IV. Характерные типы подземных вод

ВЕРХОВОДКА. Верховодкой называется первый от земной поверхности водоносный горизонт локального (местного) распространения. Как правило, образуется на линзах глин или других водоупорных пород, залегающих среди водопроницаемых пород. Верховодка характеризуется небольшой глубиной уровня, незначительной площадью распространения, малыми запасами воды, неустойчивым режимом (в засушливые периоды полностью пересыхает) и слабой защищённостью от загрязнения. Практическое значение верховодки с гидрогеологической точки зрения невелико.

ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ. Грунтовыми водами называется первый от земной поверхности водоносный горизонт регионального распространения. Горизонт связан со слоем или группой слоёв водопроницаемых горных пород, имеющими большую площадь и подстилаемыми слоем водоупорных пород, также характеризующимся большой площадью. Горизонт грунтовых вод имеет свободную поверхность («зеркало грунтовых вод»). Пространство между свободной поверхностью грунтовых вод и земной поверхностью, сложенное водопроницаемыми горными породами, называется зоной аэрации. На границе свободной поверхности грунтовых вод и зоны аэрации находится так называемая капиллярная кайма (воды, удерживаемые в горных породах силой поверхностного натяжения). Питание грунтовых вод происходит с земной поверхности через зону аэрации и называется инфильтрацией. В периоды интенсивной инфильтрации мощность грунтовых вод увеличивается, свободная поверхность грунтовых вод приподнимается, мощность капиллярной каймы остаётся прежней, а общая мощность зоны аэрации уменьшается. В засушливые периоды мощность грунтовых вод уменьшается, свободная поверхность грунтовых вод опускается, мощность капиллярной каймы остаётся прежней, а общая мощность зоны аэрации увеличивается. Рельеф свободной поверхности грунтовых вод изображается с помощью карт гидроизогипс (гидроизогипсы – линии одинаковых абсолютных отметок свободной поверхности грунтовых вод). Грунтовые воды подразделяются на два основных подтипа: а) грунтовые воды водораздельных пространств, б) грунтовые воды долин.

Грунтовые воды водораздельных пространств охватывают приблизительно 70 % площади суши. Вся эта площадь является одновременно и областью питания (инфильтрации), и областью горизонтального движения (фильтрации) грунтовых вод. Последнее происходит от наиболее возвышенных участков водоразделов по направлению к долинам. Следует отметить, что, в целом, естественные и эксплуатационные ресурсы грунтовых вод водораздельных пространств значительно уступают ресурсам грунтовых вод долин и практически нигде не используются для устройства подземных водозаборов.

Климатическая зональность является важной особенностью грунтовых вод водораздельных пространств. Главной причиной климатической зональности является увеличение температуры воздуха от полюсов Земли к экватору. Вследствие этого, например, на территории Европы при перемещении с севера на юг происходит увеличение испаряемости воды и переход от гумидного (влажного) климата к аридному (засушливому) климату. В связи с этим, в направлении с севера на юг происходит ухудшение условий питания грунтовых вод, и возникают следующие изменения:

а) увеличение глубины залегания свободной поверхности грунтовых вод (в северных районах глубина залегания грунтовых вод невелика и часто приводит к заболачиванию территорий, тогда как в южных районах она составляет десятки метров),

б) увеличение их солёности (в северных районах преобладают ультрапресные и пресные воды, тогда как в южных районах – слабосолоноватые или солоноватые грунтовые воды),

в) изменение их макрокомпонентного химического состава (в северных районах преобладают гидрокарбонатные кальциевые или гидрокарбонатные магниево-кальциевые воды, тогда как в южных районах – хлоридные натриевые воды),

г) увеличение жёсткости воды,

д) увеличение температуры воды и связанное с этим уменьшение содержания растворённых газов,

е) уменьшение поступления гуминовых кислот (гумуса) из почв и обусловленное этим снижение содержания водородных ионов (с севера на юг происходит увеличение pH, слабокислые грунтовые воды становятся нейтральными или слабощелочными).

Грунтовые воды долин. Долины занимают приблизительно 30 % территории суши и по своему происхождению подразделяются на несколько типов: лиманно-морские, ледниковые, водно-ледниковые (флювиогляциальные), овражно-балочные и речные.. Последние имеют крупные площади, сложены мощными толщами аллювиальных отложений, характеризуются значительными естественными ресурсами грунтовых вод и играют исключительно важную роль с точки зрения подземного водоснабжения. Практически все подземные водозаборы, обеспечивающие водоснабжение крупнейших городов мира, используют грунтовые воды аллювиальных отложений.

Существуют две основные причины высокой водообильности грунтовых вод аллювия: низкое гипсометрическое положение речных долин и значительные коэффициенты фильтрации аллювиальных отложений. Низкое гипсометрическое положение приводит к тому, что именно в речные долины направлен поверхностный сток после выпадения или таяния атмосферных осадков и именно в сторону речных долин происходит фильтрация грунтовых вод водораздельных пространств. Значительные коэффициенты фильтрации аллювиальных отложений обусловлены тем, что обломки горных пород, образующие аллювий, являются достаточно крупными (главным образом, крупнозернистые пески с диаметром 0,5 – 2,0 мм, гравий с диаметром 2 – 10 мм и галька с диаметром 1 – 10 см), отличаются высокой степенью окатанности (округлая форма зерён) и отсортированности по размерам. Все эти факторы способствуют образованию крупных пор и обусловливают высокие значения коэффициента фильтрации. Грунтовые воды аллювиальных отложений подразделяются на русловые, пойменные и террасовые.

МЕЖПЛАСТОВЫЕ ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ. Водоносные горизонты, расположенные между водоупорными толщами, обычно имеют напор, превышающий верхнюю границу (кровлю) водоносного горизонта, поэтому при вскрытии таких горизонтов буровыми скважинами уровень воды устанавливается выше его кровли. Такой напор называется избыточным. Поверхность, показывающая абсолютные высоты избыточного напора для определённой площади определённого водоносного горизонта, называется пьезометрической. Карта рельефа пьезометрической поверхности называется картой гидроизопьез (гидроизопьезы – линии одинаковых абсолютных отметок избыточного напора).

Межпластовые подземные воды, обладающие избыточным напором, называются артезианскими. Район развития артезианских вод называется артезианским бассейном. Артезианский бассейн – отрицательная геотектоническая структура, содержащая один или несколько горизонтов межпластовых подземных вод с избыточным напором. Поскольку земная кора материков состоит из платформ и горноскладчатых сооружений, артезианские бассейны подразделяются на платформенные и горноскладчатые. Среди артезианских бассейнов платформ выделяются бассейны: 1) связанные с синеклизами (синеклиза – часть платформы, характеризующаяся глубоким залеганием складчатого кристаллического фундамента и повышенной мощностью осадочного чехла), 2) связанные с краевыми прогибами (краевой прогиб – часть платформы, прилегающая к её границе с соседним горноскладчатым сооружением и имеющая повышенную мощность осадочного чехла), 3) связанные с авлакогенами (авлакоген – синеклиза, отличающаяся узкой формой и чрезвычайно крутыми бортами), 4) связанные с рифтами (рифт – щелевидная структура земной коры, имеющая длительную историю развития и продолжающая формироваться в настоящее время). Среди артезианских бассейнов горноскладчатых областей выделяютсся бассейны: 1) связанные с синклинориями (синклинорий – крупная система складок, имеющая в целом синклинальную форму), 1) связанные с грабенами (грабен – крупное дизъюнктивное нарушение, центральная часть которого опущена относительно краевых частей).

Следует отметить, что проблема возникновения избыточного напора в артезианских бассейнах относится к числу нерешённых научных проблем. Наиболее распространена гидростатическая гипотеза, согласно которой избыточный напор обусловлен напором воды на окраинах артезианского бассейна, где он имеет более высокие абсолютные отметки. Однако, эта гипотеза противоречит целому ряду конкретных гидрогеологических фактов. В связи с этим, были выдвинуты геостатическая (элизионная) гипотеза и гипотеза местных источников питания, которые также являются во многих отношениях крайне спорными.

ТРЕЩИННЫЕ ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ. Горные проды подразделяются на рыхлые (обломочные) и сплошные (скальные). Все магматические и метаморфические горные породы и значительная часть осадочных горных пород являются сплошными, и их водопроницаемость обусловлена наличием в них трещин. Трещины образуются в горных породах в результате механических напряжений, возникающих при тектонических и других эндогенных, экзогенных и техногенных процессах в земной коре. Трещины могут быть закрытыми и открытыми. Ширина открытых трещин (в специальной литературе её называют зиянием) варьирует от сотых долей миллиметра (т.е. десятков микрометров) до сантиметров и дециметров. Для трещиноватых горных пород характерна неравномерная густота трещин: в одних местах трещины встречаются редко, в других местах, наоборот, наблюдаются скопления трещин. Данные скопления трещин имеют вытянутую, полосовидную форму и называются трещинными зонами.

Дата добавления: 2015-08-05