Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Классификация подземных вод





 

3.6.1. Классификация подземных вод по характеру их использования

 

Единая общепринятая классификация подземных вод до сих пор не соз- дана. Это связано с большим разнообразием их свойств, условий залегания, движения и т. д. Подземные воды можно подразделить по ряду признаков, на- пример по температуре, степени минерализации, интенсивности водообмена и т. д.

Наибольший практический интерес представляет классификация подзем-

ных вод по характеру их использования для технических и других целей и по условиям залегания в земной коре.

Подземные воды по этому признаку подразделяются на хозяйственно-

питьевые, технические, промышленные, минеральные, термальные.

Хозяйственно-питьевые воды. Подземные воды широко используются для хозяйственно-питьевых целей. Пресные подземные воды − лучший источ-

ник питьевого водоснабжения, поэтому использование их для других целей, как правило, не допускается.

Источником хозяйственно-питьевого водоснабжения являются подзем-

ные воды зоны интенсивного водообмена. Глубина залегания пресных подзем- ных вод от поверхности земли обычно не превышает нескольких десятков мет- ров. Однако имеются районы, где они залегают на больших глубинах (300-500 м и более).

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.

Промышленные воды содержат в растворе полезные элементы (бром, йод

и др.) в количестве, имеющем промышленное значение. Обычно они залегают в

зоне весьма замедленного водообмена, минерализация их высокая (от 20 до

500-600 г/л), состав хлоридно-натриевый, температура нередко достигает 60-80°С.

Эксплуатация промышленных вод с целью добычи йода и брома рента- бельна лишь при глубине залегания вод не более 3 км, уровне воды в скважине не ниже 200-600 м, количестве извлекаемой воды в сутки не менее 200-500 м3.

Минеральными называют подземные воды, которые имеют повышенное содержание биологически активных микрокомпонентов, газов, радиоактивных элементов и т. д. Минеральные воды выходят на поверхность земли естествен- ным путем, т. е. в виде источников, или вскрываются с помощью буровых

скважин.

Термальные воды имеют температуру более 37°С. Термальные подземные воды залегают повсеместно на глубинах от нескольких десятков и сотен метров

(в горно-складчатых районах) до нескольких километров (на платформах).

По трещинам термальные воды часто выходят на поверхность земли, об-

разуя горячие источники с температурой до 100°С (Камчатка, Кавказ). Разно-

видностью горячих источников являются гейзеры, выбрасывающие струю пара и воды на высоту до нескольких десятков метров.

Общие запасы термальных вод в нашей стране оцениваются миллионами

кубометров. Термальные воды уже используются для теплофикации некоторых городов и сельскохозяйственных объектов, а также для энергетических целей (Паужетская геотермальная станция на Камчатке и др.).

 

3.6.2. Классификация подземных вод по условиям залегания

 

По условиям залегания в земной коре подземные воды подразделяют на верховодку, грунтовые и межпластовые воды (рис. 22).

Верховодка и грунтовые воды относятся к ненапорным водам и имеют свободную поверхность, давление на которую равно атмосферному. Межпла-

стовые воды бывают ненапорными и напорными, последние иначе называют

артезианскими.

Артезианские воды имеют пьезометрическую (напорную) поверхность.

Помимо этих основных типов подземных вод выделяют также трещин -

ные, ка рсто вы е и подземные воды районов многолетней ме рз лоты.

Верхняя часть земной коры в зависимости от степени насыщения водой пор горных пород делится на две зоны: верхнюю − зона аэрации и нижнюю −

зона насыщения (рис. 22).

Зона аэрации расположена между поверхностью земли и уровнем фунто-

вых вод. В этой зоне, непосредственно связанной с атмосферой и почвен-

ным покровом, наблюдается просачивание атмосферных осадков и поверхност- ных вод вглубь, в сторону зоны насыщения. Поры горных пород в зоне аэрации лишь частично заполнены водой, остальная часть их занята воздухом. Зона аэрации играет важную роль в формировании подземных вод. Мощность, т. е. толщина, зоны аэрации колеблется от нуля в заболоченных низинах до не- скольких сотен метров в горных районах с сильно расчлененным рельефом.

 

1

Ι

 

2

 

ΙΙ

 

Рис. 22. Зоны:

Ι – аэрации; ΙΙ – насыщения; 1 – капиллярная кайма; 2 – уровень грунтовых вод

 

Непосредственно над поверхностью подземных вод располагается зона повышенной влажности – капиллярная кайма. Мощность каймы зависит от со- става и структуры и других свойств горных пород.

Зона насыщения горных пород расположена ниже уровня грунтовых вод.

В этой зоне все поры, трещины, каверны и другие пустоты заполнены гравита-

ционной водой.

Подземные воды в зоне насыщения циркулируют в виде грунтовых, арте-

зианских, трещинных и других вод.

Мощность зоны насыщения, так же как и зоны аэрации, изменяется соот-

ветственно изменению уровня грунтовых вод.

 

Верховодка

Верховодкой называют временное скопление подземных вод в зоне аэра-

ции. Залегает она на небольшой глубине от поверхности земли и образуется над локальными водоупорами (или полуводоупорами), в роли которых могут быть

линзы глин и суглинков в песке, прослойки плотных пород и т. д. (рис. 23).

При инфильтрации вода временно задерживается на них и образует своеобраз-

ный тип подземной воды. Чаще всего это бывает связано с периодом обильного снеготаяния и выпадения дождей. В засушливое время года верховодка может полностью исчезнуть в результате испарения и просачивания в нижележащие слои.

1 4

 

2 2

 

УГВ

 

 

Рис. 23. Верховодка: 1 – водопроницаемая порода; 2 – водоупорные породы;

3 – грунтовая вода; 4 – верховодка

 

В легко водопроницаемых невлагоемких породах (пески, галечники, тре- щиноватые породы) верховодка возникает сравнительно редко, так же как и в сильновлагоемких набухающих глинах. Наиболее типичны для нее различные суглинки и лессовые породы.

Другой особенностью верховодки является возможность ее образования даже при отсутствии в зоне аэрации каких-либо водоупорных пропластков.

Например, в толщу суглинков обильно поступает вода, но вследствие низкой водопроницаемости просачивание происходит замедленно и в верхней части

толщи образуется верховодка. Через некоторое время эта вода рассасывается.

На склонах верховодка практически отсутствует. Чаще всего она наблю- дается на водораздельных равнинных участках, особенно в понижениях микро- рельефа (степные блюдца, западины и т. п.), задерживающих талые снеговые и

дождевые осадки.

По величине минерализации воды верховодки пестрые: от пресных (в се-

верных районах страны) до солоноватых и соленых (в засушливых районах, с интенсивным испарением). Близость верховодки к поверхности земли часто

приводит к ее загрязнению органическими соединениями. Водообильность не-

значительная, поэтому использование верховодки для водоснабжения ограни-

чено: неглубокие колодцы в сельской местности, сезонное водоснабжение мел-

ких предприятий. Для постоянного водоснабжения верховодка непригодна.

Верховодка представляет значительную опасность для строительства. За-

легая в пределах подземных частей зданий и сооружений, она может вызвать их подтопление, если заранее не были предусмотрены меры дренирования или гидроизоляций. В результате значительных утечек воды (водопровод, канали- зационные сети, бассейны и др.) отмечено частое появление горизонтов верхо- водок на площадках многих объектов, расположенных в зоне распространения лессовых пород. Это представляет серьезную опасность, так как грунты осно- ваний снижают свою устойчивость, затрудняется эксплуатация сооружений.

При инженерно-геологических изысканиях, проводимых в сухое время года, верховодка не всегда обнаруживается, поэтому ее появление при отрывке котлованов, траншей может быть неожиданным.

Грунтовые воды. Грунтовыми называют воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, выдержанного по площади и расположен- ного на первом водоупорном слое.

Грунтовые воды имеют свободную поверхность, т. е. сверху они не пере-

крыты водоупорными слоями. Свободную поверхность грунтовых вод называ-

ют зеркалом (в разрезе − уровнем). Слои или пласт горных пород, насыщен- ный подземной водой, именуют водоносным слоем (пластом) или водонос - ным горизонтом. Расстояние от водоупора до уровня подземных вод называ- ется мощностью водоносного горизонта (пласта) (рис. 24).

 

 

Рис. 24. Элементы грунтовой воды: г

h – мощность водопроницаемых слоев; Н – мощность водоносного горизонта;

1 – уровень грунтовой воды; 2 – водоупорное ложе

 

и с. 11.2. Элементы фу н т ов о й во ды: h — мощност ь во до - проница емых поро д; Н — мощно с ть во до но сно о гори зон - та; уро в ень фунто в ой во д ы;

 

Грунтовые воды в силу наличия свободной поверхности − ненапорные. Иногда при вскрытии грунтовых вод скважинами и другими выработками на- блюдается местный (обычно небольшой) напор. Возникает он при проходке скважинами прослоев водоупорных пород, залегающих в толще водоносного слоя.

Питание грунтовых вод происходит за счет инфильтрации (просачивания)

атмосферных осадков и конденсации водяных паров, а также поступления воды из поверхностных водоемов (рек, озер и т. д.). Значительно реже грунтовые во- ды подпитываются со стороны глубокозалегающих напорных вод. Территория, на которой происходит питание водоносного горизонта, называется областью пит ания. Для грунтовых вод характерно совпадение областей питания и рас- пространения.

Грунтовые воды находятся в непрерывном движении, образуя гр ун то -

вые потоки. В отдельных случаях их залегание имеет форму грунт о в ы х бассейнов. Грунтовые воды в бассейнах остаются неподвижными и имеют го- ризонтальную поверхность. В противоположность им грунтовые потоки имеют соответствующие уклоны своей поверхности. Уклон поверхности грунтового потока обычно соответствует уклону рельефа поверхности земли и направлен в сторону ближайшего понижения. Грунтовые воды движутся от водоразделов к речным долинам, оврагам, балкам и т. п. В местах выхода грунтовых вод на по- верхность образуются родники, мочажины, заболоченность. Это места естест- венной разгрузки (дренирования) грунтовых вод.

Грунтовые воды имеют почти повсеместное распространение. Глубина залегания грунтовых вод, химический состав и температура зависят от многих

факторов: геологического строения района, рельефа местности, климатических условий. В целом зеркало грунтовых вод отражает рельеф земной поверхности. Наибольшая глубина залегания грунтовых вод отмечается на водоразделах, наименьшая − в понижениях рельефа.

Обычно грунтовые воды залегают на небольшой глубине − от 2 до 10 м.

По степени минерализации воды преимущественно пресные, реже солоноватые и соленые, состав гидрокарбонатно-кальциевый, сульфатный и сульфатно- хлоридный.

Грунтовые воды широко используют для водоснабжения во многих рай-

онах России.

 

Основные типы грунтовых вод

 

На территории России отмечаются следующие наиболее характерные ти- пы грунтовых вид: речных долин; ледниковых отложений; степей и полупус- тынь; предгорных и горных районов.

Грунтовые воды речных долин. Характерной особенностью грунтового потока является его незначительная ширина в сравнении с длиной.

Водовмещающими породами являются песчаные и крупнообломочные аллювиальные (речные) отложения (рис. 25). В долинах равнинных рек это пе- сок, песок с гравием, реже галечник, в долинах горных рек − валуны, галечник

и гравий с песчаным заполнителем. Сверху рыхлообломочные породы часто покрыты иловатыми суглинками, супесями и глинами.

Подземные воды в аллювиальных отложениях обычно безнапорны. Глу-

бина залегания грунтовых вод − от долей метра до 20 м и более (на повышен-

ных участках долины). Мощность водоносной толщи пород обычно не превы-

шает 20-35 м.

Фильтрационные свойства аллювия крайне изменчивы, что связано с рез-

кой неоднородностью пород по механическому составу.

 

 

Рис. 25. Вода в речных отложениях: 1 – водоносные известняки;

2 – речные отложения; 3 – водоупорные глины;

4 – водозаборные скважины

Наиболее водообильны крупнообломочные образования русловых отло-

жений рек.

Воды речных долин обычно пресные, гидрокарбонатно-кальциевые ино-

гда с повышенным содержанием железа (Сибирь, Дальний Восток).

Роль грунтовых вод речных долин в водоснабжении населенных пунктов и промышленных предприятий весьма значительна.

Воды аллювиальных отложений широко используются для водоснабже- ния городов Красноярска, Новосибирска, Воронежа, Уфы и многих других го- родов, расположенных в долинах крупных рек.

Гру н тов ы е воды ледник овых отложений (рис. 26). Подземные во- ды ледниковых отложений распространены в районах с избыточным увлажне- нием и невысоким испарением, поэтому питание их вполне обеспечено, а ди-

намические запасы (естественные ресурсы) значительны. Грунтовые воды вод- но-ледниковых песков пресные с общей минерализацией 300-600 мг/л. В ряде районов они нуждаются в обезжелезивании и фторировании. Близкое залегание

надморенных вод от поверхности земли требует тщательной охраны их от за-

грязнения.

 

Рис. 26. Подземные воды в ледниковых отложениях: 1 – грунтовые воды;

2 – межпластовые ненапорные (межморенные); 3 – артезианские воды

(подморенные); 4 – дочетвертичные породы; 5 – водозаборные скважины

 

Подземные воды ледниковых отложений широко используются для водо- снабжения населенных пунктов и промышленных предприятий северных и центральных областей европейской части России. Наиболее перспективны для поисков подземных вод такие положительные формы современного рельефа, как песчаные озы, камы. Большие запасы пресных вод приурочены также к древним ледниковым долинам.

Гру н тов ы е воды сухих степей и полупус т ынь. Условия формиро-

вания грунтовых вод в этих засушливых районах неблагоприятны. Степи, а особенно полупустыни и пустыни в сравнении с другими районами бедны пре- сными фунтовыми водами и относятся преимущественно к зоне континенталь- ного засоления. Влага интенсивно испаряется здесь не только с открытой вод- ной поверхности, но и с поверхности фунтовых вод, вызывая засоление поч- венного покрова, образование солончаков и др. Ввиду слабой дренированности

равнинных территорий, грунтовые воды движутся медленно, их минерализа- ция, как правило, высокая. Все это создает значительные трудности при реше- нии вопросов водоснабжения, особенно в полупустынях и пустынях.

Однако и на их территориях, на отдельных участках могут быть обнару-

жены достаточные запасы пресных подземных вод.

Гру н тов ы е воды предгорных и гор н ых районов. Наибольший ин- терес для водоснабжения в предгорных районах представляют воды конусов выноса. Конус выноса − это скопление рыхлообломочного материала (гальки, песка, гравия) в устьевой части горных потоков, в местах их выхода на равни- ну. Мощность грубозернистых отложений в конусе выноса огромна (от не- скольких сот метров до 2-3 км).

Пресные грунтовые воды распространены в головной части конусов вы-

носа (области питания), сложенной крупнообломочным материалом и в зонах интенсивного выклинования. Запасы их значительны.

В горных районах подземных вод меньше, чем в предгорных. Мощные

потоки пресных грунтовых встречаются лишь в аллювиальных отложениях до-

лин горных рек.

В целом, высоко оценивая роль грунтовых вод как источника питьевого водоснабжения, необходимо подчеркнуть, что грунтовые воды создают боль-

шие трудности при производстве строительных работ (заливают котлованы,

траншеи и др.) и мешают нормально эксплуатировать различные здания и со-

оружения. В практике строительства чаще всего приходится принимать меры борьбы именно с грунтовыми водами.

Карты пове рхности грунтов ы х вод (карты гидроизогипс).

Для выявления характера поверхности (зеркала) грунтовых вод составляют карты гидроизогипс (рис. 27). Гидроизогипсами называют линии, соединяющие

точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками уровней грунтовых вод. Эти линии аналогичны горизонталям рельефа местности и по-

добно им отражают рельеф зеркала вод. Форма поверхности грунтовых вод сложная и зависит от многих факторов: состава водовмещающих пород и их водопроницаемости, рельефа, условий залегания и дренирования. Карты гидро-

изогипс необходимы при решении многих задач, связанных с проектированием водозаборов подземных вод, борьбой с подтоплением территории и др. Для по- строения карты гидроизогипс замеряют уровни грунтовых вод в скважинах,

расположенных обычно по сетке. Замеры уровней воды должны быть едино- временными. Абсолютные отметки уровня подземных вод (hB) в скважинах оп- ределяют по формуле:

 

HВ = hп.з. − h,

 

где пп з − абсолютная отметка поверхности земли; h − глубина залегания подземных вод от поверхности земли, м.

Полученные абсолютные отметки надписывают над каждой скважиной и затем методом интерполяции строят гидроизогипсы. Сечение гидроизогипс

(частоту их заложения) выбирают в зависимости от масштаба карты и густоты расположения точек замера от 0,5 до 10,0 м, чаще 0,5; 1,0 и 2,0 м.

С помощью карты гидроизогипс (совмещенной с топоосновой) можно определить направление и скорость движения грунтового потока в любой точке.

 

Ри с. 11.6. Карта ги дрои зогип с: уча с ток Л — гр унто вы е во - ды питают рек у; Б — кана л пита е т гр унто вые во ды; В

 

 

Рис. 27. Карта гидроизогипс: А – грунтовые воды питают реку; Б – кнал питает грунтовые воды; В – грунтовые воды питают реку и выходят из нее

 

Для определения направления проводят перпендикуляр к гидроизогипсе в данной точке. Грунтовый поток движется по нормали в сторону меньших отме- ток. Для определения уклона потока грунтовых вод раз-ность отметок двух смежных гидроизогипс делят на расстояние между ними (по нормали) в соот- ветствии с масштабом карты. Чем выше степень сгущения гидроизогипс, тем при прочих равных условиях больше уклон поверхности потока подземных вод, а, следовательно, выше и скорость движения. Используя положение гидроизо- гипс, в любой точке карты можно определить глубину залегания грунтовых вод (по разности отметок горизонталей и гидроизогипс).

Межпластовые подземные воды. Артезианские воды и бассейны

Межпластовыми водами называют водоносные горизонты, за легающие между двумя водоупорными слоями. В зависимости от условий залегания они

могут иметь свободную поверхность или обладать напором.

Межпластовые ненапорные воды встречаются сравнительно редко. Уро-

вень этих вод располагается ниже кровли первого водоупора, т. е. водопрони- цаемый слой не имеет полного заполнения. По условиям передвижения и ха- рактеру напоров эти воды аналогичны грунтовым водам. Однако область пита- ния межпластовых вод не совпадает с областью их распространения. Питание вод происходит на участках выхода водоносного пласта на дневную поверх- ность или путем фильтрации из рек и других поверхностных водотоков и водоемов.

Межпластовыми напорными или артезианскими называют воды, зале- гающие между двумя водоупорными слоями и обладающие гидростатическим напором. В отличие от межпластовых ненапорных вод артезианские воды пол- ностью насыщают водопроницаемый слой от подошвы до кровли. При вскры- тии напорного водоносного пласта скважинами вода поднимается выше его во- доупорной кровли, а при сильном напоре и низких абсолютных отметках зем- ной поверхности может самоизливаться на поверхность (рис. 28) с высотой фонтанирования до нескольких десятков метров.

 

Рис. 28. Артезианский бассейн. Области: а – питания напорных вод; б – напора;

в – разгрузки; 1 – уровень грунтовых вод; 2 – пьезометрический уровень напор-

ныхзвод; 3 – водоносный напорный пласт; 4 – водоупоры; 5 – скважины;

Н – величина пьезометрического напора

 

  Рис. 11.7. Артезианский бассейн. Области: а — питания напорных вод; б — напора; в — разгрузки; / — уровень грунтовых вод; 2 — пье- ометрический уровень напорных вод; 3 — водоносный напорный пласт; 4 — водоупоры; 5 — скважины; Н — величина пьезометрического

 

Артезианские воды обычно залегают на большой глубине и приурочены к синклинальным (прогнутым) геологическим структурам. При синклинальном залегании пластов создаются наиболее благоприятные условия для образования гидростатического напора. Напорные воды встречаются и при моноклинальном (односклоновом) залегании водоносных пластов, если последние резко изме- няют свою водопроницаемость или выклиниваются. Они могут быть приуроче- ны также и к зонам тектонических нарушений и разломов.

Геологические структуры синклинального типа, содержащие один или несколько напорных водоносных горизонтов и занимающие значительные площади (до нескольких сотен тысяч квадратных километров), называют арте-

зианскими бассейнами. При моноклинальном залегании слоев образуется арте-

 

 

зианский склон (рис. 29).

 

Рис. 29. Артезианский склон: 1 – водоносные напорные пласты; 2 – водоупорные по-

роды; 3 – водоносный напорный пласт; 4 – пьезометрические уровни; h1, h2 – высота напора воды

 

Основные элементы артезианского бассейна. В артезианских бассейнах выделяют три области: питания, напора (распространения) и разгрузки (рис. 28).

Область питания распространена в приподнятой части артезианского бас-

сейна, в месте выхода водопроницаемых слоев на поверхность. На ее террито-

рии происходит инфильтрационное питание напорных вод и переход поверхно- стного потока в подземный. Подземные воды в этой области не обладают напо- ром и относятся к типу грунтовых. В местах с низкими отметками рельефа (до- лины крупных рек, озерные впадины, побережья морей) обычно располагаются области разгрузки артезианских вод. Напорные воды разгружаются непосред-

ственно в реки или отложения рек, под уровень моря или выходят на дневную поверхность, образуя родники и заболоченности. В области разгрузки напорные воды смешиваются с грунтовыми и становятся ненапорными. Общее направле- ние движения артезианских вод – от области питания к области разгрузки.

Основную площадь артезианского бассейна занимает область напора

(распространения). На ее территории подземные воды находятся под постоян- ным напором, который возрастает по мере приближения к осевой части синк- линального прогиба. Величина напора вод характеризуется пьезометрическим уровнем, т. е. уровнем, который устанавливается в скважинах при вскрытии на- порных вод. Если пьезометрический уровень расположен выше поверхности земли, высоту столба воды над устьем (началом) скважин, т. е. высоту самоиз- лива, определяют наращиванием обсадных труб.

Высота столба воды в метрах, отсчитываемая от кровли водного пласта, называется напором над кровлей h (рис. 30). Истинное значение напорности выражает пьезометрический напор Н, который отсчитывается от плоскости сравнения 0 – 0 (уровень моря) до пьезометрического уровня. Высота пьезо- метрического напора отсчитывается иногда не от плоскости сравнения, а от по- дошвы напорного водоносного пласта (Нп).

Напор воды создается благодаря перепаду отметок высот областей пита- ния и разгрузки, т. е. обусловлен законом сообщающихся сосудов. Напорность связана также с упругими свойствами воды и вмещающих ее горных пород.

Карты пьезометрической поверхности напорных вод (карты гидроизо- пьез). Линии, соединяющие точки с одинаковыми отметками пьезометрическо- го уровня, называют гидроизопьезами (или пьезогипсами). Карта гидроизопьез – совокупность таких линий и строится она методом интерполяции отметок, т. е.

аналогично карте гидроизогипс.

 

h

 

Н Нп

Рис. 30. Графическое изображение напорности подземных вод:

Н – пьезометрический напор от плоскости сравнения 0 – 0; Нп − пьезометрический напор

от подошвы водоносного пласта;

h – напор над кровлей пласта

 

0 0

 

Если напорных водоносных горизонтов несколько, для каждого из них на карте наносится своя система гидроизопьез.

С помощью карты гидроизопьез решают ряд практических задач, связан-

ных с использованием артезианских вод для водоснабжения, с организацией защиты от них при вскрытии строительными котлованами кровли напорного пласта и т. д. По карте гидроизопьез изучают условия формирования потоков артезианских вод, определяют направление их движения (по нормали к гидро- пьезам в сторону меньших отметок), выделяют участки возможного само-

излива (при совмещении гидроизопьез с горизонталями), устанавливают гид-

равлическую связь напорных вод с реками и пр.

При использовании артезианских вод для водоснабжения наиболее пер- спективным считается самый верхний напорный горизонт, где обычно залегают слабоминерализованные (пресные) воды.

Артезианские воды практически не загрязнены и, как правило, обладают значительной водообильностью. К недостаткам следует отнести необходимость в ряде случаев проходки очень глубоких скважин для вскрытия напорного во- доносного горизонта.

Общая ха ра к т ери с ти ка основны х артез ианск и х бассейнов Рос - сии. На территории России расположено несколько крупных артезианских бас- сейнов, т. е. значительных по размерам геологических структур, к которым приурочены напорные воды. Площади артезианских бассейнов измеряются де- сятками и сотнями тысяч квадратных километров. Наиболее крупные из них Западно-Сибирский, Московский, Якутский и др. В артезианских бассейнах со-

средоточены огромные естественные запасы пресных, а также минеральных,

промышленных и термальных вод.

Московс к ий арт езианск и й бассейн расположен на огромной терри- тории (около 500 тыс. км2), в пределах Восточно-Европейской равнины. Мощ- ность осадочного чехла, содержащего более 15 водоносных горизонтов различ- ного возраста, составляет в центре бассейна около 3 км. Пресные воды артези- анского бассейна широко используются для водоснабжения городов Москвы, Калуги, Тулы, Смоленска и др. В то же время подземные воды артезианского бассейна значительно осложняют проходку и эксплуатацию метрополитена в Москве, шахт в Подмосковном угольном бассейне и др., так как являются ос- новными источниками их обводнения.

Московский артезианский бассейн характеризуется огромными запасами промышленных (бромных, йодо-бромных и др.) и минеральных вод.

Самым крупным на территории России является Запад но - С и бирский артезианский бассейн. Площадь бассейна – около 3,5 млн км2, мощность оса- дочного чехла в его центральной части – 5-7 км. Для водоснабжения основное значение имеет верхний этаж, отделенный от нижнего гидрогеологического этажа мощной толщей песчано-глинистых отложений. Эксплуатационные запа- сы пресных и солоноватых вод только верхней части артезианского бассейна составляют 1100 м3/с. Велики запасы минеральных и термальных вод.

Мощными аккумуляторами подземных вод на территории России явля- ются и другие артезианские бассейны платформенного типа: Якутский, Азово- Кубанский, Причерноморский, Ангаро-Ленский и др.

Артезианские бассейны занимают лишь часть территории России. На ос- тальной части территории распространены гидрогеологические массивы, при- уроченные к поднятиям кристаллического фундамента, и складчатые области с

преимущественным развитием трещинных вод. Известны, например, бассейны трещинных вод Алданского кристаллического массива, Саяно-Алтайской и Уральской складчатой области.

Подземные воды в трещиноватых и закарстованных породах

Трещинные воды – это подземные воды, циркулирующие в трещинова-

тых горных породах. Перемещаются они по системе взаимосвязанных трещин и образуют единую гидравлическую систему.

В зависимости от условий залегания трещинные воды могут быть грунто-

выми, межпластовыми, жильными.

Трещинно-грунтовые воды развиты в верхней трещиноватой зоне кри- сталлических массивов (до глубины 80-100 м). Питаются они в основном за счет инфильтрации атмосферных осадков и отличаются значительными коле-

баниями уровня подземных вод во времени. Площади их питания совпадают с площадями распространения. Глубина залегания трещинно-грунтовых вод воз- растает от долин к водоразделам (от нескольких метров до 80 м и более). Водо-

упором трещинно-грунтовых вод служат монолитные нетрещиноватые скаль- ные породы. Водообильность трещинно-грунтовых вод определяется условия- ми их питания и степенью трещиноватости горных пород. Скальные породы,

распространенные в долинах рек тектонического происхождения, более трещи- новаты и водообильны, чем породы, слагающие водораздельные возвышенно- сти. Буровая скважина может вскрыть водообильные трещинные воды или ос-

таться безводной (рис. 31).

 

1

 

 

Рис. 31. Залегание трещинно-грунтовых вод: 1 – скважины; 2 – трещины с водой

 

Трещинно-грунтовые воды обычно расположены в зоне активного водо- обмена, поэтому в большинстве случаев они пресные, гидрокарбонатно- кальциевого состава. Быстрое проникновение поверхностных осадков по сис- теме трещин на глубину может приводить к загрязнению вод вредными орга- ническими соединениями. Это необходимо учитывать при оценке трещинно- грунтовых вод для питьевого водоснабжения.

Межпластовые трещинные воды циркулируют в артезианских бассей-

нах, водоносные горизонты которых представлены трещиноватыми горными породами.

Трещинно-жильные воды развиты локально, исключительно в зонах тек-

тонических нарушений с крупными трещинами. Это линейно вытянутые узкие водные потоки (жилы), уходящие в глубину на несколько сот метров, поэтому они часто имеют повышенную температуру. Для трещинно-жильных вод ха- рактерен напорный режим. Как правило, они отличаются значительной водо- обильностью, нередко разгружаются на поверхности земли и образуют мощные родники.

Трещинно-жильные воды получают питание за счет трещинно-грунтовых вод, разгрузки глубокозалегающих напорных водоносных горизонтов и других источников.

При строительстве подземных сооружений (трубопроводы, тоннели и др.)

в горно-складчатых областях необходимо принимать меры, предотвращающие внезапный прорыв водообильных трещинно-жильных вод.

Карстов ы е воды. Подземные воды, которые циркулируют по трещи-

нам и пустотам карстового происхождения, называют карстовыми или тре-

щинно-карстовыми.

Движение карстовых вод происходит по весьма сложной системе трещин, каверн, карстовых каналов и пещер (рис. 32). Карстовые воды, перемещающие- ся по системе взаимосвязанных крупных карстовых полостей (пещер), образу-

 

 

ют карстовые потоки.

 

Рис. 32. Залегание карстовых вод в известняках: 1 – уровень карстовых вод;

2 – зона карстовых пустот, заполненных водой

 

Питание карстовых вод осуществляется за счет инфильтрации атмосфер- ных осадков, подпитывания со стороны поверхностных водотоков и водоемов, а также перетекания подземных вод из других водоносных горизонтов. Значи- тельная трещиноватость карстовых массивов способствует интенсивной ин- фильтрации атмосферных осадков и накоплению больших запасов карстовых вод. Как правило, подземные воды, циркулирующие в сильно закарстованных породах, обладают значительной водообильностью.

Химический состав карстовых вод определяется в основном составом вмещающих пород и гидродинамической зональностью. В зоне интенсивного

водообмена карстовые воды обычно пресные, гидрокарбонатные (в известня-

ках) или жесткие сульфатные (в гипсах). В зонах замедленного водообмена карстовые воды, минерализованные и сильно минерализованные, вплоть до

рассолов, состав – хлоридный. Карстовые воды могут легко загрязняться с по-

верхности земли, поэтому исследованию их бактериального загрязнения прида-

ется большое значение. В целом роль карстовых вод в разрешении проблем во- доснабжения многих районов страны (Урал, Восточная Сибирь и др.) сущест- венна. Вместе с тем значительная водообильность карстовых вод может вы- звать и серьезные осложнения при строительстве и эксплуатации различных сооружений в толще закарстованных пород (повышенные водопритоки к строи- тельным котлованам, утечки вод из водохранилищ и т. д.) [9].

Подземные воды районов многолетней мерзлоты

Подземные воды в районах многолетней мерзлоты (Сибирь, Крайний Се-

вер, Дальний Восток и др.) характеризуются своеобразными условиями залега- ния, циркуляции и стока. Главная их особенностью этих вод заключается в том, что они постоянно контактируют или непосредственно содержатся в толще по- род с постоянной промороженностью, т. е. в толще многолетнемерзлых пород.

Многолетнемерзлые породы имеют мощность от нескольких метров до нескольких сот метров, содержат участки с постоянно положительной темпера- турой (талики) и только в верхней части сезонно протаивают (деятельный слой).

По количеству подземных вод районы многолетней мерзлоты уступают районам с умеренным климатом. Поверхностные же источники промерзают на длительный период, поэтому организация водоснабжения в этих районах пред-

ставляет значительные трудности. С подземными водами связан и ряд геоло- гических явлений, осложняющих строительство в районах с суровым климатом (наледи, бугры пучения и т. д.).

Подземные воды в районах многолетней мерзлоты классифицируют, по

Н. И. Толстихину, на надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные.

Надмерзлотные воды подразделяют на воды сезонно-талого (деятельного)

слоя и воды надмерзлотных таликов речных долин и озерных впадин. Подсти- лающим водоупором для них служит многолетнемерзлая толща, пустоты, тре- щины, поры которой постоянно заполнены льдом. Надмерзлотные воды обра- зуют безнапорные горизонты типа верховодки и грунтовых вод. Питание над- мерзлотные воды получают за счет инфильтрации осадков, таяния снежников и ледников, а также подпитывания в результате разгрузки подмерзлотных вод.

В первой половине зимы надмерзлотные воды деятельного слоя промер-

зают, и поскольку в этот период они залегают между двумя водоупорными слоями (снизу – толща многолетнемерзлых пород, сверху – горизонт сезонного промерзания), то развивают значительное давление и становятся напорными. По величине минерализации воды пресные и летом могут использоваться для водоснабжения, однако количество (запасы) их незначительно, а санитарно- техническое состояние не всегда удовлетворительно.

Надмерзлотные воды в зоне таликов под влиянием переноса тепла реками и озерами зимой обычно не промерзают и имеют постоянный сток. Это воды пресные, очень холодные (температура 0,5-5°С), используются для водоснабжения.

Межмерзлотные воды содержатся внутри толщи многолетней мерзлоты как в твердой (лед), так и в жидкой фазе (зона прерывистых и сквозных тали- ков). Межмерзлотные воды в жидкой фазе обычно напорны. Распространены они не повсеместно и залегают в пределах таликов преимущественно в долинах

рек. Постоянная циркуляция, отчасти высокая минерализация, предохраняет их от замерзания. Запасы межмерзлотных вод непостоянны и к концу зимы значи- тельно сокращаются.

Подмерзлотные воды циркулируют ниже многолетнемерзлотной толщи, поэтому встречаются только в жидкой фазе. Воды напорны, величина напора над кровлей нередко достигает нескольких сотен метров. По условиям цирку-

ляции подмерзлотные воды аналогичны напорным водам в районах с умерен-

ным климатом.

Запасы подмерзлотных вод значительны. Водообильность высокая, осо- бенно карстовых подмерзлотных вод. Минерализация вод пестрая (от пресных до рассолов

 

 

Date: 2015-09-26; view: 2029; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.005 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию