Grundvattenvetenskap. Vattenegenskaper hos stenar. Superkylt grundvatten

Sida 2 av 6

Grundvattenstudiers historia.

Ansamlingen av kunskap om grundvatten, som började i antiken , accelererade med tillkomsten av städer och bevattnat jordbruk. Konsten att bygga grävda brunnar upp till flera tiotals meter var känd för 2000-3000 tusen år f.Kr. i Egypten, Centralasien, Indien, Kina. Under samma period uppträdde behandling med mineralvatten.

Under det första årtusendet f.Kr de första idéerna dök upp om egenskaperna och ursprunget hos naturliga vatten, villkoren för deras ackumulering och vattnets kretslopp på jorden (i verk av Thales och Aristoteles - i antikens Grekland; Titus Lucretius Cara och Vitruvius - i det antika Rom, etc.) .

Under renässansen och senare ägnades grundvatten och dess roll i naturliga processer åt många forskares arbete - Agricolla, Palissy, Steno, etc.

I Ryssland, de första vetenskapliga idéerna om grundvatten hur naturliga lösningar, deras bildning genom infiltration av atmosfärisk nederbörd och grundvattnets geologiska aktivitet uttrycktes av M.V. Lomonosov i sin essä "Om jordens lager" (1763).

Vetenskapsgrenar som studerar grundvatten.

Fram till mitten av 1800-talet studiet av grundvatten utvecklades som en integrerad del av geologin. Sedan är det isolerat i en separat disciplin - hydrogeologi . Allmän hydrogeologi studerar grundvattnets ursprung, dess fysikaliska och kemiska egenskaper och interaktion med värdbergarter.

Studiet av grundvatten i samband med historien om tektoniska rörelser, sedimentationsprocesser och dianogenes gjorde det möjligt att närma sig historien om deras bildande och bidrog till uppkomsten av en ny gren av hydrogeologi på 1900-talet - paleohydrogeologi (studiet av underjordiska vatten från tidigare geologiska epoker).

Grundvattnets dynamik studerar grundvattens rörelse under påverkan av naturliga och artificiella faktorer, utvecklar metoder för kvantitativ bedömning av produktiviteten hos produktionsbrunnar och grundvattenreserver.

Läran om grundvattnets regim och balans beaktar förändringar i grundvattnet (deras nivå, temperatur, kemisk sammansättning, näringsförhållanden och rörelse) som sker under påverkan av olika naturliga faktorer (nederbörd och villkoren för dess infiltration, avdunstning, temperatur och fuktighet i luft- och jordskiktet, påverkan av regimerna för ytvattenförekomster, floder, konstgjorda aktiviteter).

Under andra hälften av 1900-talet började utvecklas metoder för att prognostisera grundvattenregimen , som är av stor praktisk betydelse vid exploatering av grundvatten, vattenbyggnad, konstbevattnat jordbruk och andra frågor.

Gillade du artikeln? Dela med dina vänner!

I den här artikeln undersökte vi ämnet Historien om studien av grundvatten. Läs vidare:

Hydrogeologi(från antikens grekiska ὕδωρ "vatten" + geologi) är en vetenskap som studerar grundvattnets ursprung, förekomstförhållanden, sammansättning och rörelsemönster. Grundvattens interaktion med bergarter, ytvatten och atmosfären studeras också.

Omfattningen av denna vetenskap inkluderar sådana frågor som grundvattendynamik, hydrogeokemi, sökning och utforskning av grundvatten, såväl som återvinning och regional hydrogeologi. Hydrogeologi är nära besläktad med hydrologi och geologi, inklusive ingenjörsgeologi, meteorologi, geokemi, geofysik och andra geovetenskaper. Den förlitar sig på data från matematik, fysik och kemi och använder sig i stor utsträckning av deras forskningsmetoder.

Hydrogeologiska data används i synnerhet för att lösa frågor om vattenförsörjning, återvinning och exploatering av fyndigheter.

Grundvatten.

Underjordiskt vatten anses vara allt vatten i jordskorpan som ligger under jordytan i bergarter i gasformigt, flytande och fast tillstånd. Grundvatten utgör en del av hydrosfären - jordklotets vattenskal. Färskvattenreserver i jordens tarmar står för upp till 1/3 av vattnet i världshavet. Omkring 3 367 grundvattenförekomster är kända i Ryssland, varav mindre än 50 % utnyttjas. Ibland orsakar grundvatten jordskred, sumpning av områden, marksättningar, de komplicerar gruvdrift i gruvor för att minska inflödet av grundvatten, avlagringar dräneras och dräneringssystem konstrueras.

Hydrogeologins historia

Ackumuleringen av kunskap om grundvatten, som började i antiken, accelererade med tillkomsten av städer och bevattnat jordbruk. I synnerhet konstruktionen av grävda brunnar, byggda 2-3 tusen f.Kr., gav sitt bidrag. e. i Egypten, Centralasien, Kina och Indien och når djup på flera tiotals meter. Ungefär under samma period uppträdde behandling med mineralvatten.

De första idéerna om egenskaperna och ursprunget hos naturliga vatten, villkoren för deras ackumulering och vattnets kretslopp på jorden beskrevs i verk av de antika grekiska forskarna Thales och Aristoteles, såväl som den antika romaren Titus Lucretius Cara och Vitruvius. Studiet av grundvatten underlättades av utbyggnaden av arbete relaterat till vattenförsörjning i Egypten, Israel, Grekland och Romarriket. Begreppen icke-tryck, tryck och självströmmande vatten uppstod. Den senare fick på 1100-talet e.Kr. e. namnet artesian - från namnet på provinsen Artois (det gamla namnet är Artesia) i Frankrike.

I Ryssland uttrycktes de första vetenskapliga idéerna om grundvatten som naturliga lösningar, deras bildande genom infiltration av atmosfärisk nederbörd och grundvattnets geologiska aktivitet av M. V. Lomonosov i sin essä "Om jordens lager" (1763). Fram till mitten av 1800-talet utvecklades studiet av grundvatten som en integrerad del av geologin, varefter det blev en separat disciplin.

Fördelning av grundvatten i jordskorpan

Grundvatten i jordskorpan är fördelat i två våningar. Den nedre våningen, som består av täta magmatiska och metamorfa bergarter, innehåller en begränsad mängd vatten. Huvuddelen av vattnet finns i det övre lagret av sedimentära bergarter. Det finns tre zoner i den - den övre zonen för fritt vattenutbyte, den mellersta zonen för vattenutbyte och den nedre zonen för långsamt vattenutbyte.

Vattnet i den övre zonen är vanligtvis färskt och används för dricksvatten, hushålls- och teknisk vattenförsörjning. I mittzonen finns mineralvatten av olika sammansättningar. Den nedre zonen innehåller starkt mineraliserade saltlösningar. Brom, jod och andra ämnen utvinns från dem.

Grundvattenytan kallas för ”grundvattenytan”. Avståndet från grundvattenytan till det ogenomträngliga skiktet kallas "tjockleken på det ogenomträngliga skiktet."

Bildning av grundvatten

Grundvatten bildas på olika sätt. Ett av de huvudsakliga sätten att grundvatten bildas är genom infiltration, eller infiltration, av nederbörd och ytvatten. Det sipprande vattnet når det vattentäta lagret och ackumuleras på det och mättar de porösa och porösa sprickorna. Det är så akviferer, eller grundvattenhorisonter, uppstår. Dessutom bildas grundvatten genom kondensering av vattenånga. Grundvatten av ungt ursprung identifieras också.

Två huvudsakliga sätt att bilda grundvatten - genom infiltration och genom kondensering av atmosfärisk vattenånga i bergarter - är de huvudsakliga sätten att ackumulera grundvatten. Infiltrations- och kondensvatten kallas för vandosvatten (latin vadare - att gå, att flytta). Dessa vatten bildas av luftfuktighet och deltar i det allmänna vattnets kretslopp i naturen.

Infiltration

Grundvatten bildas från vattnet av atmosfärisk nederbörd som faller på jordens yta och sipprar ner i marken till ett visst djup, samt från vattnet i träsk, floder, sjöar och reservoarer, som också sipprar ner i marken. Mängden fukt som kommer in i jorden på detta sätt är 15-20% av den totala mängden nederbörd.

Vattens inträngning i jordar beror på de fysiska egenskaperna hos dessa jordar. När det gäller vattengenomsläpplighet delas jordar in i tre huvudgrupper - permeabel, semipermeabel och vattentät eller vattentät. Permeabla stenar inkluderar grova stenar, småsten, grus, sand och spruckna stenar. Vattentäta bergarter inkluderar täta magmatiska och metamorfa bergarter som granit och marmor, såväl som leror. Semipermeabla bergarter inkluderar lerig sand, löss, lösa sandstenar och lösa märgel.

Mängden vatten som sipprar in i jorden beror inte bara på dess fysiska egenskaper, utan också på mängden nederbörd, terrängens lutning och vegetationstäcket. Samtidigt skapar långvarigt duggregn bättre förutsättningar för läckage än kraftigt regn.

Branta sluttningar ökar ytavrinning och minskar nederbördsinfiltrationen i marken, medan mjuka sluttningar tvärtom ökar infiltrationen. Vegetationstäcke ökar avdunstningen av nedfallen fukt, men fördröjer samtidigt ytavrinning, vilket underlättar inläckningen av fukt i marken.

För många områden på jorden är infiltration den huvudsakliga metoden för grundvattenbildning.

Grundvatten kan också bildas av konstgjorda hydrauliska strukturer, såsom bevattningskanaler.

Kondensering av vattenånga

Det andra sättet för grundvatten att bildas är genom kondensering av vattenånga i stenar.

Ungdomsvatten

Ungdomsvatten är ett annat sätt att bilda grundvatten. Sådana vatten frigörs under differentieringen av en magmakammare och är "primära". Under naturliga förhållanden existerar inte rena ungdomsvatten: grundvatten, bildat på olika sätt, blandas med varandra.

Klassificering av grundvatten

Det finns tre typer av grundvatten: uppflugen vatten, grundvatten och tryck (artesiskt). Beroende på graden av mineralisering särskiljs färskt underjordiskt vatten, salt, bräckt och saltlake enligt temperatur, de är uppdelade i superkylt, kallt och termiskt, och beroende på kvaliteten på underjordiskt vatten, är det uppdelat i tekniskt och drickbart.

Verkhovodka

Verkhodka är grundvatten som ligger nära jordens yta och kännetecknas av variabel fördelning och flödeshastighet. Verkhovodka är begränsad till det första vattentäta lagret från jordens yta och upptar begränsade områden. Verkhodka existerar under perioder med tillräcklig fukt och försvinner under torra tider. I de fall det ogenomträngliga skiktet ligger nära ytan eller kommer upp till ytan utvecklas vattenförsämring. Uppflugen vatten inkluderar också ofta jordvatten, eller vatten i jordlagret, representerat av nästan bundet vatten, där dropp-flytande vatten endast finns under perioder med överskott av fukt.

Uppflugna vatten är vanligtvis färska, lätt mineraliserade, men är ofta förorenade med organiskt material och innehåller ökade mängder järn och kiselsyra. Som regel kan uppflugen vatten inte fungera som en bra källa för vattenförsörjning. Men vid behov vidtas åtgärder för att artificiellt bevara denna typ av vatten: de installerar dammar, avledningar från floder, ger konstant näring till exploaterade brunnar, plantering av vegetation eller fördröjer snösmältning.

Grundvatten

Grundvatten är vattnet som ligger på den första ogenomträngliga horisonten under det uppflugna vattnet. De kännetecknas av ett mer eller mindre konstant flöde. Grundvatten kan ansamlas både i lösa porösa bergarter och i hårt spruckna reservoarer. Grundvattennivån är föremål för konstanta fluktuationer, den påverkas av mängden och kvaliteten på nederbörden, klimatet, topografin, närvaron av vegetation och mänsklig ekonomisk aktivitet. Grundvatten är en av källorna för vattenförsörjning till ytan kallas källor eller källor.

Artesiska vatten

Tryckvatten (artesiskt) är vatten som är beläget i en akvifer, innesluten mellan akviferlager, och som utsätts för hydrostatiskt tryck på grund av skillnaden i nivåer vid punkten för återladdning och utsläpp av vatten till ytan. Kännetecknas av konstant flöde. Uppladdningsområdet för artesiska vatten, vars bassänger ibland når tusentals kilometer i storlek, ligger vanligtvis ovanför vattenflödesområdet och ovanför utloppet av tryckvatten till jordens yta. Utfodringsområdena för artesiska bassänger avlägsnas ibland avsevärt från de platser där vatten utvinns - i synnerhet i vissa oaser i Sahara får de vatten som föll som nederbörd över Europa.

Artesiska vatten (från Artesium, det latinska namnet för den franska provinsen Artois, där dessa vatten har använts länge) är trycksatta underjordiska vatten som finns i akviferer av stenar mellan akviferlager. Finns vanligtvis inom vissa geologiska strukturer (fördjupningar, tråg, böjningar, etc.), och bildar artesiska bassänger. När de öppnas reser de sig över akvifärens tak, ibland forsar de ut.

Hydrogeologi (från grekiska. kshog- vatten och geologi- Geovetenskap) är vetenskapen om grundvatten, som studerar dess sammansättning och egenskaper, ursprung, distributions- och rörelsemönster samt interaktion med stenar. Hydrogeologi är nära besläktad med hydrologi, geologi (inklusive ingenjörsgeologi), meteorologi, geokemi, geofysik och andra geovetenskaper. Den förlitar sig på data från matematik, fysik och kemi och använder sig i stor utsträckning av deras forskningsmetoder.

Historisk information. Ackumuleringen av praktisk kunskap om grundvatten, som började i antiken, accelererade med tillkomsten av städer och bevattnat jordbruk. Konsten att bygga grävda brunnar på flera tiotals meter djupa var känd 2-3 tusen år f.Kr. e. i Egypten, Centralasien, Indien, Kina och andra länder. Det finns information om behandling med mineralvatten under samma period.

Under det 1:a årtusendet f.Kr. e. början av vetenskapliga idéer om egenskaperna hos naturliga vatten, deras ursprung, ackumuleringsförhållanden och vattencykeln på jorden dök upp (i antikens Grekland - Thales (VII-VI århundraden f.Kr.), Aristoteles (IV århundraden f.Kr.); i antikens Rom - Lucretius , Vitruvius (1:a århundradet f.Kr.), etc.).

Studiet av grundvatten underlättades av utbyggnaden av arbete relaterat till vattenförsörjning, konstruktion av fångststrukturer (till exempel kariz bland folken i Kaukasus och Centralasien) och utvinning av saltvatten för avdunstning av salt genom att gräva brunnar och sedan borrning (rysslands territorium, XII-XVII århundraden). Begreppen icke-tryck, tryck (stigande från botten och upp) och självströmmande vatten uppstod. Den senare fick på 1100-talet. namn artesian (från provinsen Artois i Frankrike). Under renässansen och senare, verk av västeuropeiska forskare Agricola, Palissy, Steno och andra ägnades åt grundvatten och dess roll i naturliga processer I Ryssland, de första vetenskapliga idéerna om grundvatten som naturliga lösningar, deras bildande genom infiltration av atmosfäriska. nederbörd och grundvattnets geologiska aktivitet uttrycktes av M. V. Lomonosov i hans essä "Om jordens lager" (1763). I slutet av 1800-talet - början av 1900-talet. mönster för distribution av grundvatten identifierades (V.V. Dokuchaev, P.V. Ototsky) och en karta över grundvattenzonering i den europeiska delen av Ryssland sammanställdes. Fram till mitten av 1800-talet. Studiet av grundvatten utvecklades som en integrerad del av geologin. Sedan isoleras det till en separat disciplin, som sedan blir mer och mer differentierad. I bildandet av hydrogeologi spelades en stor roll av de franska ingenjörerna L. Darcy, J. Dupuis, Chezy, de tyska forskarna E. Prinz, K. Keilhack, X. Hoefer och andra, de amerikanska forskarna A. Hazen, C. Slichter , O. Meinzer, A. Lane och andra, ryska geologer S.P. Nikitin, I.V. Mushketov och andra Systematisk geologisk undersökning utförd av den geologiska kommittén spelade en stor roll i utvecklingen av hydrogeologi i Ryssland. Därefter blev hydrogeologisk forskning utbredd. Studiet av grundvatten blev systematiskt, ett nätverk av hydrogeologiska institutioner skapades och utbildning av hydrogeologiska specialister organiserades. Industrialiseringen av landet satte fart på utvecklingen av hydrogeologisk forskning för centraliserad vattenförsörjning till nya städer, stora anläggningar och fabriker. Under de följande åren har hydrogeologi utvecklats till ett mångfacetterat område av geologisk kunskap, där många grenar började utvecklas:

- allmän hydrogeologi;
- Grundvattendynamik;
- doktrinen om grundvattnets regim och balans;
- hydrogeokemi;
- läran om mineral-, industri- och termiska vatten;
- läran om sökning och utforskning av grundvatten;
- återvinningshydrogeologi;
- hydrogeologi av mineralfyndigheter;
- regional hydrogeologi.

Allmän hydrogeologi studerar grundvattnets ursprung, dess fysikaliska och kemiska egenskaper och interaktion med värdbergarter. Kreativa bidrag till detta område av hydrogeologi gjordes av sovjetiska forskare A. F. Lebedev, A. N. Buneev, V. I. Vernadsky och andra, den österrikiska geologen E. Suess, den amerikanska forskaren A. Lane, den tyske hydrogeologen X. Höfer och andra av grundvatten i samband med historien om tektoniska rörelser, processer för sedimentering och diagenes gjorde det möjligt att klargöra historien om deras bildning och bidrog till uppkomsten på 30-40-talet. XX-talet ny gren av allmän hydrogeologi - paleohydrogeologi(studiet av underjordiska vatten från tidigare geologiska epoker).

Hydrogeokemi studerar processerna för bildandet av den kemiska sammansättningen av grundvatten och mönstren för migration av kemiska element i det. Teoretiska premisser bygger på moderna idéer om naturliga vattens struktur, förekomsten av kemiska grundämnen i jordskorpan och bergarterna, begreppet clarks, migrationsfaktorer, ackumulering, sedimentation och spridning av olika grundämnen och deras isotoper i naturliga vatten, grundvattnets gassammansättning och andra egenskaper. Grunden för hydrogeokemi lades av V.I Vernadskys verk på 30-talet. XX-talet Denna industri tog äntligen form på 40-talet. XX-talet

Grundvattendynamik är en gren av hydrogeologin som överväger de teoretiska grunderna och metoderna för att studera de kvantitativa mönstren för grundvattnets regim och balans. Ur metodologiska konstruktioner baserade på teorin om filtrering är denna gren oupplösligt kopplad till hydraulik och hydromekanik. I utländsk litteratur är begreppet grundvattendynamik ofta frånvarande de flesta frågor som är relaterade till det beaktas av grundvattenhydrologi.

En viktig roll i utvecklingen av teorin om grundvattendynamik spelades i vårt land av N. E. Zhukovsky, N. N. Pavlovsky, G. N. Kamensky och andra, och utomlands av J. Dupuis och L. Darcy (Frankrike), A. Till (Tyskland), F. Forchheimer (Österrike), C. Slichter, C. Hayes, M. Masket, R. de Uist (USA).

Många principer för grundvattendynamik, huvudsakligen relaterade till hydromekaniska problem, fastställdes under andra hälften av 1800-talet - början av 1900-talet. forskare som arbetar inom området hydraulik och teoretisk mekanik - de franska forskarna D. Darcy och J. Dupuis, som etablerade den linjära filtreringslagen, den ryska forskaren N. E. Zhukovsky, som arbetade med teorin om grundvattenrörelser, etc. Moderna grunder för teorin och praxis av underjordisk dynamik vatten fastställdes huvudsakligen av sovjetiska forskare som utförde forskning på 20-30-talet. XX-talet forskning om att lösa problem inom vattenteknik. N. N. Pavlovsky identifierade problem med grundvattendynamik i samband med vattenbyggnadskonstruktion, G. N. Kamensky studerade problemen med att koppla grundvattendynamik med geologiska förhållanden, frågor om grundvattenrörelser i heterogena lager, utvecklade en metod för att beräkna grundvattenbakvatten etc. För I utvecklingen av grundvattendynamik, är studiet av frågor om underjordisk petroleumhydraulik (gas-hydrodynamik), påbörjat i vårt land av L. S. Leibenzon, av stor betydelse.

I den moderna perioden:

- kännetecknas av aktiv användning av hydrodynamiska beräkningar och prognoser baserade på dem i nästan alla hydrogeologiska studier;
- Utvecklingen av en metod för att beräkna stationär filtrering har slutförts och den teoretiska grunden för att förutsäga grundvattenbakvatten i områden med hydrauliska strukturer och bevattnade områden har utvecklats.
- Metoder för att bedöma operativa grundvattenreserver är underbyggda.
- huvudinriktningarna för forskningen om den regionala dynamiken hos djupa och interagerande akviferer formuleras.

Effekten av mänsklig ekonomisk aktivitet på grundvattnet leder till behovet av att överväga komplexa beräkningsscheman, därför, förutom analytiska beräkningsmetoder, används metoder för matematisk modellering på en dator i stor utsträckning. Detta möjliggör att hydrogeologiska beräkningar kan utföras med största möjliga hänsyn till den naturliga situationen och alla driftsfaktorer.

Tillsammans med lösningen av direkta hydrogeodynamiska problem, där en prognos för grundvattnets regim och balans ges, i grundvattnets dynamik, övervägs lösningar på omvända problem - återställande av parametrarna för filtreringsschemat baserat på data om regimen av grundvatten (till exempel under långvarig drift av stora grundvattenintag, i områden med reservoarer, stenbrott). En ny riktning som studerar de fysikalisk-kemiska processer som sker under interaktionen mellan grundvatten och dess värdbergarter blir viktig för studiet av grundvattenföroreningar och underbyggandet av hydrogeokemiska metoder för att söka efter mineraler.

I mitten av 1900-talet. stod ut som en självständig riktning radiohydrogeologi- studie av migration av radioaktiva ämnen i grundvatten (arbeten av A.P. Vinogradov, A.V. Shcherbakov).

Läran om mineral-, industri- och termiska vatten.

Studien av mineralvatten undersöker mineralvattens kemiska sammansättning och ursprung, deras klassificering i huvudsakliga genetiska typer, skapar en uppfattning om mineralvattens avlagringar och resurser och löser problemen med deras praktiska användning (främst för resort- och sanatoriebehandling ). Vatten med hög halt av olika grundämnen (jod, brom, bor, strontium, litium, radium, etc.), som kallas industriella, studeras för att extrahera de specificerade grundämnena från dem. Studien, sökningen och utforskningen av avlagringar av termiska och överhettade vatten utförs för att använda dem för fjärrvärme av städer och tätorter.

Studiet av sökning och utforskning av grundvatten är förknippat med utvecklingen av metoder för att identifiera avlagringar av grundvatten som är lämpliga för att organisera vattenförsörjning, bevattning och andra praktiska ändamål; deras kvantitativa och kvalitativa bedömning; lösa problem som uppstår under byggandet av tekniska strukturer, dränering och bevattning. Metodiken för hydrogeologisk forskning utvecklades i samband med sökning och prospektering av grundvatten.

Återvinningshydrogeologi utvecklar metoder för att förbättra de hydrogeologiska förhållandena i bevattnade och dränerade territorier för deras mest rationella jordbruksutveckling. Frågor om återvinningshydrogeologi (bestämma bevattningsnormer, tillhandahålla vatten till jordbruksgrödor, förutsäga grundvattenregimen, bekämpa jordförsaltning, etc.) är viktiga för det stora territoriet i den torra zonen på jorden.

Hydrogeologi av mineralfyndigheter handlar om studiet av grundvatten i relation till uppgifterna för geologisk och industriell bedömning av fyndigheter, deras utveckling och utveckling. Två riktningar utvecklas: hydrogeologi av fasta mineralfyndigheter Och hydrogeologi av olje- och gasfält, vilket förklaras av detaljerna i utforskning, utveckling och produktion av dessa mineraler. Sticker ut gruvans hydrogeologi, utveckla åtgärder för att bekämpa grundvatten.

Regional hydrogeologi studerar grundvattenfördelningsmönstren i olika naturförhållanden i samband med geologiska strukturer. Den är utvecklad på basis av hydrogeologisk kartläggning av olika skalor - från 1:500 000 till 1:10 000, baserat på geologiska undersökningar. Tillsammans med kartor över enskilda regioner sammanställs konsoliderade hydrogeologiska kartor över vårt lands territorium. Som ett resultat av regionala studier skapas många allmänna och specialkartor (fig. 43, 44). På basis av regional hydrogeologi utvecklades doktrinen om horisontell och vertikal zonindelning.

Ris. 43.

Grundvatten är vatten som finns i bergskikten i den övre delen av jordskorpan i flytande, fast och ånga tillstånd. Beroende på arten av hålrummen i de vattenförande bergarterna delas grundvattnet in i porvatten - i sand, småsten och andra klastiska bergarter, sprickor (ven) - i stenar (graniter, sandsten) och karst (sprickkarst) - i lösliga bergarter (kalkstenar, dolomiter, gips, etc.).

Grundvatten som rör sig under påverkan av gravitationen kallas gravitation, eller gratis, i motsats till vatten bundet och hållet av molekylära krafter - hygroskopisk, film, kapillär Och kristallisation. Lager av stenar mättade med gravitationsvatten bildar akviferer eller skikt. Grundvatten har olika grader av permeabilitet och utbyte (förmågan att rinna ut ur akviferer under påverkan av gravitationen). Den första permanent existerande oavgränsade akvifären från jordens yta kallas grundvattenhorisont. Direkt ovanför deras yta - grundvattenytan- kapillärvatten är vanliga, vilket kan vara upphängd, det vill säga inte kommunicera med honom. Hela utrymmet från jordens yta till grundvattenytan kallas luftningszon, där den äger rum

22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 1 1 Yu 9 8 7 6 5 4 3 2

2 4 6 8 10 12 14 16 18

Ris. 44. Karta över grundvattenytans djup, konstruerad med GIS-teknik.

vattenläckage från ytan. I denna zon bildas tillfälliga ansamlingar av grundvatten, som kallas högt vatten. Akviferer som ligger under grundvattnet separeras från dem med lager av vattentäta ( vattentät) eller lågpermeabilitetsstenar och kallas horisonter av interstratala vatten. De är vanligtvis under hydrostatiskt tryck (artesiska vatten), mer sällan har de en fri yta och är fria från tryck (fritt rinnande vatten). Området för laddning av interstratala vatten är beläget på platser där vattenförande stenar når ytan (eller på platser där de är grunda); återladdning sker också genom flödet av vatten från andra akviferer.

Grundvatten är en naturlig lösning som innehåller över 60 kemiska grundämnen (i de största mängderna - K, N3, Ca, IU, Fe, Al, Cl, 8, C, 81, Li, O, H), såväl som mikroorganismer (oxiderande och minska olika ämnen). Grundvatten är som regel mättat med gaser (CCb, Cb, N2, C2H2, etc.). Beroende på graden av mineralisering delas grundvatten (enligt V.I. Vernadsky) i färskt (upp till 1 g/l), bräckt (från 1 till 10 g/l), saltlösning (från 10 till 50 g/l) och underjordiskt saltlösningar (över 50 g/l). I senare klassificeringar inkluderar underjordiska saltlösningar vatten med en mineralisering på mer än 36 g/l. Enligt temperaturdata skiljer de mellan underkyld (under 0 °C), mycket kall (från 0 till -4 °C), kall (från -4 till -20 °C), varm (från 4 till 37 °C), varmt (från 37 upp till 50 ° C), mycket varmt (från 50 till 100 ° C) och överhettat (över 100 ° C) grundvatten.

Baserat på deras ursprung finns det flera typer av grundvatten.

Infiltrationsvatten bildas på grund av läckage av regn, smälta och flodvatten från jordens yta. I sammansättning är de övervägande kolkarbonat-kalcium Och magnesium När gipshaltiga stenar urlakas, kalciumsulfat och under upplösningen av salthaltiga mineraler - natriumkloridvatten.

Kondenserande grundvatten bildas som ett resultat av kondensering av vattenånga i porer eller sprickor i stenar.

Sedimentationsvatten bildas i processen för geologisk sedimentering och representerar vanligtvis modifierade nedgrävda vatten av marint ursprung - natriumklorid, kalcium-natriumklorid, etc. Dessa inkluderar även nedgrävda saltlösningar från saltbassänger, samt ultrafärska vatten av sandlinser i moränavlagringar. Vatten som bildas av magma under dess kristallisering och under metamorfos av bergarter kallas magmatisk, eller juvenil(enligt E. Suesss terminologi).

En av indikatorerna för de naturliga förhållandena för bildandet av grundvatten är sammansättningen av gaser som är lösta i dem och frigörs fritt. De övre akvifererna med en oxiderande miljö kännetecknas av närvaron av syre och kväve för de nedre delarna av sektionen, där en reducerande miljö dominerar, gaser av biokemiskt ursprung (vätesulfid, metan) är typiska. I tektoniskt aktiva områden är vatten mättade med koldioxid vanligt (koldioxidvatten i Kaukasus, Pamirs, Transbaikalia). Kanske är vattenmättnaden med koldioxid förknippad med termometamorfism, som frigör CO2. Nära vulkankratrar finns sura sulfatvatten (så kallade fumarolbad).

I många vattentryckssystem, som ofta är stora artesiska bassänger, urskiljs tre zoner, som skiljer sig åt i intensiteten av vattenutbytet med ytvatten och grundvattnets sammansättning. De övre och marginella delarna av bassängerna är vanligtvis upptagna av infiltrerande sötvatten. Det finns zoner med aktivt vattenutbyte (enligt N.K. Ignatovich), eller aktiv cirkulation. I de centrala djupa delarna av bassängerna finns en zon med mycket långsamt vattenutbyte, eller stagnation, där mycket mineraliserat vatten är vanligt. I den mellanliggande zonen av relativt långsamt eller svårt vattenutbyte utvecklas blandvatten av olika sammansättning.

Grundvattnets spridningsmönster beror på många geologiska och fysisk-geografiska faktorer. Artesiska bassänger och sluttningar utvecklas inom plattformar och marginella dalar (till exempel de västsibiriska, Moskvas och baltiska artesiska bassängerna). På plattformarna finns stora områden med en högt upphöjd prekambrisk kristallin grund, kännetecknad av utvecklingen av sprickvatten (ukrainskt kristallint massiv, Anabar-massivet, etc.), i vikta bergsområden - grundvatten av spricktyp.

Speciella hydrogeologiska förhållanden som bestämmer cirkulationens natur och grundvattnets sammansättning skapas i områden med utveckling av permafrostbergarter, där supra-permafrost, inter-permafrost och sub-permafrostvatten bildas.

Grundvatten är en del av jordens vattenresurser. De totala grundvattenreserverna på land är över 60 miljoner km3. De betraktas som en mineraltillgång. Till skillnad från andra typer av mineraler är grundvattenreserver förnybara under exploatering. Områden med akviferer eller deras komplex, inom vilka det finns förutsättningar för val av grundvatten av en viss sammansättning som uppfyller etablerade standarder, i mängder som är tillräckliga för deras ekonomiskt genomförbara användning, kallas grundvattenavlagringar.

Baserat på arten av deras användning är grundvatten uppdelat i Ryssland i hushåll, dricksvatten, tekniskt, industriellt, mineralvatten Och termiska vatten. Till grundvatten av hushålls- och drickstyp ingår färskvatten som uppfyller villkoren (med vissa smakegenskaper och inte innehåller ämnen och mikroorganismer som är skadliga för människors hälsa). Industrivatten med hög halt av enskilda kemiska grundämnen (I, Br, B, 1L, etc.) är av intresse för olika industrier. Grundvatten som innehåller specifika komponenter (gaser, mikrokomponenter) används för medicinska ändamål och som bordsdrycker.

I vissa fall orsakar grundvatten sumpning och översvämning av territorier, jordskred, sättningar av jord under tekniska strukturer och komplicerar gruvdrift och gruvdrift i gruvor och stenbrott. För att minska inflödet av grundvatten till området för industrianläggningar använder de dränering, dränering Och dränering av avlagringar.

Många kvalitativa och kvantitativa indikatorer på grundvattenparametrar (nivå, tryck, flöde, kemikalie Och gassammansättningar, temperaturer etc.) är föremål för kortsiktiga, säsongsbetonade, långsiktiga och sekulära förändringar som bestämmer grundvattnets regim. Den senare återspeglar processen för bildning av grundvatten i tid och inom ett visst utrymme under påverkan av olika naturliga regimbildande faktorer: klimatiska, hydrologiska, geologiska, hydrogeologiska och faktorer skapade som ett resultat av mänsklig aktivitet.

De största fluktuationerna i regimelement observeras i grunt grundvatten.

I Ryssland sammanställs årligen prognoser för grundvattenregimen för minimi-, max- och höstvattennivåerna före våren i området för intensivt vattenutbyte. Prognoser ges ut i form av kartor som visar förändringar i grundvattennivåer.

Källor till grundvatten - källor, källor och naturliga utlopp av grundvatten på jordens yta (på land eller under vatten). Bildandet av källor kan orsakas av olika faktorer: korsningen av akviferer med negativa former av modern relief (till exempel floddalar, raviner, raviner och sjöbassänger), geologiska och strukturella egenskaper i området (närvaron av sprickor, zoner) av tektoniska störningar, kontakter av magmatiska och sedimentära bergarter), filtreringsheterogenitet hos vattenförande bergarter, etc.

I synnerhet på territoriet för staden Penza och dess omgivningar hittades flera aktivt levande neotektoniska zoner, identifierade av författarna (Klimov, Klimova, 1997, 2006). Dessa zoner utvecklas i områden med lättnadsböjar och spåras av fjäderutlopp längs förkastningens hela längd. Längden på dessa diskontinuerliga strukturer sträcker sig från flera meter till 15 km. Den senare strukturen sträcker sig längs Bezymyanny-strömmen i norra Penza och är synlig på satellitbilden från infiltrationsavdunstning från marken. Den maximala flödeshastigheten för fjädrarna i Penza är 4 l/s (Samovarnik fjäder). Djupet av förekomsten av ytnära fel är inte mer än 50 m, mindre ofta - djupare, till exempel längs bädden av Staraya Sura-floden, vilket indikeras av närvaron av mineraliserat vatten i Akhuny, lyft av en brunn från en djup på flera hundra meter.

Det finns flera klassificeringar av källor. Enligt klassificeringen av den inhemska hydrogeologen A. M. Ovchinnikov särskiljs tre grupper av källor enligt typen av grundvattenförsörjning.

1. Källor som matas av uppflugna vatten är vanligtvis belägna i luftningszonen och har kraftiga fluktuationer i flödeshastighet (upp till fullständigt försvinnande under torrperioden), kemisk sammansättning och vattentemperatur.
2. Källor som matas av grundvatten kännetecknas av stor beständighet över tid, men är också föremål för säsongsmässiga fluktuationer i flödeshastighet, sammansättning och temperatur; de är indelade i erosion (uppträder som ett resultat av fördjupning av flodnätet och öppning av akviferer), kontakt (förknippad med kontakter av bergarter med olika permeabilitet) och bräddavlopp (vanligtvis stigande, förknippad med facies variabilitet av lager eller tektoniska störningar).
3. Källor till artesiska vatten kännetecknas av regimens största konstanthet; de är belägna i utloppsområden för artesiska bassänger.

Beroende på lägesfunktionerna kan alla källor delas in i ständigt, säsongsvis Och rytmiskt agerande. Att studera källornas regim är av stor praktisk betydelse när man använder dem för dricksvatten och medicinskt vatten.

Enligt hydrodynamiska egenskaper är källor uppdelade i två typer: fallande, matad av fritt strömmande vatten, och stigande, matad av tryckvatten (artesiska).

Källor förknippade med porösa bergarter är fördelade mer eller mindre jämnt på platser där akvifären når ytan. Fjädrar i spruckna bergarter är belägna i skärningspunkten mellan sprickor och jordens yta. Källorna till karstområdena kännetecknas av betydande fluktuationer i regimen i samband med mängden nederbörd.

Temperaturen på vattnet i källorna beror på grundvattnets djup, tillförselkanalernas beskaffenhet, källans geografiska och hypsometriska läge och temperaturregimen för substratet där grundvattnet finns. I området för utveckling av permafrostbergarter finns källor med en temperatur på cirka 0 °C. I områden med ung vulkanism är varma källor vanliga, ofta med en pulserande regim.

Den kemiska och gassammansättningen av källvatten är mycket varierande; den bestäms huvudsakligen av sammansättningen av det utsläppta grundvattnet och de allmänna hydrogeologiska förhållandena i området. Registrering av det naturliga utloppet av vatten från olika källor kallas deras fångst.

Vattenpermeabilitet hos stenar är stenarnas förmåga att passera vatten. Graden av vattengenomsläpplighet beror på storleken och antalet sammankopplade porer och sprickor, samt på platsen för bergkorn. Välgenomsläppliga bergarter inkluderar småsten, grus, grov sand, intensiv karst och spruckna stenar. Nästan ogenomträngliga (vattentäta) bergarter är leror, täta lerarter, icke spruckna kristallina, metamorfa och täta sedimentära bergarter.

Vattenpermeabiliteten för stenar kan bestämmas av filtreringshastigheten lika med mängden vatten som strömmar genom en enhetstvärsnittsarea av filterberget. Detta beroende uttrycks av Darcy-formeln:

där V är filtreringshastigheten; Till- filtreringskoefficient; / -tryckgradient lika med tryckfallsförhållandet N till filtreringsvägens längd b

Jag = Иь.

Filtreringskoefficienten har dimensionen hastighet (cm/s, m/dag). Således är filtreringshastigheten med en tryckgradient lika med ett identisk med filtreringskoefficienten.

På grund av det faktum att vatten i bergarter kan röra sig under påverkan av olika orsaker (hydrauliskt tryck, gravitation, kapillär, adsorption, kapillär-osmotiska krafter, temperaturgradient, etc.), kan de kvantitativa egenskaperna hos bergarternas vattenpermeabilitet uttryckas inte bara genom filtreringskoefficienten, utan även koefficienter vattenledningsförmåga Och piezoelektrisk konduktivitet. I hydrogeologiska studier och beräkningar är v(produkten av filtreringskoefficienten och akvifärens tjocklek) en indikator på bergets filtreringskapacitet.

Beroende på den geologiska strukturen kan akviferer i filtreringstermer vara isotropisk, när vattenledningsförmågan är densamma i vilken riktning som helst, och anisotropisk, kännetecknas av en naturlig förändring av vattenpermeabiliteten i olika riktningar.

Studiet av vattenpermeabiliteten hos bergarter är nödvändigt vid sökning och utforskande av grundvatten för vattenförsörjning, vid konstruktion av hydrauliska konstruktioner, vid utnyttjande av olika typer av grundvatten, vid beräkning av tillåtna vattennivåsänkningar och vattenbrunnars påverkansradier, vid design och genomförande av dränering. och bevattningsåtgärder.

En akvifer är ett eller flera lager av permeabla stenar vars porer, sprickor eller andra tomrum är fyllda med underjordiskt vatten. Flera akviferer, hydrauliskt förbundna med varandra, bildar ett akviferkomplex.

Verkhovodka är fririnnande grundvatten som ligger närmast jordens yta och inte har en kontinuerlig fördelning. Uppflugen vatten bildas på grund av infiltration av atmosfäriskt vatten och ytvatten som hålls kvar av ogenomträngliga eller svagt genomsläppliga skikt och linser, samt som ett resultat av kondensering av vattenånga i stenar. Sådana underjordiska vatten kännetecknas av säsongsbetonad existens: i torra tider försvinner de ofta, och i perioder av regn och intensiv snösmältning dyker de upp igen; är föremål för kraftiga fluktuationer beroende på hydrometeorologiska förhållanden (mängd nederbörd, luftfuktighet, temperatur, etc.). Högvatten är också vatten som tillfälligt uppstår i träskformationer på grund av överskottsnäring av träsk. Ofta uppstår uppflugen vatten till följd av vattenläckor från vattenförsörjningssystem, avlopp, simbassänger och andra vattenförande anordningar, vilket kan leda till att området svämmar över, översvämningar av grunder och källare. I området för utbredning av permafroststenar hör uppflugen vatten till supra-permafrostvatten.

Verkhodka-vatten är vanligtvis färskt, lätt mineraliserat, men är ofta förorenat med organiska ämnen och har ett högt innehåll av järn och kiselsyra. Verkhodka kan som regel inte fungera som en bra källa till vattenförsörjning. Vid behov vidtas dock åtgärder för att artificiellt bevara uppflugen vatten: bygga dammar; avledningar från floder som ger konstant kraft till driftbrunnar; plantera vegetation som fördröjer snösmältningen; skapande av vattentäta broar, etc. I ökenområden, genom att konstruera spår i leriga områden - takyrer, avleds atmosfäriskt vatten till det intilliggande sandområdet, där en lins av uppflugen vatten skapas, som innehåller en viss tillgång på färskvatten.

Fritt strömmande vatten är vatten i markmagasin, vattendrag och ledningar när de inte är helt fyllda, samt underjordsvatten som har fri yta (vattenspegel). Underjordiska friflödesvatten är antingen belägna i det första permeabla lagret från jordens yta, och bildar uppflugen vatten och grundvatten, eller så mättar de det permeabla lagret av stenar som ligger mellan vattentåliga stenar (lager), utan att nå dess vattentäta tak - så - kallat interstratalt fritt flödesvatten. För praktiken är det viktigt att nivån av fritt flödesvatten i underjordiska gruvdrift (borrhål, brunnar, gropar, etc.) utan pumpning fastställs på djupet av utseendet av grundvatten, i motsats till tryckvatten, vars nivå etableras under den punkt där akvifären öppnas.

Artesiska vatten (från namnet på den franska provinsen Artois (lat. AMeBsht), där dessa vatten har använts länge) - underjordiskt vatten inneslutet mellan akviferlager och under hydrauliskt tryck. De förekommer huvudsakligen i pre-antropogena avlagringar, inom stora geologiska strukturer, och bildar artesiska bassänger.

Artesiska vatten som öppnas på konstgjord väg stiger över akvifärens tak. Med tillräckligt tryck rinner de ut på jordens yta, och ibland till och med fontänen. Linjen som förbinder märkena för den konstanta trycknivån i brunnarna bildar en piezometrisk nivå.

Till skillnad från grundvatten, som deltar i modernt vattenutbyte med jordens yta, är många artesiska vatten uråldriga, och deras kemiska sammansättning återspeglar vanligtvis bildningsförhållandena. Ursprungligen var artesiska vatten associerade med trågliknande strukturer. Emellertid är förhållandena under vilka dessa vatten bildades mycket olika; De kan ofta hittas i böjliknande asymmetriska monoklinala bäddar av strata. I många områden är artesiska vatten begränsade till ett komplext system av sprickor och förkastningar.

Inom artesiska bassängen urskiljs tre områden: tillförsel, tryck och utsläpp (Fig. 45, 1). I uppladdningsområdet är akvifären vanligtvis förhöjd och dränerad, så vattnet här har en fri yta; i tryckområdet ligger nivån till vilken vattnet kan stiga ovanför akvifärens tak. Det vertikala avståndet från akvifärens topp till denna nivå kallas huvudet.

Rak lättnad

Akviferer

horisonter

Vattentät

Vattennivå

Ris. 45. Artesisk pool:

1 - diagram över strukturen av en artesisk bassäng: A- gränser för distribution av artesiska vatten: A- matområde, b- tryckområde, V- lossningsområde; B- Gränser för distribution av grundvatten; N- trycknivå över markytan; // 2 - trycknivå under jordytan; 2 - typer av artesiska bassänger (BSE).

Till skillnad från uppladdningsområdet, där akvifärens tjocklek varierar beroende på meteorologiska faktorer, är tjockleken på den artesiska horisonten konstant över tiden i tryckområdet. I gränsen mellan påfyllningsområdet och tryckområdet kan, beroende på mängden inkommande atmosfärsvatten under olika årstider, en tillfällig övergång av vatten med fri yta till tryckvatten ske. I utsläppsområdet når vattnet jordens yta i form av stigande källor. Om det finns flera akviferer kan var och en av dem ha sin egen nivå, bestäms av villkoren för laddning och vattenflöde. När den synklinala förekomsten av lager motsvarar relieffördjupningar ökar trycken i de nedre horisonterna; när reliefen stiger är de piezometriska nivåerna för de nedre horisonterna belägna på lägre höjder (se fig. 45, 2). Om två akviferer är anslutna genom ett borrhål eller en brunn, strömmar artesiskt vatten med omvänd relief från den övre horisonten till den nedre.

Det finns en artesisk bassäng och en artesisk sluttning (bild 46). I en artesisk bassäng ligger laddningsområdet i anslutning till tryckområdet; längre längs riktningen för det underjordiska flödet finns ett område för utsläpp av tryckhorisonten. I en artesisk sluttning ligger den senare intill utfodringsplatsen.

Avlastningsområde

Vattenförande

Hydroisohypses ---Hydroisopies -

Riktning av vattnets rörelse

Ris. 46. Schema för den artesiska sluttningen (AS).

Varje stor artesisk bassäng innehåller vatten av olika kemisk sammansättning: från mycket mineraliserat saltlösningar kloridtyp till färskt, lätt mineraliserat vatten av kolkarbonattyp. De förra ligger vanligtvis i de djupa delarna av bassängen, de senare - i de övre lagren. Färskvatten i de övre akvifererna bildas som ett resultat av infiltration av atmosfärisk nederbörd och urlakningsprocesser. Djupa, mycket mineraliserade artesiska vatten är förknippade med förändrade vatten i gamla marina bassänger.

På grund av den stora variationen av hydrogeologiska förhållanden kallas artesiska bassänger ibland för vattentryckssystem. Det största vattenpumpsystemet i vårt land är den västsibiriska artesiska bassängen med en yta på 3 miljoner km."

Artesian bassin - en bassäng med grundvatten inom en eller flera geologiska strukturer som innehåller instängda akviferer. De största artesiska bassängerna i Ryssland är Västsibirien, Moskva, Kaspiska havet, etc.; utomlands - australiensisk. Stora bassänger med tryckvatten finns i Nordafrika, såväl som i den östra delen av Australien.

Moskva artesiska bassängen- artesiska bassängen i mitten av den östeuropeiska slätten. I geostrukturella termer hör den till den sydvästra delen av Moskva-syneklisen. Bassängområdet är cirka 360 tusen km.” Akviferkomplex är begränsade till tjockleken av karbonat-terrigena stenar från tidig kambrium till kvartär ålder, liggande på en vikt kristallin källare; i enlighet med den allmänna sättningen av grunden från sydväst till nordost varierar tjockleken på sedimentära avlagringar från 100-300 till 4000-4500 m. Moskvas artesiska bassäng kännetecknas av närvaron av tre vertikala zoner, som skiljer sig i egenskaperna hos hydrodynamiska. och hydrokemiska förhållanden.

Den övre zonen - en zon med intensivt vattenutbyte (intensivt underjordiskt flöde) - kännetecknas av goda förhållanden för infiltration av atmosfäriskt vatten, växelverkan mellan enskilda akviferer och den hydrauliska kopplingen av grundvatten med ytvattendrag och reservoarer. Förhållandena för näring, flöde, utsläpp och bildande av grundvattenresurser är nära relaterade till egenskaperna hos topografin, klimatet och dräneringseffekten av flodnätverket. Denna zon med en tjocklek på 250-300 m innehåller övervägande färskvatten (upp till 1 g/l) av kolväteklassen.

Nedanför finns en zon med svårt vattenutbyte, där grundvattnets rörelse är mycket långsam på grund av det stora djupet, svag påverkan av flodavlopp och lätt sprickbildning av stenar. Avlägsnandet av salter är svårt; sulfater och klorider dominerar i vattensammansättningen. Vattnet är bräckt och salt med en mineralisering från 5-10 till 50 g/l. Zonens tjocklek är 300-400 m.

I de djupaste delarna av artesiska bassängen finns en zon med mycket långsamt vattenutbyte. Hastigheten på vattenrörelsen och processerna för att tvätta stenar här är försumbara, saltlösningar med hög koncentration utvecklas - från 50 till 270 g/l, vattnets sammansättning är klorid, natrium, tjockleken varierar från 400-500 till 1600- 2000 m i bassängens mest hängande delar.

Det färska grundvattnet i bassängen har länge varit en av vattenförsörjningskällorna för Moskva och hela den centrala industriregionen i den europeiska delen av Ryssland. Grundvattenresurserna i Moskvas artesiska bassäng står för upp till 40% av de totala vattenresurserna i bassängen. 15-20 % av nederbörden används för att mata akviferer. De största resurserna finns i kolakviferer, som används i stor utsträckning för drycker och industriella ändamål.

Saltvatten och saltlösningar från zoner med svårt och långsamt vattenutbyte, främst relaterade till devoniska och permiska avlagringar, används för medicinska och balneologiska ändamål (Staraya Russa, Kashin, etc.). Lågmineraliserat vatten (4 g/l) från de övre devoniska horisonterna i Moskva-regionen är känt som "Moskva mineralvatten".

Underjordiska saltlösningar - grundvatten som innehåller lösta mineraler i höga koncentrationer. Enligt vissa klassificeringar inkluderar underjordiska saltlösningar vatten med en mineralisering på över 50 g/l, enligt andra - över 36 g/l (baserat på salthalten i vattnet i världshavet). Underjordisk saltlake är utbredd i sedimentära bassänger, där de vanligtvis ligger under söt- och saltvatten och är begränsade till den tjockaste delen av sedimentäcket. Till exempel, i bassängerna i den östeuropeiska plattformen, varierar tjockleken på zonen av färskt grundvatten från 25 till 350 m, saltvatten - från 50 till 600 m, saltvatten - från 400 till 3000 m underjordisk saltlösning i sedimentära skikt som ligger under botten av vissa hav (Röda och Kaspiska havet, Mexikanska golfen, etc.) och inom hyllorna (till exempel nära Floridahalvön), såväl som i zonen för hypergenspräckning av kristallina sköldar (Östersjön) , ukrainska, kanadensiska). I torra områden mättar underjordiska saltlösningar bottensedimenten i interna dräneringsreservoarer (till exempel Inders saltsjöar) och salta havsvikar och laguner (Kara Bogaz Gol, Bocana de Verila i Peru, sebkhas på Medelhavskusten i Afrika och Arabien) .

Enligt den dominerande anjonen, klorid, sulfat och hydrokarbonat underjordiska saltlösningar särskiljs. Av dessa är endast klorid (natrium, kalcium och magnesium) utbredd. I salthaltiga sedimentära bassänger, beroende på förekomstförhållandena, särskiljs suprasalt, intrasalt och subsalt underjordisk saltlösning (försalt underjordisk saltlösning är övervägande natrium, deras salthalt överstiger inte 300-320 g/l , intra-salt och sub-salt underjordiska saltlösningar är vanligtvis multi-komponent, deras salthalt är upp till 600 g/l l).

Underjordiska saltlösningar används för att få bordssalt, jod, brom, litium; är potentiella råvaror för utvinning av rubidium, cesium, bor och strontium. Vissa underjordiska saltlösningar används för medicinska ändamål i form av saltlakebad.

Termiska vatten (franska) termisk- varm, från grekiska. termo- värme, värme) - underjordiska vatten i jordskorpan med en temperatur på 20 ° C och över. Djupet av 20 °C isotermen i jordskorpan är från 1500-2000 m i områden med permafrost till 100 m eller mindre i subtropiska områden; vid gränsen till tropikerna når 20 °C isotermen ytan. I artesiska bassänger på ett djup av 2000-3000 m, kranvatten med en temperatur på 70-100 °C eller mer. I bergiga länder (till exempel Alperna, Kaukasus, Tien Shan, Pamir) kommer termiska vatten till ytan i form av många varma källor (temperaturer upp till 50-90 ° C), och i områden med modern vulkanism manifesterar de sig själva i form av gejsrar och ångstrålar (här avslöjar brunnar på ett djup av 500-1000 m vatten med en temperatur på 150-250 ° C), som producerar ång-vattenblandningar och ångor när de når ytan (Pauzhetka i Kamchatka, stora gejsrar i USA, Wairakei i Nya Zeeland, Larderello i Italien, gejsrar på Island etc.).

Kemikalien, gassammansättningen och mineraliseringen av termiska vatten varierar: från färskt och bräckt kolkarbonat och hydrokarbonatsulfat, kalcium, natrium, kväve, koldioxid och vätesulfid till salt och saltlakeklorid, natrium och kalciumnatrium, kväve- metan och metan, på vissa ställen svavelväte.

Sedan urminnes tider har termiska vatten använts för medicinska ändamål (romerska bad, Tadzjikistan, Tbilisi). I Ryssland används färska kvävetermiska bad, rika på kiselsyra, av kända orter - Belokurikha i Altai, Kuldur i Khabarovsk-territoriet, etc.; termiska koldioxidvatten - orterna i det kaukasiska mineralvattnet (Pyatigorsk, Zheleznovodsk, Essentuki), vätesulfid - So-chi-Matsesta-resorten (Sochi). Inom balneologi delas termiska vatten in i varma (subtermiska) 20-37 °C, termiska 37-42 °C och hypertermiska - över 42 °C.

I områden med modern och ny vulkanism i Italien, Island, Mexiko, Ryssland, USA och Japan, finns ett antal kraftverk som använder överhettat termiskt vatten med temperaturer över 100 °C. I Ryssland och andra länder (Bulgarien, Ungern, Island, Nya Zeeland, USA) används termiska vatten också för uppvärmning av bostads- och industribyggnader, uppvärmning av växthuskomplex, simbassänger och för tekniska ändamål (Reykjavik värms helt upp av värmen från termisk värme). vattnen). I Ryssland har värmeförsörjningen organiserats för mikrodistrikten i städerna Kizlyar, Makhachkala, Cherkessk; uppvärmning av växthuskomplex i Kamchatka och Kaukasus. Vid värmeförsörjning är termiska vatten uppdelade i lågtermisk - 20-50 °C, termisk - 50-75 °C, högtermisk - 75-100 °C.

Mineralvatten är underjordiska (ibland yt-) vatten som kännetecknas av ett högt innehåll av biologiskt aktiva mineraliska (mindre ofta organiska) komponenter och (eller) som har specifika fysikaliska och kemiska egenskaper (kemisk sammansättning, temperatur, radioaktivitet, etc.), på grund av vilka de har en terapeutisk effekt på människokroppen. Beroende på den kemiska sammansättningen och fysikaliska egenskaper används mineralvatten som ett externt eller internt botemedel.

Mönster för bildning och distribution av mineralvatten under jord. Processen för bildning av mineralvatten har ännu inte studerats tillräckligt. När man karakteriserar deras tillkomst, urskiljs ursprunget till själva underjordiska vattnet, gaserna som finns i det och jon-saltsammansättningen.

Bildandet av mineralvatten involverar processerna för infiltration av ytvatten, nedgrävning av havsvatten under sedimentering, frigörande av konstitutionellt vatten under regional och kontaktmetamorfos av stenar och vulkaniska processer. Sammansättningen av mineralvatten bestäms av historien om geologisk utveckling, arten av tektoniska strukturer, litologi, geotermiska förhållanden och andra egenskaper i territoriet. De mest kraftfulla faktorerna som formar gassammansättningen i mineralvatten är metamorfa och vulkaniska processer. De flyktiga produkterna som frigörs under dessa processer (CCL, HC1, etc.) kommer in i grundvattnet och gör det mycket aggressivt, vilket främjar urlakning av värdstenarna och bildandet av vattnets kemiska sammansättning, mineralisering och gasmättnad. Jon-saltsammansättningen av mineralvatten bildas med deltagande av processer för upplösning av saltbärande och karbonatavlagringar, katjonbyte etc.

Gaser lösta i mineralvatten tjänar som indikatorer på de geokemiska förhållanden under vilka bildandet av detta mineralvatten ägde rum. I den övre zonen av jordskorpan, där oxidativa processer dominerar, innehåller mineralvatten gaser av luftursprung - kväve, syre, koldioxid (i små volymer). Kolvätegaser och vätesulfid indikerar en reducerande kemisk miljö som är karakteristisk för jordens djupa inre; den höga koncentrationen av koldioxid gör att vi kan anse att vattnet har bildats under metamorfa förhållanden.

På jordens yta uppträder mineralvatten i form av källor och avlägsnas också från djupet av borrhål (djupet kan nå flera kilometer). För praktisk utveckling identifieras fyndigheter av underjordiskt mineralvatten med strikt definierade operativa reserver.

På vårt lands och främmande länders territorium särskiljs provinser av mineralvatten, som var och en kännetecknas av hydrogeologiska förhållanden, egenskaper hos geologisk utveckling, ursprung och fysiska och kemiska egenskaper hos mineralvatten.

Ganska isolerade reservoarsystem av artesiska bassänger är provinser av salt- och saltvatten med varierad jonisk sammansättning med mineralisering upp till 300-400 g/l (ibland upp till 600 g/l); de innehåller reducerande gaser (kolväten, vätesulfid, kväve). Vikta regioner och områden med föryngrade plattformar motsvarar provinser av koldioxidmineralvatten (kallt och termiskt) med olika grader av mineralisering. Yttrandeområdena för de senaste tektoniska rörelserna tillhör provinsen kväve, svagt mineraliserade alkaliska, ofta kiselhaltiga termiska vatten etc. Rysslands territorium är särskilt rikt på koldioxidmineralvatten (kaukasiska, Transbaikal, Primorsky, Kamchatka och andra provinser). ).

Beroende på den strukturella platsen och tillhörande hydrodynamiska och hydrogeokemiska förhållanden i vårt land särskiljs följande typer av mineralvattenavlagringar: avlagringar av artesiska plattformsbassänger (Kashinskoye, Starorusskoye, Tyumenskoye, Sestroretskoye, etc.); artesiska bassänger och sluttningar vid foten och mellan bergen (Chartak, Nalchik, etc.); artesiska bassänger associerade med zoner med stigande utsläpp av mineralvatten (Nagutskoye, Essentukskoye); vatten med sprickor i hydrogeologiska massiv (Belokurikhinskoye, etc.); hydrogeologiska massiv associerade med zoner med stigande utsläpp av mineralvatten till grundvattenhorisonter (Darasunskoye, Shivandinskoye, Shmakovskoye, etc.); malt mineralvatten (Marcial vatten, Uvildinskoye, Kisegachskoye, Borovoe, etc.).

Terapeutisk effekt av mineralvatten. Mineralvatten har en terapeutisk effekt på människokroppen genom hela komplexet av ämnen som är upplösta i dem, och närvaron av specifika biologiskt aktiva komponenter (CO2, NgB, Ab, etc.) och speciella egenskaper bestämmer ofta metoderna för deras medicinska användning. Huvudkriterierna för att bedöma mineralvattens läkande egenskaper i balneologi är egenskaperna hos deras kemiska sammansättning och fysikaliska egenskaper.

Mineralisering av mineralvatten, det vill säga summan av alla vattenlösliga ämnen - joner, biologiskt aktiva element (exklusive gaser), uttrycks i gram per 1 liter vatten. Enligt mineralisering finns det olika

De har lågmineraliserat mineralvatten (1-2 g/l), låg (2-5 g/l), medelhög (5-15 g/l), hög (15-30 g/l) mineralisering, saltlake mineralvatten (35-150 g/l) och stark saltlösning (150 g/l och högre). För internt bruk används vanligtvis mineralvatten med en mineralisering på 2 till 20 g/l.

Beroende på sin joniska sammansättning delas mineralvatten in i klorid (CH), hydrokarbonat (HCO3~), sulfat (EO/ -), natrium (14a), kalcium (Ca -), magnesium (M^) i olika kombinationer av anjoner och katjoner. Baserat på närvaron av gaser och specifika grundämnen särskiljs koldioxid, sulfid (vätesulfid), kväve, bromid, jodid, järn, arsenik, kisel, radioaktivt (radon), etc. Baserat på temperatur, kyla (upp till 20). ° C), varmt (20-37 ° C) urskiljs, varmt (termiskt, 37-42 °C), mycket varmt (högt termiskt, 42 °C och högre) mineralvatten. I medicinsk praxis läggs stor vikt vid innehållet av organiska ämnen i lågmineraliserat vatten, eftersom dessa ämnen bestämmer mineralvattens specifika egenskaper. Innehållet av dessa ämnen över 40 mg/l gör mineralvatten olämpligt för internt bruk.

Särskilda standarder har tagits fram som gör det möjligt att bedöma naturliga vattens lämplighet för rening (tabell 40).

Tabell 40

Standarder för att klassificera vatten som mineral

Mineralvatten används på resorter för dricksbehandling, bad, simning i terapeutiska pooler, alla typer av duschar, samt för inandning och gurgling för sjukdomar i halsen och övre luftvägarna, för bevattning för gynekologiska sjukdomar, etc. Mineralvatten är används även externt.

Mineralvatten används internt och i icke-resortsmiljöer, när de använder importerat vatten på flaska. Nu i vårt land finns det otaliga fabriker och verkstäder för tappning av mineralvatten. Vatten på flaska är mättat med koldioxid för att bevara dess kemiska egenskaper och smak. Vattnet ska vara färglöst och absolut rent. Behandling med mineralvatten på flaska måste kombineras med följsamhet till en viss regim, kost och användning av ytterligare terapeutiska faktorer (fysioterapi, läkemedelsbehandling, hormonbehandling, etc.).

Mineralvatten, övervägande med låg mineralisering, och som även innehåller kalciumjoner, har en uttalad diuretisk (diuretisk) effekt och främjar avlägsnandet av bakterier, slem, sand och även små stenar från njurar, njurbäcken och urinblåsa. Användning av mineralvatten är kontraindicerat, till exempel vid förträngning av matstrupen och pylorus i magsäcken, plötsligt framfall av magen, hjärt-kärlsjukdomar åtföljda av ödem, försämrad utsöndringsförmåga i njurarna etc. Behandling med mineralvatten bör utföras enligt läkares ordination och under medicinsk övervakning.

Konstgjorda mineralvatten är gjorda av kemiskt rena salter, vars sammansättning sammanfaller med sammansättningen av naturliga. Fullständig identitet av sammansättningen av konstgjorda och naturliga mineralvatten uppnås dock inte. Särskilda svårigheter uppstår vid simulering av sammansättningen av lösta gaser och kolloidernas egenskaper. Av det konstgjorda mineralvattnet används i stor utsträckning endast kolsyra-, svavelväte- och kvävevatten, som huvudsakligen används för bad. Centralinstitutet för balneologi och fysioterapi (Moskva) har föreslagit metoder för att bereda vissa dricksmineralvatten som har högt terapeutiskt värde (Essentuki nr 4 och 17, Borjomi, Batalinskaya). Varje år ökar antalet balneologiska dricksorter och borrhål som producerar mineralvatten.

Vissa mineralvatten används som en uppfriskande, törstsläckande bordsdryck som ökar aptiten och konsumeras istället för färskvatten, utan några medicinska indikationer. I ett antal regioner i Ryssland är vanligt dricksvatten ganska mycket mineraliserat och används ganska rimligt som bordsdryck. Grundvatten av natriumkloridtyp med en mineralisering på högst 4-4,5 g/l (för kolvätevatten - ca 6 g/l) kan användas som bordsmineralvatten.

Moderna begrepp inom geoekologisk vetenskap definierar hydrosfären som en av de viktigaste livsuppehållande geosfärerna; Hydrosfären är en integrerad del av den naturliga miljön, oupplösligt förbunden med litosfären, atmosfären och biosfären och indirekt med mänsklig aktivitet och liv.

Vattnen som ligger i den övre delen av jordskorpan kallas under jord. Vetenskapen om grundvatten, dess ursprung, förekomstförhållanden, rörelselagar, fysikaliska och kemiska egenskaper, samband med atmosfäriskt vatten och ytvatten kallas hydrogeologi.

För byggare fungerar grundvatten i vissa fall som en källa för vattenförsörjning, och i andra fungerar det som en faktor som komplicerar byggandet. Det är särskilt svårt att utföra schaktnings- och gruvarbeten under förhållanden med ett inflöde av grundvatten som översvämmer gropar, stenbrott, diken, underjordiska gruvdrift: gruvor, aditer, tunnlar, gallerier, etc. Grundvatten försämrar de mekaniska egenskaperna hos lösa och leriga bergarter, kan fungera som en aggressiv miljö i förhållande till byggnadsmaterial, orsaka upplösning av många bergarter (gips, kalksten etc.) med bildande av tomrum m.m.

Byggherrar måste studera grundvatten och använda det för produktionsändamål och kunna motstå dess negativa påverkan under uppförande och drift av byggnader och konstruktioner.

Vatten på jordens yta är i konstant rörelse. Avdunstar från ytan av hav, oceaner och land och kommer in i atmosfären i ångform. Under lämpliga förhållanden kondenserar ångorna och bildar atmosfärisk nederbörd.

kov (regn, snö) återvänder till jordens yta - till havsbassänger och till land. Vattnets kretslopp förekommer i naturen.

Vattnets kretslopp i naturen. Det finns stora, små och interna (lokala) vattenkretslopp. På jättebra gyre Fukt som avdunstar från världshavets yta överförs till land, där den faller i form av nederbörd, som återigen återvänder till havet i form av yt- och underjordisk avrinning. Liten gyre kännetecknas av avdunstning av fukt från havets yta och dess nederbörd i form av nederbörd på samma vattenyta. Under intern cirkulation fukt som avdunstat från markytan faller tillbaka på marken i form atmosfärisk nederbörd.

Intensitet av vattenutbyte av grundvatten. I processen med vattnets kretslopp i naturen förnyas naturliga vatten, inklusive underjordiska, ständigt. Processen att ersätta initialt ackumulerat vatten med inkommande vatten kallas igen vattenbyte. Det uppskattas att mer än 500 tusen km 3 vatten årligen deltar i vattnets kretslopp på jorden. Flodvatten förnyas mest aktivt.

Intensiteten av vattenutbytet av grundvatten varierar och beror på djupet av dess förekomst. I den övre delen av jordskorpan urskiljs följande vertikala zoner:

intensivt vattenutbyte (vatten är övervägande färskt); belägen i den översta delen av jordskorpan till ett djup av 300-400 m, sällan mer; grundvatten i denna zon dräneras av floder; på en geologisk tidsskala är dessa unga vatten; vattenutbyte sker under tiotals och tusentals år;
långsamt vattenutbyte (bräckt och salt vatten); upptar en mellanposition och ligger på ett djup av 600-2000 m; vattenförnyelse under kretsloppet sker under hundratusentals år;
mycket långsamt vattenutbyte (vattenliknande saltlösningar); begränsad till djupa zoner av jordskorpan och helt isolerad från ytvatten och nederbörd; vattenutbyte - i hundratals miljoner år.

Grundvatten som cirkulerar i zonen med intensivt vattenutbyte är av största betydelse för vattenförsörjningen. Ständigt påfyllda av nederbörd och vatten från ytreservoarer, kännetecknas de som regel av betydande reserver och hög kvalitet. Vattnet i de två nedre zonerna, som ligger till ett djup av 10-15 km, förnyas praktiskt taget inte under cirkulationsprocessen, deras reserver fylls inte på.

Kvantifiera vattnets kretslopp. Vattnets kretslopp i naturen beskrivs kvantitativt av vattenbalansekvationen

där 0a.o är mängden nederbörd i ATMOSFÄR; 0 programvara dz - underjordisk dränering; ?2 П0В - ytavrinning; 0 I - avdunstning.

Grundläggande förbrukningsvaror (0 PO dz, (? pov OCH(? och) och inkommande (@ a o) delar av vattenbalansen beror på naturliga förhållanden, främst på områdets klimat, topografi och geologiska struktur.

Att studera vattenbalansen i enskilda regioner eller världen som helhet är nödvändigt för en målmedveten omvandling av vattnets kretslopp, särskilt för att öka reserverna av färskt grundvatten som används för vattenförsörjning.

Grundvattnets ursprung. Grundvatten i den övre delen av jordskorpan bildas av infiltration. Atmosfärisk nederbörd, floder och andra vatten, under påverkan av gravitationen, sipprar genom stora porer och sprickor i stenar. På djupet möter de vattentäta lager av stenar. Vatten hålls kvar och fyller tomrummen i klipporna. Det är så underjordiska vattenhorisonter skapas. Mängden vatten som infiltrerar från ytan bestäms av verkan av många faktorer: arten av relief, sammansättningen och filtreringskapaciteten hos stenar, klimat, vegetationstäcke, mänsklig aktivitet, etc.

För att bestämma mängden infiltrationsnäring (? ip, är det nödvändigt att känna till intensiteten av infiltration av nederbörd @ inf och avdunstning 0 I:

b.p. Q^^nf 2i-

I vissa fall kan infiltrationsteorin inte förklara utseendet på grundvatten. Till exempel, i torra öknar där nederbörden är låg, bildas akviferer nära ytan. Det har det bevisats kondensation vattenånga som penetrerar porerna i stenar från atmosfären. Denna väg för grundvattenbildning är tydligt synlig i lösa stenar som fungerar som grunden för strukturer. På grund av det faktum att dessa bergarter har en temperatur som är lägre än de omgivande bergarterna, uppstår ångkondensation i dem under byggnadernas fundament.

Jordskorpans vatten fylls på hela tiden under en lång geologisk tid ungdomsvatten, som uppstår djupt i jorden på grund av syre och väte som frigörs av magma. Unga vatten i form av ångor och varma källor har direkt tillgång till jordens yta under vulkanisk aktivitet.

I zoner med långsamt och mycket långsamt vattenutbyte, mineraliserat (salt) vatten av den sk sedimentationsursprung. Dessa vatten uppstod efter bildandet (sedimenteringen) av gamla marina sediment i början av jordskorpans geologiska historia.

Grundvatten finns i den övre delen av jordskorpan (litosfären). Vetenskapen om grundvatten kallas hydrogeologi. Hon studerar grundvattnets fördelning, ursprung, fysikaliska och kemiska egenskaper och lagar för rörelse. Nederbörd som faller på land delas in i tre delar: 1) avdunstning, 2) avrinning och 3) läckage (infiltration) i marken.

Grundvatten kan bildas på fyra sätt:

1) på grund av infiltrationen av nederbörd i litosfären bildas huvuddelen av grundvattnet (inklusive mineralvatten från KMS),

2) på grund av kondensering av ångor i jordens porer (underjordisk dagg på natten i öknar),

3) sedimentationsvatten samtidigt med avsättningen av marina sediment (till exempel resten av havsvatten i de leriga skikten i Sarmatian och Maikop i Stavropol),

4) sk ungt vatten som släpps ut av magma.

Klassificering av grundvatten efter dess förekomstförhållanden. I den geologiska sektionen, enligt förekomstförhållandena, kan följande grundvatten urskiljas:

1) jordvatten som ligger i jordlagret,

2) uppflugen vatten bildas ovanför den lokala akvifären på våren eller på grund av konstgjort vattenläckage,

3) grundvatten vid den första vattendragen från ytan, fritt rinnande, kan förorenas,

4) interstratala (icke-tryck- och tryckartesiska) vatten.

Typer av grundvatten. Beroende på markens tillstånd särskiljs följande typer av vatten:

1) Ångvatten - vattenånga i jordens porer med relativ fuktighet W=100%, rörelse sker i riktning mot fallande temperatur. På så sätt kan fukt samlas i underjordiska utrymmen på sommaren.

2) Starkt bundet (adsorberat, hygroskopiskt) vatten. Detta är ett lager med upp till 10-15 H2O-molekyler, 0,1 mikron tjockt, som täcker jordpartiklar (lera), löser inte salter, är icke-elektriskt ledande, fryser inte vid 0°C och vid negativa temperaturer omkring minus 100 °C, har en hög viskositet och avlägsnas vid T≥105°. Innehållet av starkt bundet vatten beror huvudsakligen på mängden lerpartiklar: i sand - 1-2%, i lera - 5-10%, i leror - 10-25%, i högdispergerade montmorillonitleror - upp till 30%.

3) Löst bundet (film) vatten hålls av elektriska krafter upp till P=70000g, har en densitet=1,0, en fryspunkt på minus 1-3-5oC, löser svagt salter, flyter från tjocka till tunna filmer.

4) Fritt vatten – kapillär och gravitation. Kapillärvatten hålls i porerna av kapillärkrafter, rör sig på grund av skillnaden i kapillärtryck, löser upp salter och fryser vid temperaturer under 0ºC. Höjden på kapillärstigningen i leror når 3-4 m, i sand - flera dm.

Gravitationsvatten rör sig under påverkan av gravitationen (tryckskillnad).

5) Vatten i fast tillstånd (is), först fryser fritt vatten och sedan successivt alla andra typer av vatten.

6) Kristallisationsvatten är involverat i konstruktionen av kristallgittret av mineraler (gips CaSO4∙2H2O). Kemiskt bundet vatten ingår i sammansättningen av mineraler (limonit Fe2O3 nH2O, opal SiO2∙H2O, hydroxid CaO H2O). Dessa former av fukt avlägsnas vid T>100°C.

Kemisk sammansättning. Grundvatten innehåller lösta salter och gaser. Basiska salter klorider och sulfater Na, K, Ca, Mg. Gaser löses i vatten - O2, H2, CO2. Det är dessa joner som bestämmer vattnets många egenskaper: hårdhet, alkalinitet, salthalt, aggressivitet. Baserat på mängden torra rester särskiljs vatten: 1) färskt -<1 г/л, 2) соленые – 1-30 г/л, 3) рассолы - >30 g/l.