

1. Наявність постійного гідравлічного зв'язку поділяють на два підтипи:

- наявність одностороннього гідравлічного зв'язку - низьке поло­ження водотривкої породи і рівня ґрунтових вод протягом року; річка за таких умов постійно живить ґрунтові води;-    наявність двостороннього гідравлічного зв'язку - більш високе положення водотривкої породи; річка живить ґрунтові води лише в пері­од водопілля, а в межень, навпаки річка живиться ґрунтовими водами.

2.     
Наявність тимчасового гідравлічного зв'язку - ще більш ви­соке положення водотривкої породи; річка живить ґрунтові води в пері­од водопілля, а в межень - ґрунтові води живлять річку і на схилах рус­ла в цей період виникають мочажини, джерела або ключі.

3.      Відсутність гідравлічного зв'язку - при дуже високому поло­женні водотривкої породи як у період водопілля, так і в межень гідрав­лічного зв'язку між ґрунтовими і поверхневими водами немає.

Нижче від зони аерації та зони насичення у земній корі знаходять­ся артезіанські (напірні) води.

Артезіанські води - це підземні води, які залягають між водотрив­кими горизонтами, перебувають під напором, при розкритті їх буровими свердловинами, піднімаються вище підошви верхнього водотривкого го­ризонту. Одержали свою назву в ХІІ ст. від провінції Артуа у Франції.

Артезіанські води нерідко мають підвищену мінералізацію. Зазви­чай вони менш підвернені забрудненню у порівнянні з ґрунтовими вода­ми.Артезіанський басейн - гідрологічні структури синклінально­го типу, які утримують один або декілька водоносних горизонтів із напі­рними водами. Артезіанський басейн складається з трьох областей: жи­влення, напору і розвантаження підземних вод (рис.19).


 

ES3*        £31 Ш

Область живлення артезіанського басейну - область, де підземні води поповнюються за рахунок атмосферних опадів та поверхневих вод. В області живлення артезіанського басейну поширені лише ґрунтові або слабо напірні підземні води.

Область напору - це та частина артезіанського басейну, в якій рі­вень підземних вод може піднятися вище підошви водотривкої покрівлі водоносного горизонту. Відстань від водотривкої підошви до рівня напі­рних вод по вертикалі, називається напором, або п'єзометричним рівнем.

Область розвантаження артезіанського басейну - це та частина басейну, де напірні води виходять на денну поверхню у вигляді джерел або потрапляють у річки, озера, моря. В гіпсометричному відношенні вона розташована нижче області живлення та напору.

Артезіанські та ґрунтові води часто перебувають у тісних взає­мозв'язках, що залежить від геологічної будови території поширення пі­дземних вод. Так, в одних випадках ґрунтові води поповнюють напірні водоносні горизонти, а в інших - останні підживляють ґрунтові води.

Джерело - це природний вихід на денну поверхню ґрунтових (без­напірних) вод. За характером виходу на поверхню джерела бувають такі:

Низхідні джерела - вихід ґрунтових вод на денну поверхню, вода вільно збігає в товщі водоносної породи з підвищених ділянок рельєфу на нижчі.Висхідні джерела - це джерела біля виходу на поверхню напірних вод, вони формуються з вод, які піднімаються вгору з нижніх водонос­них шарів.

За іншими ознаками джерела поділяються на постійні, періодичні, сезонні, прісні, мінеральні, холодні, термальні, карстові, тріщині тощо.

Глибинні підземні води - це напірні води, які залягають на вели­ких глибинах; розвантажуються шляхом надходження по тектонічних тріщинах або розломах у водоносні горизонти, що залягають вище, або виходять безпосередньо на денну поверхню у вигляді джерел.

 

9.8. Водний баланс і режим підземних вод Водний баланс підземних вод

Рівняння водного балансу для поверхні басейну:

 

x     Упов + Уінф + 2пов ±Д ипов5

де х - опади, що випали на поверхню басейну; упов - поверхневий стік;

уінф - вода, яка надходить до зони аерації у процесі інфільтрації; z пов - випаровування з поверхні басейну; ±Д ипов - зміна запасів води на цій поверхні.

 

Рівняння водного балансу для зони аерації:

 

уінф + ^р.в     угрунт. + ужив.гр.в +        +        ± Диз.а,

де уінф - надходження води в процесі інфільтрації з поверхні; Zitj^ - випаровування з поверхні ґрунтових вод; угрунт\ - стік у ґрунтовому шарі; Ужив.гр.в - вода, яка надходить із зони аерації до ґрунтових вод і бере участь у їхньому живленні;

- поглинання води із зони аерації кореневою системою рос­лин, яка витрачається потім на транспірацію, а частково на збільшення біомаси рослин;

- підземне випаровування води із зони аерації і витрати її в

атмосферу;

± Диз а - зміна запасів води в зоні аерації.

 

Рівняння водного балансу для водоносного горизонту:

ужив.гр.в     угр.в + ^р.в ± угл ± Дигр.в5

де ужив.гр.в - живлення ґрунтових вод із зони аерації; угр.в - стік ґрунтових вод;

- випаровування з поверхні ґрунтових вод; ± угл - живлення ґрунтових вод із глибини напірних горизон­тів або розвантаження ґрунтових вод у ці глибинні горизонти;

± Дигр в - зміна запасів води у водоносному горизонті ґрунтових

вод.Водний режим зони аерації

Водний режим зони аерації визначається режимом надходження до неї інфільтруючих вод після дощів або сніготанення. Зміна вмісту води в зоні аерації залежить від співвідношення складових частин рівняння во­дного балансу.

Розрізняють три основних типи водного режиму зони аерації: про­мивний, компенсований та випарний.

Промивний тип водного режиму - величина інфільтрації (уінф) пе­ревищує втрати на десукцію кореневої системи рослин (z^) і підземне

випаровування ^.а.): уінф > Zтр + Zз.а..

При компенсованому типі водного режиму:   уінф ~     + z^. Випарний тип режиму характеризується переважанням транспі­рації і підземного випаровування над інфільтрацією: уінф <     + z^.

 

Режим підземних вод Режим підземних вод - це зміна їхніх рівнів, температури та хімі­чного складу в просторі і часі під впливом метеорологічних, гідрологіч­них, геологічних, геоморфологічних, біогенних факторів та діяльності людини. Г.М. Каменський виділяє кілька типів режиму підземних вод у залежності від того, який з факторів або група їх є головними у форму­ванні режиму.

1.          Прибережний тип режиму - властивий підземним водам, які тісно пов'язані з поверхневими водами; формується під впливом змін рівнів, температури та хімічного складу, які відбуваються в річках, озе­рах, морях або інших водоймах.

2.          Вододільний тип режиму характерний для підземних вод тих частин вододілів, які значно віддалені від річок та інших поверхневих водойм і формується переважно під впливом кліматичних факторів, се­ред яких головне місце займають атмосферні опади.

 

3.     Мішаний тип режиму - це результат накладання коливань, які спричинені коливаннями рівнів поверхневих вод і атмосферними опада­ми. Спостерігається такий тип режиму на ділянках, що розташовані між частинами вододілу, на яких формуються прибережний та вододільний типи.

4.     Карстовий тип режиму утворюється в зоні інтенсивного погли­нання поверхневих вод у карстових районах. Д. С. Соколов виділяє чо­тири зони циркуляції підземних вод у вертикальному розрізі закарстова-них порід.

Перша зона - зона аерації - це зона, в якій здійснюється інфільт­рація води (просочування атмосферних вод у породи крізь великі тріщи­ни).

Друга зона - зона сезонних коливань рівня підземних вод - рух кар­стових вод залежно від пори року може відбуватись і в горизонтальному, й у вертикальному напрямку. В засушливі періоди року вони рухаютьсяпереважно зверху вниз, у багатоводні періоди - рухаються в горизонта­льному напрямку.

Третя зона - зона повного насичення - підземні води в цій зоні ру­хаються лише в бік найближчої дренуючої долини.

Четверта зона - зона глибокої циркуляції підземних вод - рух підзе­мних вод обумовлюється загальними геолого-структурними особливос­тями регіону і підпорядкований положенню загального базису стоку.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23 


Похожие статьи

В Г Клименко - Загальна гідрологія

В Г Клименко - Формування v студентів знань і вмінь про хімічний склад та оцінку якості поверхневих вод