Подземные воды, их происхождение, условия залегания и использования

Подземные воды География

Подземные воды составляют часть гидросферы – водной оболочки земного шара. Они являются неотъемлемым компонентом гидрологического цикла и играют важную роль в обеспечении устойчивого водоснабжения.

Подземные воды — это все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и твердом состояниях.

Подземные воды могут быть поверхностными, когда они располагаются близко к поверхности земли, или глубинными, когда они находятся на большой глубине. Они встречаются в буровых скважинах на глубине до нескольких км. По данным В.И. Вернадского, подземные воды могут существовать до глубины 60 км.

Подземные воды, их происхождение, условия залегания и использования

Типы подземных вод

Подземные воды делятся на несколько типов:

Почвенные воды

Почвенные воды — это вода, находящаяся в зонах насыщения и пористом пространстве грунтов в верхних слоях почвы, на глубине от нескольких сантиметров до нескольких метров. Воды заполняют часть промежутков между частицами почвы. Они могут быть свободными (гравитационными), перемещающимися под влиянием силы тяжести или связанными, удерживаемыми молекулярными силами.

Под почвенными водами понимают воды, приуроченные к почвенному слою, участвующие в питании корневой системы растений, имеющие связь с атмосферой и подстилающими им верховодкой и грунтовыми водами.

В зависимости от типа почв, географического положения района, его климатических условий мощность почвенного слоя изменяется от нескольких сантиметров до 1,5 м и более.
Почвенные воды образуются в результате дождевания, просачивания грунтовых вод и наполнения родниками. Они имеют различные характеристики, такие как уровень солей, рН и содержание питательных веществ. Качество почвенных вод может сильно варьировать в зависимости от местоположения и природных условий.
Одной из основных функций почвенных вод является поддержание влажности почвы. Они являются источником влаги для растений, обеспечивая им необходимое количество воды для фотосинтеза и питания. Почвенные воды также играют важную роль в формировании климата, участвуя в теплообмене между почвой и атмосферой.

Грунтовые воды

Грунтовые воды – подземные воды первого от поверхности постоянно действующего водоносного горизонта, залегающего на первом выдержанном по площади водоупорном пласте. Грунтовые воды представляют собой наиболее доступный и широко используемый тип подземных вод. Они сосредоточены в порах и промежутках между земельными частицами грунтовых отложений, таких как песок, глина и супесь. Грунтовые воды обеспечивают постоянное снабжение водой растений, животных и людей. Их уровень может колебаться в зависимости от климатических условий и осадков.
Они образуются за счет инфильтрации дождевой и снеговой воды, которая проникает в почву и заполняет поры между частицами грунта.

Грунтовые воды являются важным источником пресной воды для многих рек, озер и водоемов.

Они также играют ключевую роль в поддержании баланса воды в природе, участвуя в формировании речных систем и поддержании влажных экосистем, таких как болота и влажные луга. Благодаря грунтовым водам, растения могут получать необходимое количество влаги для своего роста и развития. Для человека грунтовые воды также имеют огромное значение. Они являются источником питьевой воды для миллионов людей по всему миру. Кроме того, грунтовые воды используются в сельском хозяйстве для орошения полей и в промышленности для производства различных товаров.
Основные признаки грунтовых вод:

  •  в большинстве своем они являются водами безнапорными, имеют свободную поверхность и непосредственную связь с атмосферой (давление на поверхности грунтовых вод равно атмосферному);
  • на отдельных участках, где имеется локальное водоупорное перекрытие, приобретают местный небольшой напор, который определяется положением уровня грунтовых вод на примыкающих участках, не имеющих водоупорного перекрытия;
  •  глубина залегания уровня, температура вод, минерализация, расход подвержены систематическим колебаниям, происходящим, как правило, ежесуточно, ежемесячно, в течение одного и нескольких лет;
  • имеют широкое, почти повсеместное распространение в природе; приурочены главным образом к рыхлым отложениям четвертичного возраста; формируются на междуречных массивах, в аллювии древних и современных речных долин, в предгорных конусах выноса, в зоне выветривания трещиноватых массивных пород;
  • легкодоступны для практического использования воды, но вследствие залегания на незначительной глубине – подвергаются загрязнению;
  •  область питания совпадает с областью распространения. Питание происходит за счет:
    • инфильтрации атмосферных осадков и снеговых вод;
    • фильтрации из рек, озер, различных каналов;
    • конденсации водяных паров и внутри грунтового испарения;
    • подтока (дополнительного питания) из более глубоких водоносных горизонтов.

Водонепроницаемые породы, на которых формируются грунтовые воды, называются водоупорным ложем грунтовых вод, или просто – водоупором. Поверхность грунтовых вод называется уровнем или зеркалом грунтовых вод. Расстояние от кровли водоупорного ложа до зеркала грунтовых вод составляет мощность грунтового горизонта. Так как уровни грунтовых вод подвержены значительным колебаниям, мощность водоносного горизонта грунтовых вод непостоянна.

Межпластовые воды

Межпластовые воды представляют собой воды, находящиеся между слоями пород, которые обладают различной пропускной способностью и водоупорностью. В отличие от грунтовых вод, они могут быть недоступными для прямого использования, так как находятся на большой глубине и требуют специальных методов добычи. Межпластовые воды являются важным источником подземных вод для промышленности и сельского хозяйства.

Формирование межпластовых вод

Формирование межпластовых вод в условиях гидрогеологического окружения является важным процессом, который влияет на распределение и движение подземных вод.
Одним из основных факторов, влияющих на формирование межпластовых вод, является различие в гидрогеологических свойствах прослоек. Например, если встречаются слои с высокой проницаемостью, такие как пески или гравии, и слои с низкой проницаемостью, такие как глины или сланцы, то между ними может образовываться водоносный горизонт. Вода, проникая через проницаемые слои, затем может заполнять пространство между слоями менее проницаемых пород, образуя межпластовые воды.

География Земли

Другим фактором, влияющим на образование межпластовых вод, является геологическая структура и складчатость горных пород. Например, в результате деформации и складок пород могут образовываться трещины и трещиноватые зоны, которые могут служить путем для проникновения воды между пластами.
Также важным процессом для формирования межпластовых вод является перекачка подземных вод. Если имеется разница в уровнях воды между двумя пластами, то вода может проникать из одного пласта в другой через трещины или другие пути, образуя межпластовые воды.

Формирование межпластовых вод может быть как естественным процессом, так и результатом человеческой деятельности, такой как бурение скважин и добыча нефти и газа.

В результате данных процессов может изменяться гидрогеологическое окружение и формироваться новые межпластовые воды.
Изучение и понимание условий образования межпластовых вод имеет большое значение для гидрогеологических исследований, а также для управления и охраны подземных водных ресурсов. Это позволяет более точно предсказывать и моделировать движение воды в подземных горизонтах и принимать соответствующие меры по охране и рациональному использованию этих ресурсов.

Артезианские воды

Артезианские воды представляют собой подземные воды, которые под давлением поднимаются на поверхность без помощи насоса. Они образуются, когда водоносный горизонт закрыт непроницаемыми слоями сверху и снизу. Залегают в водоносных горизонтах (комплексах), между водоупорными или относительно водоупорными пластами. Под давлением вода поднимается к поверхности через артезианский колодец или природные исходники. Артезианские воды часто используются для эксплуатации скважин и поддержания стабильного водоснабжения.
Характерные особенности артезианских вод:

  • залегают глубже горизонта грунтовых вод в водоносных горизонтах и комплексах, подстилаемых и перекрытых водоупорными (или относительно водоупорными) пластами;
  •  область питания и создания напора артезианских вод и область их распространения не совпадают и часто удалены одна от другой на большие расстояния;
  • при вскрытии артезианского водоносного горизонта скважиной, вода в ней поднимается выше кровли горизонта, т. е. появление воды в скважине всегда отмечается ниже установившегося уровня;
  • режим артезианских вод является более стабильным по сравнению с грунтовыми водами, пьезометрический уровень мало подвержен месячным и сезонным колебаниям; температура вод с глубиной, как правило, возрастает;
  • по сравнению с грунтовыми водами, – артезианские воды менее подвержены загрязнению с поверхности в связи с тем, что они перекрываются относительно водоупорными породами.
  • Самая характерная черта артезианских вод – наличие напора, проявляющегося в поднятии подземных вод над кровлей водоносного горизонта. Различают два уровня артезианских вод: уровень появления воды в выработке (появившийся уровень) и установившийся (напорный или пьезометрический) уровень, который может быть выше и ниже поверхности земли
  • Еще одна основная особенность артезианских вод — их чистота и свежесть. Благодаря естественному фильтру, через который проходит вода, она становится насыщенной минералами и полезными элементами.

Кроме того, артезианские воды часто имеют уникальный вкус и аромат, который зависит от геологических особенностей месторождения. Некоторые из них становятся популярными брендами и пользуются спросом у потребителей по всему миру.

Происхождение подземных вод

Подземные воды образуются в результате длительного процесса фильтрации и инфильтрации атмосферных осадков, просачивающихся через пористые горные породы. Этот процесс может занимать десятки и сотни лет, в результате чего вода насыщается минералами и приобретает свои характеристики. Подземные воды могут быть как пресными, так и минерализованными в зависимости от состава пород, через которые они просачиваются.

Одним из главных источников подземных вод является атмосферные осадки, такие как дождь и снег.

Когда осадки попадают на землю, они впитываются в почву и начинают проникать вниз, заполняя мелкие щели и полости пород. Этот процесс называется инфильтрацией.

В результате инфильтрации вода достигает уровня, где насыщены все поры, и начинает заполнять трещины и пустоты, образуя подземные резервуары.

Еще одним источником подземных вод является таяние снега и льда. Когда теплое время года наступает, снег и лед начинают таять и проникать вниз, попадая в подземные водоносные слои. Это особенно характерно для прохладных регионов, где зимой образуется большое количество снега.

Кроме того, подземные воды могут образовываться из поверхностных водных потоков. Когда реки, озера или другие источники воды переполняются, излишки могут проникать в нижние слои почвы и грунта. Это процесс, известный как подток.

Условия залегания подземных вод

Залегание подземных вод – это расположение воды в недрах земли. Условия залегания подземных вод могут быть различными и зависят от ряда факторов. Основные условия, которые влияют на залегание подземных вод:

Геологическая структура местности играет важную роль в залегании подземных вод. Различные геологические формации, такие как песчаники, известняки, глины и т.д., могут иметь различную проницаемость и способность задерживать или пропускать воду.

Климатические условия также оказывают влияние на залегание подземных вод. Интенсивность осадков, температура воздуха и рельеф местности – все это может влиять на скорость проникновения воды в почву и ее движение вглубь.

Гидрогеологические условия, такие как наличие речных и озерных систем, подземных источников, расположение водоносных горизонтов и перекачивающих слоев, также оказывают влияние на залегание подземных вод.

Рельеф местности может определять направление движения подземных вод и места их скопления. Высокие горные хребты могут задерживать воду, а низины и долины могут быть зоными накопления подземных вод.

Человеческая деятельность, такая как строительство и использование подземных водных ресурсов, может иметь влияние на залегание подземных вод. Неправильное использование водных ресурсов и нарушение баланса между пополнением и изъятием воды может привести к изменению гидрогеологической ситуации.

По условиям залегания и характеру водовмещающих пород подземные воды подразделяются на следующие группы:

  • поровые (в рыхлых отложениях)
  • пластовые (в горных породах)
  •  трещиновые (в трещиноватых горных породах)
  • трещинно-жильные (зонах с нарушенной тектоникой)
  • трещинно-карстовые (в трещинах и карстовых полостях закарстованных пород.)

Использование подземных вод

Подземные воды играют важную роль в жизни человека и природы. Они используются для питьевых нужд, сельского хозяйства, промышленности и энергетики. Благодаря подземным водам обеспечивается водоснабжение в регионах, где поверхностных источников недостаточно. Кроме того, подземные воды являются источником минеральных вод, богатых полезными элементами для здоровья.

Подземные воды относятся к стратегическому виду водных ресурсов, т.к. по существу остаются единственным надежным источником питьевого водоснабжения населения на период чрезвычайных природных и техногенных ситуаций, а от их наличия и возможности эффективного использования в этих случаях существенно зависит национальная безопасность страны.

Классификация по характеру использования

1. Хозяйственно-питьевые воды

Подземные воды широко используются для хозяйственно-питьевых целей. Пресные подземные воды ‒ лучший источник питьевого водоснабжения, поэтому использование их для других целей, как правило, не допускается.
Глубина залегания пресных подземных вод от поверхности земли обычно не превышает нескольких десятков метров. Однако имеются районы, где они залегают на больших глубинах (500 метров и более).

2. Технические воды

Технические воды ‒ это воды, которые используют в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Требования к подземным техническим водам отражают специфику того или иного вида производства. В отличие от питьевых качество технических вод оценивается, прежде всего, по величине жесткости.

3. Промышленные воды

Промышленные воды содержат в растворе полезные элементы (бром, йод и другие) в количестве, имеющем промышленное значение. Обычно они залегают в зоне замедленного водообмена; минерализация их высока (500 г/л).

4. Минеральные воды

Минеральные воды ‒ подземные воды, оказывающие на организм человека лечебное действие, обусловленное основным ионно-солевым и газовым составом, повышенным содержанием биологически активных микрокомпонентов и специфическими свойствами, а также молекулярным строением самой воды. Минеральные воды образуются в результате тесно взаимосвязанных геохимических процессов выщелачивания, растворения солей и ионного обмена в системе вода ‒ порода. В состав всех минеральных вод входят четыре взаимосвязанных компонента ‒ неорганические минеральные вещества, газы, органические вещества и микрофлора. Они растворены в воде, молекулы которой, по современным представлениям, соединены между собой слабыми водородными связями.

5. Термальные воды

Термальные воды ‒ подземные воды с температурой 20 °С и более. Температура 20 °С условно принята за границу между холодными (менее подвижными) и термальными (более подвижными) водами.
Термальные воды служат объектом добычи и переработки с целью использования в народном хозяйстве. Классификация термальных вод по температуре зависит от их практического применения. В бальнеологии термальные вод подразделяются на теплые (субтермальные) ‒ 20–35 °С, термальные (горячие) ‒ 35–42 °С и очень горячие (гипертермальные) ‒ свыше 42 °С. Термальные воды с температурой 70–150 °С широко используются для теплоснабжения жилых и производственных зданий, для плавательных бассейнов, обогрева тепличных комбинатов, в технологических целях. На базе месторождений термальных вод функционируют многих крупные курорты, имеющие мировое значение. К ним относятся Кавказские Минеральные Воды (Железноводск, Ессентуки, Пятигорск).

Оцените статью
Добавить комментарий