Температура подземных вод

Классификация подземных вод

СПРАВОЧНИК ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И БУРЕНИЮ СКВАЖИН НА ВОДУ (СССР 1983г., резидент — Белецкий А.С.)

Содержание справочника по проектированию и бурению скважин на воду

Глава 4. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ГЕОЛОГИИ И ГИДРОГЕОЛОГИИ

19. Классификация подземных вод

По Г.Н. Каменскому, в формировании пресных подземных вод основная роль принадлежит инфильтрации атмосферных вод. В зависимости от различных геолого-литологических и физико-географических условий, в которых происходит инфильтрация, могут формироваться подземные воды следующих основных типов.

I. Грунтовые воды выщелачивания в условиях достаточно влажного климата.

II. Грунтовые воды в засушливых районах при интенсивном испарении.

III. Артезианские воды:

1) с благоприятными условиями питания и стока; 2) с крайне замедленным стоком или бессточные.

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

а) поровые — в рыхлых отложениях; б) пластовые — в пластах горных пород; в) трещинные — в горных породах, пронизанных трещинами; г) трещинно-жильные — в зонах тектонических нарушений; д) трещинно-карстовые — в трещинах и карстовых полостях закарстованных пород.

По гидрогеологическим показателям подземные воды делятся на напорные (уровень устанавливается выше глубины вскрытия) и безнапорные.

По температуре подземные воды подразделяются на семь видов (табл. 16).

Таблица 16

Классификация подземных вод по температуре (по О.А. Аленину)

Вид воды

Температура воды, ~С

Исключительно холодные

(0

Весьма холодные

Холодные

Теплые

Горячие

Весьма горячие

Исключительно горячие

)100

По степени минерализации подземные воды разделяются по суммарному содержанию присутствующих в воде веществ, характеризуемому сухим остатком в граммах на 1 л воды (табл. 17).

Таблица 17

Степень минерализации подземных вод (по В.А. Приклонскому)

Вид вод

Содержание сухого остатка, г/л

Содержание ионов, мг на 100 г

Плотность, г/см

Преобладающий тип воды

Пресные

(1

До 3

1-1,0005

Гидрокарбонатно- кальциевый

Слабоминерализованные (слабосолоноватые)

1,0005-1,0015

Сульфатный, реже хлоридный

Среднеминерализованные (солоноватые и сильносолоноватые)

1,0015-1,0050

Сульфатный и хлоридный

Минерализованные (соленые)

1,0055-1,0283

То же

Рассолы

)50

)150

)1,0283

Хлоридно-натриевый

По активной реакции pH подземные воды делят на:

сильнокислые

3,5

кислые

3,5-5,5

слабокислые

5,5-6,8

нейтральные

6,8-7,2

слабощелочные

7,2-8,5

щелочные

)8,5

Общая схема классификации подземных вод приведена на рис. 3 .

Рис. 3. Общая схема классификации подземных вод

Каждая из приведенных классификаций подземных вод в той или иной степени используется при проектировании разведочно-добывающей скважины, так как она конкретно указывает проектировщику, на какую глубину, какой конструкции необходимо запроектировать скважину и какие насосы предусмотреть (напорные или безнапорные) в зависимости от характера вод.

В зависимости от величины сухого остатка (солесодержания), жесткости, количества железа и фтора проектировщик прежде всего предусматривает в проекте состав и вид очистки подземной воды для доведения ее до питьевого качества.

Содержание справочника по проектированию и бурению скважин на воду:

Раздел I.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СКВАЖИН НА ВОДУ
Глава 1.
НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О ВОДЕ
1. Физические константы воды
2. Внутренняя структура воды
3. Структура жидкой воды
4. Изотопный состав воды
5. Аномалии воды
6. Некоторые сведения о растворах
7. Подземные воды
Глава 2.
РАСХОДЫ ВОДЫ. ВЫБОР И ОЦЕНКА ИСТОЧНИКА ВОДОСНАБЖЕНИЯ. ОТБОР ПРОБ И ИХ АНАЛИЗ
8. Расходы воды
9. Выбор и оценка источников водоснабжения
10. Отбор и анализы воды
Глава 3.
КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРИРОДНЫХ ВОД И ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
11. Качество воды
12. Физические свойства воды
13. Химические свойства воды
14. Бактериологические свойства воды
15. Горные породы
16. Классификация горных пород по буримости
17. Некоторые сведения по гидрогеологии
18. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод
19. Классификация подземных вод
20. Связь подземных и поверхностных вод
Глава 5.
СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА РАЗВЕДОЧНО-ДОБЫВАЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ
21. Некоторые предварительные данные
22. Порядок проектных работ
23. Общие сведения о геофизических исследованиях
24. Сооружения для забора подземных вод
Глава 6.
ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ ПО САНИТАРНОЙ ОХРАНЕ ВОДОЗАБОРА
26. Некоторые сведения об источниках загрязнения подземных вод
27. Общие пути поступления различных видов загрязнений к водозаборным сооружениям
28. Проектирование мероприятий по санитарной охране водозаборов подземных вод
Глава 7.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕБИТА ОДИНОЧНОЙ СКВАЖИНЫ И РАДИУСА ВЛИЯНИЯ. ОПРОБОВАНИЕ СКВАЖИН ОТКАЧКАМИ. ВЫБОР ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО НАСОСА
29. Определение дебита одиночной скважины по данным опытных откачек
30. Определение радиуса влияния одиночной скважины
31. Опробование скважин откачками
32. Выбор эксплуатационного насоса
Раздел II.
БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА ВОДУ
Глава 8. СОСТАВ БУРОВЫХ РАБОТ. РЕКОМЕНДАЦИИ И СПОСОБЫ БУРЕНИЯ СКВАЖИН НА ВОДУ
33. Состав буровых работ
34. Ударно-канатное бурение
35. Роторное бурение
36. Способы цементирования затрубного пространства
37. Краткие сведения о промывочных жидкостях
38. Разглинизация скважин
39. Буровые установки
Глава 9.
ВСКРЫТИЕ ВОДОНОСНОГО ПЛАСТА. БЕСФИЛЬТРОВЫЕ СКВАЖИНЫ. ТИПЫ ФИЛЬТРОВ. ЗАКАНЧИВАНИЕ И ОСВОЕНИЕ СКВАЖИН.
40. Вскрытие водоносного пласта
41. Бесфильтровые скважины
42. Типы фильтров
43. Установка фильтров
44. Монтаж фильтровых колонн
45. Заканчивание и освоение скважин
ПРИЛОЖЕНИЯ
ЗАКОНЫ О ВОДЕ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
ОСНОВЫ ВОДНОГО ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВА СОЮЗА ССР И СОЮЗНЫХ РЕСПУБЛИК

15 — Основные разновидности подземных вод

Тема: Основные разновидности подземных вод. Условия формирования. Геологическая деятельность подземных вод

1. Классификация подземных вод.

2. Основные типы подземных вод.

3. Условия образования грунтовых вод

4. Условия образования и залегания артезианских вод.

5. Геологическая деятельность подземных вод.

1. Классификация подземных вод.

Подземные воды весьма разнообразны по химическому составу, температуре, происхождению, назначению и т. д. По общему содержанию растворенных солей они делятся на четыре группы: пресные, солоноватые, соленые и рассолы. Пресные воды содержат менее 1 г/л растворенных солей; солоноватые воды — от 1 до 10 г/л; соленые — от 10 до 50 г/л; рассолы — более 50 г/л.

По химическому составу растворенных солей подземные воды делятся на гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные и сложного состава (сульфатные гидрокарбонатные, хлоридные гидрокарбонатные и т.д.).

Воды, имеющие лечебное значение, называются минеральными. Минеральные воды выходят на поверхность в виде источников или выводятся на поверхность искусственно с помощью буровых скважин. По химическому составу, газоносности и температуре минеральные воды делят на углекислые, сероводородные, радиоактивные и термальные.

Углекислые воды широко распространены на Кавказе, Памире, в Забайкалье, на Камчатке. Содержание углекислого газа в углекислых водах колеблется от 500 до 3500 мг/л и более. Газ присутствует в воде в растворенном виде.

Сероводородные воды также распространены довольно широко и связаны в основном с осадочными породами. Общее содержание сероводорода в воде обычно невелико, однако лечебное действие сероводородных вод настолько значительно, что содержание Н2 более 10 мг/л уже придает им лечебные свойства. В отдельных случаях содержание сероводорода достигает 140-150 мг/л (например, известные источники Мацесты на Кавказе).

Радиоактивные воды делятся на радоновые, содержащие радон, и радиевые, содержащие соли радия. Лечебное действие радиоактивных вод очень высоко.

2. Основные типы подземных вод

По условиям залегания выделяют следующие типы подземных вод:

· почвенные;

· верховодка;

· грунтовые;

· межпластовые;

· карстовые;

· трещинные.

Почвенные воды располагаются у поверхности и заполняют пустоты в почве. Влага, содержащаяся в почвенном слое, называется почвенными водами. Передвигаются они под действием молекулярных, капиллярных сил и сил тяжести.

В поясе аэрации выделяют 3 слоя почвенных вод:

1. почвенный горизонт переменной влажности — корнеобитаемый слой. В нем совершается обмен влагой между атмосферой, почвой и растениями.

2. подпочвенный горизонт, часто сюда «промокание» не доходит и он остается «сухим».

горизонт капиллярной влаги — капиллярная кайма.

Верховодка — временное скопление подземных вод в близповерхностном слое водоносных отложений в пределах зоны аэрации, лежащих на линзовидном, выклинивающемся водоупоре.

Верховодка — безнапорные подземные воды, залегающие наиболее близко к земной поверхности и не имеющие сплошного распространения. Образуются за счёт инфильтрации атмосферных и поверхностных вод, задержанных непроницаемыми или слабо проницаемыми выклинивающимися пластами и линзами, а также в результате конденсации водяных паров в горных породах. Характеризуются сезонностью существования: в засушливое время они нередко исчезают, а в периоды дождей и интенсивного снеготаяния возникают вновь. Подвержены резким колебаниям в зависимости от гидрометеорологических условий (количества атмосферных осадков, влажности воздуха, температуры и др.). К верховодке относятся также воды, временно появляющиеся в болотных образованиях вследствие избыточного питания болот. Нередко верховодка возникает в результате утечек воды из водопровода, канализации, бассейнов и др. водонесущих устройств, следствием чего может быть заболачивание местности, подтопление фундаментов и подвальных помещений. В области распространения многолетнемёрзлых горных пород верховодка относится к надмерзлотным водам. Воды верховодке обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Верховодка, как правило, не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения: устройство прудов; отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы; насаждение растительности, задерживающей снеготаяние; создание водоупорных перемычек и т.п. В пустынных районах путём устройства канавок на глинистых участках — такырах, атмосферные воды отводятся в прилегающий участок песков, где создаётся линза верховодке, представляющая собой некоторый запас пресных вод.

Грунтовые воды залегают в виде постоянного водоносного горизонта на первом от поверхности, более или менее выдержанном, водонепроницаемом слое. Грунтовые воды имеют свободную поверхность, которая называется зеркалом, или уровнем, грунтовых вод.

Межпластовые воды заключены между водоупорными слоями (пластами). Межпластовые воды, находящиеся под напором, называются напорными, или артезианскими. При вскрытии скважинами артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта и, если отметка напорного уровня (пьезометрическая поверхность) превышает отметку поверхности Земли в данном пункте, то вода будет изливаться (фонтанировать). Условная плоскость, определяющая положение напорного уровня в водоносном пласте (см. рис. 2), называется пьезометрическим уровнем. Высота подъема воды выше водоупорной кровли называется напором.

Артезианские воды залегают в водопроницаемых отложениях, заключенных между водонепроницаемыми, полностью заполняют пустоты в пласте и находятся под напором. Установившийся в скважине УВ называют пьезометрическим, который выражается в абсолютных отметках. Самоизливающиеся напорные воды имеют локальное распространение и больше известны у садоводов как «ключи». Геологические структуры, к которым приурочены артезианские водоносные горизонты, называются артезианскими бассейнами.

Рис. 2. Схема строения артезианского бассейна:

1 — водонепроницаемые породы; 2 — водопроницаемые породы с напорной водой; 4 — направление стока подземных вод; 5 – скважина.

Карстовые воды залегают в карстовых пустотах, образовавшихся за счет растворения и выщелачивания горных пород.

Трещинные воды заполняют трещины горных пород и могут быть как напорными, так и безнапорными.

3. Условия образования грунтовых вод

Грунтовые воды являются первым от поверхности земли постоянным водоносным горизонтом. Около 80% сельских населенных пунктов используют для водоснабжения грунтовые воды. ГВ издавна используются для орошения.

Если воды пресные, то при глубине залегания 1- 3 м они служат источником увлажнения почв. При высоте 1-1,2 м они могут вызывать заболачивание. Если грунтовые воды сильно минерализованы, то при высоте 2,5 — 3,0 м они могут вызвать вторичное засоление почв. Наконец, грунтовые воды могут затруднять проходку строительных котлованов, подпаливать застроенные территории, агрессивно воздействовать на подземные части сооружений и т.д.

Подземные воды формируются разными способами. Часть из них образуется в результате просачивания атмосферных осадков и поверхностных вод по порам и трещинам горных пород. Такие воды называются инфильтрационными (слово «инфильтрация» обозначает просачивание).

Однако существование подземных вод не всегда можно объяснить инфильтрацией атмосферных осадков. Например, в районах пустынь и полупустынь выпадает очень мало осадков, причем они быстро испаряются. Вместе с тем даже в пустынных областях на некоторой глубине присутствуют подземные воды. Образование таких вод можно объяснить лишь конденсацией водяных паров в почве. Упругость водяного пара в теплое время года в атмосфере больше, чем в почве и горных породах, поэтому пары воды непрерывно поступают из атмосферы в почву и формируют там подземные воды. В пустынях, полупустынях и сухих степях вода конденсационного происхождения в знойное время является единственным источником влаги для растительности.

Подземные воды могут формироваться за счет захоронения вод древних морских бассейнов совместно с накапливающимися в них осадками. Воды этих древних морей и озер могли сохраниться в захороненных осадках, а затем просачиваться в окружающие породы или выходить на поверхность Земли. Такие подземные воды носят название седиментационных вод.

Часть подземных вод по происхождению может быть связана с остыванием расплавленной магмы. Выделение водяных паров из магмы подтверждается образованием облаков и ливней при извержениях вулканов. Подземные воды магматического происхождения называются ювенильными (от лат. «ювеналис» — девственный). Как считает океанолог X. Райт, обширные водные пространства, которые существуют в настоящее время, «вырастали капля за каплей на протяжении всей жизни нашей планеты за счет воды, просачивающейся из недр Земли».

Условия залегания, распространения и образования ГВ зависят от климата, рельефа, геологического строения, влияния рек, почвенного и растительного покрова, от хозяйственных факторов.

а) Связь ГВ с климатом.

В образовании горных вод важная роль принадлежит осадкам и испаряемости.

Чтобы проанализировать изменение этого соотношения, целесообразно воспользоваться картой обеспеченности растений влагой. По отношению осадков к испаряемости выделены 3 зоны (области):

1. достаточного увлажнения

2. недостаточного

3. незначительного увлажнения

В первой зоне сосредоточены основные площади переувлажненных земель, требующие осушения (в отдельные периоды здесь необходимо увлажнение). Области недостаточного и незначительного увлажнения нуждаются в искусственном увлажнении.

В трех областях питания ГВ осадками и теплоты их в зону аэрации различны.

В области достаточного увлажнения инфильтрационное питание грунтовых вод при глубине залегания более 0,5 — 0,7 м преобладает над тепловым их в зону аэрации. Эта закономерность наблюдается в невегетационный и в вегетационный периоды, за исключением сильно засушливых лет.

В области недостаточного увлажнения соотношение инфильтрации осадков с испарением ГВ при неглубоком залегании их различно в лесостепной и степной зонах.

В лесостепях в суглинистых породах во влажные годы инфильтрация преобладает над тепловым ГВ в зону аэрации, в засушливые годы — соотношение обратное. В степной зоне в суглинистых породах в невегетационый период инфильтрационное питание преобладает над тепловым ГВ, а в вегетационный период — меньше расхода. В целом за год инфильтрационное питание начинает преобладать над тепловым грунтовых вод.

В области незначительного увлажнения — в полупустынях и пустынях — инфильтрация в суглинистых породах при неглубоком залегании УГВ несоизмеримо мала по сравнению с расходом в зону аэрации. В песчаных породах инфильтрация начинает увеличиваться.

Таким образом, питание ГВ за счет осадков уменьшается, а расход в зону аэрации возрастает с переходом от области достаточного к области незначительного увлажнения.

б) Связь грунтовых вод с реками.

Формы связи грунтовых вод с реками определяются рельефом и геоморфологическими условиями.

Глубоко врезанные речные долины служат приемником грунтовых вод, дренируя прилегающие земли. Напротив при небольшом врезе, свойственном низовьям рек, реки питают грунтовые воды.

Различные случаи соотношения поверхностных и грунтовых вод показаны на схеме.

Принципиальная расчетная схема взаимодействия подземных и поверхностных вод в условиях изменчивости поверхностного стока.

а — межень; б — восходящая фаза половодья; в — нисходящая фаза половодья.

в) Связь грунтовых вод с напорными.

Если между грунтовыми водами и нижележащим напорным горизонтом нет абсолютноводонепроницаемого слоя, то между ними возможны следующие формы гидравлической связи:

1) УГВ выше уровня напорных вод, вследствие чего возможно перетекание ГВ в напорные.

2) Уровни практически совпадают. При снижении УГВ, например, дренами, будет происходить подпитывание ГВ напорными.

3) УГВ периодически превышают уровень напорных вод (во время поливов, осадков), в остальное время ГВ подпитываются осадками.

4) УГВ постоянно ниже УНВ, поэтому последние подпитывают грунтовые воды.

Грунтовые воды могут получать питание из артезианских вод и через так называемые гидрогеологические окна — участки, где нарушается сплошность водоупорного пласта.

Возможно подпитывание УВ напорными через тектонические разломы.

Гидродинамические зоны ГВ, определяемые рельефом и геологическим строением, тесно связаны с геоструктурными условиями территории. Зоны высокой дренированности свойственны горным и предгорным областям. Зоны низкой дренированности характерны для прогибов и впадин платформенных равнин.

Зональность питания ГВ наиболее отчетливо проявляется в зоне низкой дренированности аридных областей. Она заключается в последовательном увеличении минерализации ГВ с удалением от источника питания реки, канала и др. Поэтому в засушливых районах колодцы для водоснабжения обычно размещают вдоль каналов, рек.

4. Условия образования и залегания артезианских вод.

Артезианские воды образуются при определенном геологическом строении — чередовании водопроницаемых пластов водоупорными. Они приурочены в основном к синклинально или моноклинально залегающим свитам пластов.

Площадь развития одного или нескольких артезианских пластов называется артезианским бассейном. АБ могут занимать от нескольких десятков до сотен тысяч км2.

Источники питания напорных вод — осадки, фильтрационные воды рек, водохранилищ, оросительных каналов и др. Напорные воды в определенных условиях пополняются грунтовыми водами.

Расходование их возможно путем разгрузки их в речные долины, выхода на поверхность в форме родников, медленного высачивания через пласты, заключающие напорный слой, с перетеканием в грунтовые воды. Отбор АВ для водоснабжения и орошения также составляют статьи их расходования.

В артезианских бассейнах различают области питания, напора и разгрузки.

Область питания — площадь выхода артезианского пласта на поверхность земли, где происходит его питание. Она располагается на самых высоких отметках рельефа артезианского бассейна в горных областях и водоразделах и т.д.

Область напора — основная площадь распространения артезианского бассейна. В ее пределах подземные воды обладают напором.

Область разгрузки — площадь выхода напорных вод на поверхность — открытая разгрузка (в форме восходящих родников или площадь скрытой разгрузки, например в русле рек и т.д.)

Скважины, вскрывающие АВ фонтанируют, это пример искусственной разгрузки напорных вод.

В пластах, содержащих гипсы, ангидриды, соли, артезианские воды имеют повышенную минерализацию.

Типы и зональность артезианских вод

Артезианские бассейны обычно типизируют по геоструктуре водовмещающих и водоупорных пород.

По этому признаку выделяют два типа артезианских бассейнов (по Н.И. Толстихину):

1. артезианские бассейны платформ, характеризующиеся обычно весьма значительной площадью развития и наличием нескольких напорных водоносных горизонтов (это Московский, Прибалтийский, Днепро-Донецкий и др.)

2. артезианские бассейны складчатых областей, приуроченные к интенсивно дислоцированным осадочным, магматическим и метаморфическим породам. Отличаются меньшей площадью развития. Примеры — Ферганский, Чуйский и др. бассейны.

5. Геологическая деятельность подземных вод.

Подземные воды проводят разрушительную и созидательную работу. Разрушительная деятельность подземных вод проявляется главным образом в растворении водорастворимых горных пород, чему способствует содержание в воде растворенных солей и газов. Среди геологических процессов, обусловленных деятельностью ПВ, прежде всего следует называть карстовые явления.

Карст.

Карстом называется процесс растворения горных пород передвигающимся в них подземным и просачивающимся поверхностными водами. В результате карста в породах образуются пещеры и пустоты различной формы и размера. Протяженность их может достигать многих километров.

Из карстовых систем наибольшую протяженность имеет Мамонтова пещера (США), общая длина ходов которой составляет около 200 км.

Далее по книге Каца стр. 77 пояснить о пещерах.

Карсту подвержены соленосные породы, гипсы, ангидриды и карбонатные породы. Соответственно и различают карст: соляной, гипсовый, карбонатный. Развитие карста начинается с расширения (под влиянием выщелачивания) трещин. Карст обуславливает специфические формы рельефа. Главная особенность его — наличие карстовых воронок диаметром от нескольких до сотен метров и глубиной до 20 — 30 м. Карст развивается тем интенсивнее, чем больше выпадает осадков и чем больше скорость движения подземных потоков.

Районы, подверженные карсту, характеризуются быстрым поглощением осадков.

В пределах массивов закарстованных пород выделяют зоны нисходящего движения воды и горизонтального — в сторону речных долин, моря и т.д.

В карстовых пещерах наблюдаются натечные образования преимущественного карбонатного состава — сталактиты (нарастающие вниз) и сталагмиты (растущие снизу). Карст ослабляет горные породы, снижает их количество как основание для ГТС. По карстовым пустотам возможна значительная утечка воды из водохранилищ и каналов. И в то же время подземные воды, заключенные в закарстованных породах, могут быть ценным источником для водоснабжения и орошения.

К разрушительной деятельности подземных вод относится суффозия (подкапывание) — это механический вынос мелких частиц из рыхлых пород, который приводит к образованию пустот. Такие процессы могут наблюдаться в лессах и лессовидных породах. Кроме механической различают химическую суффозию, примером которой является карст.

Созидательная работа подземных вод проявляется в отложении ими различных соединений, цементирующих трещины в горных породах.

Контрольные вопросы:

1 Дайте классификацию подземных вод.

2. При каких условиях образуются грунтовые воды?

3. При каких условиях образуются артезианские грунтовые воды?

4. В чем проявляется геологическая деятельность подземных вод?

5. Назовите основные типы подземных вод.

6. Как влияет верховодка на строительство?

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *