I. Общие положения. Е. С. Штенгелов

Е.С.Штенгелов

Конспект лекций по Развёрнутый план дисциплинеы ГИДРОГЕОЛОГИЯ

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ПРЕДМЕТ ГИДРОГЕОЛОГИИ. Гидрогеология – наука- наука, изучающая подземные воды.

Подземными водами называются гравитационные воды, содержащиенаходящиеся в горных породах и перемещающиеющиеся (фильтрующиещиеся) сквозь поры, трещины и другие пустоты горных пород под действиемм силы тяжести сквозь поры, трещины и другие пустоты горных пород силы тяжести.

Разделы гидрогеологии. Гидрогеология включает следующие разделы: общая гидрогеология,динамика подземных вод,гидрогеохимия, региональная гидрогеология.

Практические направления гидрогеологии. Наиболее важными являются следующие практические направления.

1. Поиски и разведка подземных вод для организации питьевого (пищевого) о) водоснабжения. Сокращённое название: питьевая гидрогеология.

С точки зрения питьевого водоснабжения, подземные воды имеют целый ряд существенных преимуществ по сравнению с поверхностными водами:

-- отсутствие взвешенных частиц и почти полное отсутствие коллоидных частиц,

-- хорошая защищённость от поверхностных и атмосферных загрязнителей,

-- хорошее санитарное состояние (практически полное отсутствие микроорганизмов),

-- почти полное отсутствие растворённого кислорода и других окислителей, что создаёт нулевой окислительно-восстановительный потенциал (eh = 0) и способствует сохранению в подземных водах самых разнообразных ионов, которые необходимы человеческому организму, но отсутствуют (окислены) в поверхностных водах,

-- нейтральный водородный показатель (pH=7),

-- постоянство температуры в течение года.

2. Шахтная (рудничная) гидрогеология. Обеспечивает глубокое (на десятки и сотни метров) понижение уровнейсвободных и пьезометрических поверхностей водоносных горизонтов в пределах шахтных, рудничных и карьерных полей для проведения горных работ и добычи полезных ископаемых.

3. Строительная гидрогеология. Обеспечивает предотвращение или уменьшение вредных воздействий подземных вод на возводимые здания и сооружения.

4. Мелиоративная гидрогеология. Занимается изучением гидрогеологических процессов и явлений на территориях сельскохозяйственной мелиорации.

5. Гидрогеология нефтяных и газовых месторождений. Принимает участие в поисках и разведке месторождений нефти и газа. При их эксплуатации осуществляет руководство законтурным и внутриконтурным заводнением месторождений и предотвращает возможность их стихийного обводнения.

ВОДА НА ЗЕМЛЕ. На Земле находится приблизительно 2,42∙10⁹ км³ (2,42 миллиарда кубических километров) воды. Она распределена следующим образом.

1. Мировой океан ……………………… 1 338 000 000 км³ (55,4 %)

2. Вода в горных породах ……………... 1 050 000 000 км³ (43,4 %)

3. Вода в ледниках ………………………… 30 000 000 км³ (1,2 %)

4. Озёра …………………………………………176 000 км³

5. Атмосфера …………………………………….13 000 км³

6. Болота ……………………………………….. 10 000 км³

7. Реки ………………………………………….... 2 000 км³

8. Живые организмы ………………………….... 1100 км³.

Примечания к приведедставленному списку. * А. В списке указаприведены среднемноголетние единовременные объёмы воды. * Б. Некоторые из приведенных объёмов воды являются практически неподвижными (океан, значительная часть воды в горных породах, ледники, озёра, болота). * В. Другие объёмы воды находятся в состоянии хаотического движения, не поддающегося учёту (атмосфера, живые организмы). * Г. Вода рек и часть воды в горных породах (гравитационные подземные воды) находятся в состоянии движения и многократно сменяются в течение года (например, через Амазонку, самую полноводную реку мира, протекаеходит в год около 7000 км³ воды, но единовременный среднемноголетний объём воды в Амазонке составляет всего 0,0002 км³). * Д. Из 32 миллионов км³ льда 24 миллиона (около 80 %) находятся в Антарктиде. * Е. Основная часть воды, содержащейся в живых организмах, находится в растениях. Для примера оОценим приблизительно суммарное содержание воды в людях. Приняв средний вес человека равным 75 кг, среднее содержание воды в нём – 50 кг (50 дм³), население Земли – 6 миллиардов человек, получаем суммарный объём воды в людях равным 0,3 км³, что составляет лишь 0,03 % общего объёма воды в живых организмах.

ВОДНЫЙ БАЛАНС. Под водным балансом понимается соотношение объёмов воды, поступающих на данную площадь, и объёмов воды, удаляющихся с неё. Водный баланс может быть положительным (при этомкотором может происходить грунтовое подтопление территории), нулевым (нормальное состояние территории) и отрицательным (при этомкотором может происходить иссушение территории). Компоненты водного баланса называются статьями. Статьи, характеризующие поступление воды, называются положительными; статьи, характериующие удаление воды,, - -- отрицательными. Статьи вВодногоый баланса выражаюется в единицах высоты столба воды (в миллиметрах или сантиметрах). Общепринятой международной символики для обозначения статей водного баланса нет. Чаще всегоОбычно формула водного баланса приводится в следующем виде:

P + K + Y _пр ≈ Z + Y _от, где

P («пэ») – количество атмосферных осадков, которые подразделяются на вертикальные (дождь и снег) и горизонтальные (изморось, изморозь),

K («ка») – конденсация атмосферной влаги, подразделяющаяся на поверхностную (роса, иней) и подземную (в порах и трещинах горных пород),

Y _пр («игрек приток») – приток воды (поверхностный, подземный и технический: утечки из коммуникаций, сельскохозяйственное орошение, промышленные и строительные стоки, искусственное пополнение запасов подземных вод, заводнение при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений),

Z («зэт») – суммарное испарение [с поверхности воды, с грунта, со снега (сублимация), из растений (транспирация), а также подземное],

Y _от («игрек отток») - отток воды: поверхностный, подземный и технический (эксплуатация подземных вод и дренаж подземных вод).

ВИДЫ ВОДЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ. Существуют следующие виды воды:

А) Вода в виде пара (почти исключительно в зоне аэрации грунтовых вод – см. ниже).

Б) Химически связанная вода, в том числе: кристаллизационная вода, молекулы которой находятся в кристаллических решётках минералов в строго определённых количествах (например, гипс CaSO₄∙2H₂O), цеолитная вода, число молекул которой в кристаллических решётках минералов является неопределённым (например, опал SiO₂∙nH₂O), а также конституционная вода, входящая в химическую формулу минералов в виде H⁺ (ион водорода) и ОН⁼ (гидроксильная группа), например, малахит Сu (CO₃)₂∙(OH)₂. Химически связанная вода неподвижна.

В) Адсорбированная вода (синонимы: плёночная, гигроскопическая, связанная, молекулярная) развита, в основном, в рыхлых обломочных горных породах в виде плёнок на минеральных частицах. Адсорбция воды проявляется особенно интенсивно у глинистых и алевритовых частиц. Адсорбированная вода неподвижна.

Г) Капиллярная вода удерживается в горных породах силой поверхностного натяжения и находится, как и парообразная вода, в зоне аэрации грунтовых вод. Здесь наблюдается три вида капиллярных вод: воды капиллярной каймы над свободной поверхностью (зеркалом) грунтовых вод, почвенные воды под земной поверхностью и воды углов крупных пор в породах основной части зоны аэрации. Капиллярная вода неподвижна.

Д) Гравитационная вода находится под действием силы тяжести, подвижна (текуча) и является подземной водой в специальном, профессиональном смысле этого слова.

Е) Вода в виде льда. Подземные льды наблюдаются в районах многолетней мерзлоты: север России, Канады и США (штат Аляска).

ВОДНО▬ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД.

Твёрдые вещества делятся на гидрофильные (смачиваемые водой) и гидрофобные (несмачиваемые). Все горные породы являются гидрофильными. Водно-физическими свойствами называются показатели, характеризующие способность горных пород содержать в себе или пропускать сквозь себя (фильтровать) воду. Соответственно, эти свойства подразделяются на ёмкостные (касающиеся всех видов воды в горных породах) и фильтрационные (касающиеся только гравитационной воды).

Среди ёмкостных свойств наибольшее значение для гидрогеологии имеют пористость имеют пористость (для несцементированных обломочных поро(для несцементированных обломочных пород), коэффициент трещиноватости (для сплошных пород), а также объёмная влажность, полная влагоёмкость и коэффициент водоотдачи.

Пористость представляет собой отношение суммарного объёма пор к объёму горной

породы, обозначается индексом n, выражается в долях единицы (в прежние годы – в %).

Коэффициент трещиноватости –-- отношение суммарного объёма трещин к объёму горной породы, обозначается К_тр, выражается в долях единицы. Влажность объёмная -- отношение объёма воды, находящегося в данный момент в горной породе, к объёму породы, обозначается W_об, выражается в долях единицы. Полная влагоёмкость

представляет собой максимально возможный для данной породы объём воды, отнесенный к объёму горной породы, обозначается W_max, выражается в долях единицы. Коэффициент водоотдачи – отношение объёма гравитационной воды, максимально возможного для данной горной породы, к объёму породы, обозначается µ (произносится: «мю»), выражается в долях единицы. Коэффициент водоотдачи является одним из важнейших гидрогеологических параметров.

Среди фильтрационных свойств горных пород наибольшее значение имеют коэффициент фильтрации и водопроводимость. Коэффициент фильтрации обозначается К и имеет размерность м/сутки. Водопроводимость представляет собой произведение коэффициента фильтрации К на мощность водоносного горизонта m и обозначается индексом Т (T = K· m). Размерность водопроводимости: м²/сутки.

Дата добавления: 2015-08-05