El agua es la sustancia más común en nuestro planeta, gracias a la cual se sustenta la vida en él. Se encuentra tanto en la litosfera como en la hidrosfera. La biosfera de la Tierra se compone de ¾ de agua. Un papel importante en la circulación de esta sustancia lo desempeñan sus especies subterráneas. Aquí puede formarse a partir de gases del manto, durante la escorrentía, etc. En este artículo veremos los tipos de agua subterránea.
Concepto
Las aguas subterráneas se refieren a estas últimas, ubicadas en la corteza terrestre, situado en rocas ah, ubicado debajo de la superficie de la Tierra en varios estados de agregación. Forman parte de la hidrosfera. Según V. I. Vernadsky, estas aguas pueden ubicarse a una profundidad de hasta 60 km. El volumen estimado de agua subterránea ubicada a una profundidad de hasta 16 km es de 400 millones de kilómetros cúbicos, es decir, un tercio del agua del Océano Mundial. Están ubicados en dos plantas. El inferior contiene rocas metamórficas e ígneas, por lo que la cantidad de agua aquí es limitada. La mayor parte del agua se encuentra en ultimo piso, en el que se ubican rocas sedimentarias.
Clasificación según la naturaleza del intercambio con aguas superficiales.
Hay 3 zonas en él: la superior - libre; Medio e inferior: metabolismo lento del agua. Los tipos de aguas subterráneas varían en composición en diferentes zonas. Así, en el superior hay agua dulce utilizada con fines técnicos, potables y económicos. EN zona media Se localizan aguas milenarias de diferente composición mineral. En la parte inferior se encuentran salmueras muy mineralizadas de las que se extraen diversos elementos.
Clasificación por mineralización
Los siguientes tipos de agua subterránea se distinguen por su mineralización: ultra, dulce, con una mineralización relativamente alta; solo el último grupo puede alcanzar un nivel de mineralización de 1,0 g / metro cúbico. dm; salobres, salados, de alta salinidad, salmueras. En estos últimos la mineralización supera los 35 mg/m3. dm.
Clasificación por ocurrencia
Según las condiciones de su aparición, se distinguen los siguientes tipos de aguas subterráneas: aguas estancadas, aguas subterráneas, artesianas y aguas del suelo.
Verkhovodka se forma principalmente en lentes y capas de rocas de baja permeabilidad o resistentes al agua en la zona de aireación durante la infiltración de aguas superficiales y atmosféricas. A veces se forma debido al horizonte iluvial debajo de la capa del suelo. La formación de estas aguas está asociada a procesos de condensación de vapor de agua además de los enumerados anteriormente. En algunas zonas climáticas forman reservas bastante grandes de agua de alta calidad, pero en su mayoría se forman acuíferos delgados que desaparecen durante la sequía y se forman durante períodos de intensa humedad. Este tipo de agua subterránea es principalmente característica de las margas. Su espesor alcanza los 0,4-5 m y el relieve tiene una influencia significativa en la formación de aguas estancadas. En pendientes pronunciadas existe por poco tiempo o desaparece por completo. En las estepas planas con depresiones en forma de platillo y cuencas hidrográficas planas, se forma un agua más estable en la superficie de las rutas fluviales. No tiene conexión hidráulica con las aguas del río y se contamina fácilmente con otras aguas. Al mismo tiempo, puede alimentar el agua subterránea o gastarse en evaporación. Verkhodka puede ser fresco o ligeramente mineralizado.
El agua subterránea es parte del agua subterránea. Están ubicados en el primer acuífero desde la superficie, superpuestos al primer acuífero, consistentes en área. Básicamente son aguas de flujo libre, pueden tener una pequeña presión en áreas con superposiciones locales impermeables al agua. La profundidad de su aparición y sus propiedades químicas y físicas están sujetos a fluctuaciones periódicas. Distribuido por todas partes. Se alimentan a través de la infiltración de precipitaciones de la atmósfera, la filtración de fuentes superficiales, la condensación del vapor de agua y la evaporación intraterrestre, y nutrición adicional proveniente de acuíferos subyacentes.
El agua artesiana es parte del agua subterránea que tiene presión y se encuentra en acuíferos entre capas relativamente impermeables e impermeables. Se encuentran a mayor profundidad que el suelo. En la mayoría de los casos, las áreas de nutrición y creación de presión no coinciden. Aparece agua en el pozo por debajo del nivel establecido. Las propiedades de estas aguas son menos susceptibles a las fluctuaciones y la contaminación en comparación con las aguas subterráneas.
Las aguas del suelo son aquellas que se encuentran confinadas en la capa de agua del suelo, participan en el suministro de esta sustancia a las plantas y están asociadas con la atmósfera, las aguas subterráneas y las aguas subterráneas. Tienen un impacto significativo en la composición química del agua subterránea cuando es profunda. Si estos últimos se ubican a poca profundidad, el suelo se encharca y comienza el encharcamiento. El agua gravitacional no forma un horizonte separado, el movimiento se produce de arriba a abajo bajo la acción de fuerzas capilares o de la gravedad en varias direcciones.
Clasificación por formación
Los principales tipos de aguas subterráneas son las infiltraciones, que se forman debido a la filtración de precipitaciones atmosféricas. Además, pueden formarse como resultado de la condensación del vapor de agua, que ingresa junto con el aire a rocas fracturadas y porosas. Además, se distinguen aguas relictas (enterradas), que se encontraban en cuencas antiguas, pero fueron enterradas por gruesas capas de rocas sedimentarias. También un tipo separado son las aguas termales, que se formaron en las últimas etapas de los procesos magmáticos. Estas aguas forman especies magmáticas o juveniles.
Clasificación del movimiento de los objetos en cuestión.
Se distinguen los siguientes tipos de movimiento de aguas subterráneas (ver figura).
En la zona de aireación se produce infiltración y precipitación de la atmósfera. En este caso, este proceso se divide en infiltración normal y realizada libremente. El primero implica el movimiento de arriba a abajo bajo la influencia de la gravedad y las fuerzas capilares a lo largo de ciertos canales y poros capilares, mientras que el espacio poroso no está saturado con agua, lo que ayuda a mantener el movimiento del aire. Durante la infiltración normal, a las fuerzas enumeradas anteriormente se suman gradientes de presión hidrostática, lo que da como resultado que los poros se llenen completamente con agua.
En la zona de saturación actúan la presión hidrostática y la gravedad, que favorece el movimiento del agua libre a través de grietas y poros hacia los lados, reduciendo la presión o pendiente de la superficie del horizonte que transporta agua. Este movimiento se llama filtración. La mayor velocidad de movimiento del agua se observa en las cuevas y canales kársticos subterráneos. Los guijarros ocupan el segundo lugar. En las arenas se observa un movimiento mucho más lento: la velocidad es de 0,5 a 5 m/día.
Tipos de agua subterránea en la zona de permafrost
Estas aguas subterráneas se clasifican en suprapermafrost, interpermafrost y subpermafrost. Los primeros se sitúan en el espesor del permafrost sobre un acuitardo, principalmente al pie de laderas o en el fondo de valles fluviales. Ellos, a su vez, se dividen en agua estacionalmente helada y encaramada, ubicada en la capa activa; en parcialmente congelado estacionalmente, con la parte superior en la capa activa, en no congelante estacionalmente, cuya aparición se observa debajo de la capa congelada estacionalmente. En algunos casos, puede producirse una ruptura de la capa activa de varios suelos, lo que provoca la liberación de parte del agua del suprapermafrost a la superficie, donde adquiere la apariencia de hielo.
Las aguas entre permafrost pueden estar presentes en la fase líquida, pero están más extendidas en la fase sólida; Por regla general, no están sujetos a procesos estacionales de descongelación/congelación. Estas aguas en fase líquida aseguran el intercambio de agua con aguas situadas por encima y por debajo del permafrost. Pueden salir a la superficie como manantiales. Las aguas subpermafrost son artesianas. Pueden ser desde frescos hasta en salmuera.
Los tipos de aguas subterráneas en Rusia son los mismos que los comentados anteriormente.
Contaminación de los objetos en cuestión.
Se distinguen los siguientes tipos de contaminación de las aguas subterráneas: química, que, a su vez, se divide en orgánica e inorgánica, térmica, radiactiva y biológica.
Los contaminantes químicos incluyen principalmente desechos líquidos y sólidos de empresas industriales, así como pesticidas y fertilizantes de productores agrícolas. Los metales pesados y otros elementos tóxicos afectan más al agua subterránea. Se extienden a través de acuíferos a lo largo de distancias considerables. La contaminación por radionucleidos se comporta de manera similar.
La contaminación biológica es causada por una microflora patógena. Las fuentes de contaminación suelen ser corrales de ganado, alcantarillas defectuosas, pozos negros, etc. La distribución de la microflora está determinada por la tasa de filtración y la tasa de supervivencia de estos organismos.
Es un aumento de la temperatura del agua subterránea que se produce durante el funcionamiento de una toma de agua. Puede ocurrir en áreas donde se vierten aguas residuales o cuando la toma de agua se encuentra cerca de una masa de agua con aguas superficiales más cálidas.
Uso del subsuelo
La extracción de aguas subterráneas como tipo de uso del subsuelo está regulada por la Ley Federal "Sobre el Subsuelo". Se requiere una licencia para extraer estos objetos. Se emite en relación con las aguas subterráneas por un período de hasta 25 años. El período de uso comienza a contarse desde el momento del registro estatal de la licencia.
El trabajo de extracción debe estar registrado en Rosreestr. A continuación, elaboran un proyecto y lo presentan para el examen estatal. Luego se prepara un proyecto para organizar una zona sanitaria para la captación de aguas subterráneas, se evalúan las reservas de estas aguas y los cálculos se presentan a la pericia estatal, al Fondo de Geoinformación y a Rosgeolfond. A continuación, se adjuntan certificados de propiedad de la tierra a los documentos recibidos, después de lo cual se presenta una solicitud de licencia.
Finalmente
¿Qué tipos de aguas subterráneas hay en Rusia? Los mismos que en el mundo. El área de nuestro país es bastante grande, por lo que contiene permafrost, aguas artesianas, subterráneas y del suelo. La clasificación de los objetos considerados es bastante compleja y en este artículo se refleja de forma incompleta; aquí se muestran sus puntos más básicos.
El agua subterránea es toda el agua que se encuentra debajo de la superficie terrestre, donde ocupa huecos en los suelos o estratos geológicos. Se reponen con la lluvia, la nieve derretida y otras aguas que se filtran a través del suelo, la arena o las grietas de las carreteras.
Reservas
El agua subterránea constituye aproximadamente el 20% de las reservas mundiales y aproximadamente el 1% de toda el agua, incluida toda el agua y los glaciares.
Los científicos dicen que la Tierra puede no ser el único planeta del mundo que contiene agua subterránea. Es posible que hayan existido en Marte durante mucho tiempo. También puede haber agua subterránea en Europa, la sexta luna de Júpiter.
La mayor acumulación de agua subterránea es la cuenca artesiana de Siberia Occidental, con una superficie de 3 millones de km². Los acuíferos comenzaron a formarse en él allá por .
Educación
El agua subterránea se diferencia del agua superficial, que se encuentra en grandes masas de la hidrosfera, como los ríos. Tanto el agua superficial como la subterránea están conectadas a través (continua).
La mayor parte del agua subterránea proviene de las precipitaciones. Penetran debajo de la superficie de la tierra en el suelo. Cuando la zona del suelo se satura, el agua se filtra hacia abajo. La zona de saturación es donde todos los huecos se llenan de agua. También existe una zona de aireación, donde el espacio está ocupado en parte por agua y en parte por aire.
El agua subterránea continúa descendiendo hasta que, a cierta profundidad, llega a la roca. El agua se acumula en poros y grietas y forma un acuífero, también llamado acuífero. El proceso de sedimentación que aumenta los volúmenes de agua subterránea se conoce como recarga. En general, la recarga se produce sólo durante la temporada de lluvias o el invierno en climas templados. Normalmente, entre el 10 y el 20% de la precipitación acaba en los acuíferos.
El agua subterránea está en constante movimiento. En comparación con las aguas superficiales, esto ocurre muy lentamente. La tasa real de movimiento depende de la capacidad de carga y el volumen del acuífero. La salida natural de agua subterránea se produce a través de manantiales y lechos de ríos cuando la presión del agua subterránea es mayor que la presión atmosférica cerca de la superficie terrestre. La circulación interna no es fácil de determinar, pero cerca del nivel freático el tiempo promedio del ciclo del agua puede ser de un año o menos, mientras que en los acuíferos profundos el proceso lleva miles de años.
Significado
El agua subterránea desempeña un papel vital en el desarrollo de las zonas áridas y semiáridas. Son capaces de sustentar enormes inversiones agrícolas y empresas industriales que de otro modo no podría existir. Particularmente afortunado es que los acuíferos que preceden a la formación de los desiertos no se ven afectados por la aridez con el tiempo.
Para llevar el agua subterránea desde el subsuelo a la superficie, los científicos e ingenieros utilizan pozos de producción especiales.
Algunas aguas subterráneas disuelven sustancias de las rocas y pueden contener rastros de antiguos agua de mar. Sin embargo, la mayoría de las aguas subterráneas no contienen organismos patógenos, y no requiere limpieza para uso doméstico o industrial. Además, los suministros de agua subterránea no se ven gravemente afectados por sequías breves y están disponibles en muchas áreas que no cuentan con suministros confiables de agua superficial.
Problemas
Los científicos están preocupados por los problemas que surgen cuando se utiliza demasiada agua subterránea para La vida cotidiana, incluyendo el hogar, el negocio y Agricultura. Uno de los problemas es que estas aguas se alejan cada vez más de la superficie terrestre. Los seres humanos están utilizando el agua subterránea más rápido de lo que la lluvia o el deshielo pueden reponer los acuíferos. Esto significa que la perforación debe ser más profunda para llegar a la fuente.
Puede que esto no parezca gran cosa, pero cuando el agua subterránea está tan lejos, el suelo y la arcilla que forman la capa superficial de la Tierra están estresados y débiles. Con el tiempo, la superficie débil puede caer y crear un cráter. Los sumideros son un problema grave y se encuentran en áreas donde se ha producido extracción de aguas subterráneas profundas.
Las fuentes de agua subterránea, en su mayor parte, se consideran recursos hídricos estratégicos.
Los acuíferos, al moverse bajo la influencia de su propia gravedad, forman horizontes de flujo libre y presión. Sus condiciones de aparición son diferentes, lo que permite clasificarlos en tipos: suelo, subsuperficial, interestratal, artesiano, mineral.
Diferencias de aguas subterráneas
Rellenan poros, grietas y todos los espacios entre las partículas de roca. Se consideran una acumulación temporal de agua que gotea en la columna superficial y no están asociados con el acuífero inferior.
Forman el primer horizonte impermeable desde la superficie. Esta capa experimenta algunas fluctuaciones en las diferentes estaciones, es decir, un aumento del nivel en el período primavera-otoño y una disminución en la temporada de calor.
A diferencia del suelo, tienen un nivel más constante en el tiempo y se encuentran entre dos capas persistentes.
Al llenar todo el horizonte interestratal, la fuente se considera presión y, significativamente, limpia en relación con el agua subterránea.
Se consideran de presión, encerrados en capas de roca. Cuando se abren, a menudo brotan y se elevan por encima del nivel de la superficie terrestre. Se encuentran a una profundidad de 100 a 1000 metros.
Son aguas que contienen sales disueltas y microelementos, muchas veces de carácter medicinal.
Reservas de agua subterránea
Las reservas de agua del suelo dependen directamente de su reposición mediante la lluvia y el escurrimiento del deshielo. Los períodos de cambio de su nivel se producen en primavera - verano y verano - otoño. En el primer caso, la humedad del suelo se evapora a razón de 2-4 mm/día, en el otro caso, a razón de 0,5-2,0 mm/día. Su equilibrio cambia significativamente según las condiciones climáticas, lo que hace que los recursos hídricos aumenten o disminuyan. Pero, si no hay influencias atmosféricas graves, sus reservas en el suelo permanecen sin cambios. El cálculo de reservas se realiza de forma empírica.
Las reservas de agua subterránea se reponen como resultado de la infiltración de las capas superiores de humedad del suelo, especialmente durante la temporada de lluvias. Al fluir sobre horizontes saturados, encuentran salidas a la superficie en forma de manantiales, reponiendo y formando arroyos, estanques, lagos y otras fuentes terrestres. Se forman por infiltración de aguas de ríos y lagos, debido a la precipitación atmosférica. También se reponen con fuentes que surgen de horizontes profundos. Grandes reservas se concentran en las bases de los valles de los ríos y en las zonas al pie de las estribaciones, en grietas de piedra caliza petrificada poco profunda.
Por cierto, hay información que predice una fuerte reducción de las reservas de agua dulce a la mitad en los próximos 25 años. Teniendo en cuenta que sus reservas totales ascienden a 60 millones de km³ y que 80 países del planeta ya padecen un déficit de humedad, las malas predicciones pueden hacerse realidad.
Para disgusto de los terrícolas, el suministro de agua no se renueva.
Origen del agua subterránea
El agua subterránea, según sus condiciones de aparición, se compone de precipitación y condensación de humedad del aire. Se llaman suelo o "colgantes" y, al no ser horizontes subyacentes resistentes al agua, desempeñan un papel importante en la nutrición de las plantaciones. Debajo de esta zona aparecen capas de rocas secas que contienen la llamada película de agua. Durante los períodos de fuertes lluvias y deshielo, se forman acumulaciones de agua gravitacional sobre las capas secas.
El agua subterránea, al ser la primera que sale de la superficie terrestre, también se alimenta de precipitaciones y fuentes subterráneas. La profundidad de su aparición depende de los patrones geológicos.
Los manantiales interestratales se encuentran debajo de las fuentes subterráneas y se encuentran entre capas impermeables. Los horizontes con un espejo abierto se llaman de flujo libre. Una lente de agua con una superficie cerrada se considera presión y más a menudo se la llama artesiana.
Por tanto, el origen del agua subterránea depende en gran medida de las propiedades físicas de las rocas. Estos pueden ser porosidad y porosidad. Son estos indicadores los que caracterizan la capacidad de humedad y la permeabilidad al agua de las rocas.
Entonces, dos zonas, la zona de aireación y la zona de saturación, determinan la aparición de fuentes subterráneas. La zona de aireación representa el intervalo desde el plano del suelo hasta el plano del agua subterránea, llamado agua del suelo. La zona de saturación incluye la veta del suelo hasta el horizonte interestratal.
El agua subterránea es agua que se encuentra en las rocas de la parte superior de la corteza terrestre en estado líquido, sólido y gaseoso.
Clasificación
Según las condiciones de aparición, el agua subterránea se divide en varios tipos: suelo, agua subterránea, interestratal, artesiana y mineral.
agua del suelo llenar parte de los espacios entre las partículas del suelo; pueden ser libres (gravitacionales), moviéndose bajo la influencia de la gravedad, o ligados, sostenidos por fuerzas moleculares.
Agua subterránea Formar un acuífero en la primera capa del acuífero desde la superficie. Debido a su ubicación poco profunda respecto de la superficie, el nivel freático experimenta fluctuaciones importantes según las estaciones del año: sube después de las precipitaciones o el deshielo, o desciende durante las épocas secas. Durante los inviernos severos, el agua subterránea puede congelarse. Estas aguas son más susceptibles a la contaminación.
Aguas interformacionales- acuíferos subyacentes encerrados entre dos capas impermeables. A diferencia del agua subterránea, el nivel del agua interestratal es más constante y cambia menos con el tiempo. Las aguas interestratales son más limpias que las subterráneas. Las aguas interestratales a presión llenan completamente el acuífero y están bajo presión. Todas las aguas contenidas en capas ubicadas en estructuras tectónicas cóncavas tienen presión.
Según las condiciones de movimiento en los acuíferos, se distinguen las aguas subterráneas que circulan en capas sueltas (arena, grava y guijarros) y en rocas fracturadas.
Dependiendo de la aparición y naturaleza de los huecos de las rocas acuíferas, el agua subterránea se divide en:
- poro: se encuentran y circulan en sedimentos cuaternarios: en arenas, guijarros y otras rocas clásticas;
- fisura (vena) - en rocas (granitos, areniscas);
- karst (fisura-karst) - en rocas solubles (piedra caliza, dolomita, yeso, etc.).
Reservas de agua subterránea
El agua subterránea es parte de los recursos hídricos de la Tierra; Las reservas totales de agua subterránea ascienden a más de 60 millones de km³. El agua subterránea se considera un recurso mineral. A diferencia de otros tipos de minerales, las reservas de agua subterránea son renovables durante la explotación.
Exploración de aguas subterráneas
Para determinar la presencia de agua subterránea se realiza exploración:
- evaluación geomorfológica de la zona,
- estudios de temperatura,
- método del radón,
- los pozos de referencia se perforan con muestreo de núcleos,
- se estudia el núcleo y se determina la edad geológica relativa de las rocas, su espesor (espesor),
- Se realizan bombeos experimentales, se determinan las características del acuífero y se elabora un informe geotécnico;
- Se compilan mapas y secciones de varios pozos de referencia, y se lleva a cabo una evaluación preliminar de las reservas minerales (en en este caso, agua);
Origen del agua subterránea
El agua subterránea tiene diferentes orígenes: algunos de ellos se formaron como resultado de la penetración del agua derretida y de lluvia hasta el primer horizonte impermeable (es decir, hasta una profundidad de 1,5-2,0 m, donde se forma el agua subterránea, es decir, la llamada agua perchada); otros ocupan cavidades más profundas en el suelo.
Toda el agua de la corteza terrestre ubicada debajo de la superficie terrestre en rocas en estado gaseoso, líquido y sólido se llama agua subterránea.
El agua subterránea forma parte de la hidrosfera, la capa acuosa del globo. Se encuentran en pozos a profundidades de hasta varios kilómetros. Según V. I. Vernandsky, el agua subterránea puede existir hasta una profundidad de 60 km debido a que las moléculas de agua, incluso a una temperatura de 2000 o C, están disociadas solo un 2%
Cálculos aproximados de las reservas de agua dulce en las entrañas de la Tierra a una profundidad de 16 kilómetros dan un valor de 400 millones de kilómetros cúbicos, es decir. aproximadamente 1/3 de las aguas del océano mundial.
La acumulación de conocimientos sobre las aguas subterráneas, que comenzó en la antigüedad, se aceleró con la llegada de las ciudades y la agricultura de regadío. El arte de construir pozos excavados de hasta varias decenas de metros se conoció entre 2.000 y 3.000 mil años antes de Cristo. en Egipto, Asia Central, India, China. En el mismo período apareció el tratamiento con aguas minerales.
En el primer milenio antes de Cristo, surgieron las primeras ideas sobre las propiedades y el origen de aguas naturales, las condiciones de su acumulación y el ciclo del agua en la Tierra (en las obras de Tales y Aristóteles - en Antigua Grecia; Tita Lucrecia Cara y Vitruvio - en Antigua Roma, y etc.).
El estudio de las aguas subterráneas se vio facilitado por la ampliación de los trabajos relacionados con el suministro de agua, la construcción de estructuras de captura (por ejemplo, kariz entre los pueblos del Cáucaso y Asia Central), la extracción de agua salada para la evaporación de la sal mediante la excavación de pozos, y luego perforaciones (territorio de Rusia, siglos XII-XVII) . Posteriormente surgió el concepto de aguas. sin presión, presión(subiendo de abajo hacia arriba) y autovertible. Este último recibió el nombre de artesiano, de la provincia de Artois (nombre antiguo "Artesia") en Francia.
Durante el Renacimiento y posteriormente, el agua subterránea y su papel en los procesos naturales fueron objeto del trabajo de muchos científicos: Agricolla, Palissy, Steno, etc.
En Rusia, las primeras ideas científicas sobre las aguas subterráneas como soluciones naturales, su formación por infiltración de precipitaciones atmosféricas y la actividad geológica de las aguas subterráneas fueron expresadas por M.V. Lomonosov en su ensayo "Sobre las capas de la Tierra" (1763).
Hasta mediados del siglo XIX, el estudio de las aguas subterráneas se desarrolló como parte integral de la geología. Luego se divide en una disciplina separada: la hidrología.
La hidrogeología general estudia el origen de las aguas subterráneas, sus propiedades físicas y Propiedades químicas, interacción con rocas huésped.
El estudio de las aguas subterráneas en relación con la historia de los movimientos tectónicos, los procesos de sedimentación y la dianogénesis permitió abordar la historia de su formación y contribuyó al surgimiento en el siglo XX de una nueva rama de la hidrogeología: paleohidrogeología(el estudio de las aguas subterráneas de eras geológicas pasadas).
Dinámica del agua subterránea estudia el movimiento de las aguas subterráneas bajo la influencia de factores naturales y artificiales, desarrolla métodos cuantificación productividad de los pozos de producción y reservas de agua subterránea.
La doctrina del régimen y equilibrio de las aguas subterráneas examina los cambios en las aguas subterráneas (su nivel, temperatura, composición química, nutrición y condiciones de movimiento), que ocurren bajo la influencia de diversos factores naturales(precipitación atmosférica y las condiciones de su infiltración, evaporación, temperatura y humedad del aire y la capa del suelo, la influencia de los regímenes de los embalses superficiales, ríos, actividades antropogénicas humanas).
En la segunda mitad del siglo XX se comenzaron a desarrollar métodos para predecir el régimen de las aguas subterráneas, lo que es de gran importancia práctica en la explotación de aguas subterráneas, la construcción de ingeniería hidráulica, la agricultura de regadío y la solución de otros problemas.
Ahora, de los 510 millones de kilómetros cuadrados del planeta, 361 millones de kilómetros cuadrados. Los kilómetros (70,7%) están ocupados por mares y océanos, formando un solo Océano Mundial, los 149 (29,3%) millones de metros cuadrados restantes. km está ocupado por tierra. En el hemisferio norte, la tierra representa el 39,3% de la superficie del hemisferio, en el hemisferio sur, el 19,1%. La gravedad específica de los elementos de la circulación de la humedad y su influencia en la circulación general del agua en la naturaleza se puede juzgar a partir de los datos que figuran a continuación:
tabla 1
Nombre del indicador
Volumen
Evaporación del océano
Evaporación de la tierra
evapotranspiración
Sedimentación en la superficie del océano.
Precipitación en la superficie terrestre
Precipitación total
Flujo de ríos y aguas subterráneas
447,9 mil kilómetros 3
70,7 mil kilómetros 3
518,6 mil kilómetros 3
411,6 mil kilómetros 3
107,0 mil kilómetros 3
518,6 mil kilómetros 3
36,3 mil kilómetros 3
Bajo la influencia de la energía solar, un promedio de unos 450,0 mil km 3 de agua se evapora de la superficie del Océano Mundial. Parte de esta humedad es transportada en forma de vapor por las corrientes de aire a los continentes.
En determinadas condiciones, el vapor de agua se condensa y cae en forma de lluvia, nieve, granizo, etc. La precipitación atmosférica que cae sobre la tierra fluye por las laderas de la zona, formando arroyos y ríos que llevan sus aguas de regreso al Océano Mundial.
Una parte de la precipitación se evapora, otra se filtra en el suelo, formando agua subterránea, que desemboca en arroyos y ríos a través de escorrentías subterráneas y, por lo tanto, también regresa al océano. Este proceso de intercambio cerrado entre la atmósfera y la superficie terrestre se denomina ciclo del agua en la naturaleza.
Por tanto, el contenido de agua de los ríos utilizados en la economía nacional como fuentes de agua está relacionado con el ciclo de la humedad de la Tierra y depende de la distribución del agua entre los elementos individuales del ciclo del agua en la naturaleza.
origen del agua subterránea
El agua subterránea se forma principalmente a partir de aguas de precipitación atmosférica cayendo sobre la superficie de la tierra y aguas filtradas(infiltrándose) en el suelo hasta cierta profundidad, y de las aguas de pantanos, ríos, lagos y embalses, también filtrándose en el suelo. La cantidad de humedad que ingresa al suelo de esta manera es del 15 al 20% de la cantidad total de precipitación.
La penetración del agua en los suelos (permeabilidad al agua) que forman la corteza terrestre depende de las propiedades físicas de estos suelos. En cuanto a la permeabilidad al agua, los suelos se dividen en tres grupos principales: permeable al agua, semipermeable Y impermeable o impermeable.
A rocas permeables incluyen rocas gruesas, guijarros, grava, arenas, rocas fracturadas, etc. Las rocas impermeables incluyen rocas masivamente cristalinas (granito, mármol), que tienen una absorción mínima de humedad, y arcilla. Estos últimos, al estar saturados de agua, no la dejan pasar en el futuro. a las razas semipermeable incluyen arenas arcillosas, areniscas sueltas, margas sueltas, etc.
El agua subterránea en la corteza terrestre se distribuye en dos pisos. El piso inferior, compuesto por densas rocas ígneas y metamórficas, contiene una cantidad limitada de agua. La mayor parte del agua se encuentra en la capa superior de rocas sedimentarias. En él, según la naturaleza del intercambio de agua con aguas superficiales, se distinguen tres zonas: una zona de intercambio de agua libre (superior), una zona de intercambio de agua lento (medio) y una zona de intercambio de agua muy lento (inferior). Las aguas de la zona alta suelen ser dulces y se utilizan para el abastecimiento de agua potable, doméstica y técnica. En la zona media se ubican agua mineral de diferente composición. Estas son aguas antiguas. La zona inferior contiene salmueras altamente mineralizadas. De ellos se extraen bromo, yodo y otras sustancias.
Se forma el agua subterránea. diferentes caminos. Una de las principales formas de formación de agua subterránea es la infiltración, o infiltración, de precipitaciones y aguas superficiales (lagos, ríos, mares, etc.). Según esta teoría, el agua que se filtra alcanza la capa impermeable y se acumula sobre ella, saturando rocas porosas y porosas-fisuradas. De esta forma surgen acuíferos u horizontes de aguas subterráneas. La superficie del agua subterránea se llama nivel freático. La distancia desde el nivel freático hasta el acuitardo se llama espesor del acuitardo.
La cantidad de agua que se filtra en el suelo depende no sólo de sus propiedades físicas, sino también de la cantidad de precipitación, la pendiente del terreno hacia el horizonte, la cubierta vegetal, etc. Al mismo tiempo, las lloviznas prolongadas crean Mejores condiciones para la infiltración que las lluvias intensas, ya que cuanto más intensa es la precipitación, más rápido fluye el agua caída sobre la superficie del suelo.
Las pendientes pronunciadas aumentan la escorrentía superficial y reducen la infiltración de precipitación en el suelo; los planos, por el contrario, aumentan su filtración. La cubierta vegetal (bosque) aumenta la evaporación de la humedad caída y al mismo tiempo aumenta las precipitaciones. Al retener el escurrimiento superficial, promueve la filtración de humedad al suelo.
En muchas zonas del mundo, la infiltración es el principal método de formación de aguas subterráneas. Sin embargo, hay otra forma de su formación, debido a condensación de vapor de agua en rocas. En la estación cálida, la elasticidad del vapor de agua en el aire es mayor que en la capa del suelo y las rocas subyacentes. Por lo tanto, el vapor de agua atmosférico ingresa continuamente al suelo y cae a una capa de temperatura constante ubicada a diferentes profundidades, de una a varias decenas de metros desde la superficie de la tierra. En esta capa, el movimiento del vapor de aire se detiene debido a un aumento en la elasticidad del vapor de agua al aumentar la temperatura en las profundidades de la Tierra. Como resultado, surge un contraflujo de vapor de agua desde las profundidades de la Tierra hacia una capa de temperatura constante. Y en una zona de temperaturas constantes, como consecuencia de la colisión de dos corrientes de vapor de agua, se condensan con la formación de agua subterránea. Esta agua de condensación es de gran importancia en desiertos, semidesiertos y estepas secas. Durante las épocas cálidas del año es la única fuente de humedad para la vegetación. Del mismo modo, las principales reservas de agua subterránea surgieron en las regiones montañosas de Siberia occidental.
Ambos métodos de formación de agua subterránea, mediante infiltración y condensación del vapor de agua atmosférico en las rocas, son las principales formas de acumulación de agua subterránea. Infiltración Y aguas de condensación a veces llamadas aguas vandose (del latín “vadare” - ir, moverse). Estas aguas se forman a partir de la humedad atmosférica y participan en el ciclo general del agua en la naturaleza.
Algunos investigadores señalan otra forma de formación de agua subterránea: juvenil. Muchas salidas de estas aguas en zonas de actividad volcánica moderna o reciente se caracterizan por temperatura elevada y una importante concentración de sales y componentes volátiles. Para explicar la génesis de tales aguas, el geólogo austriaco E. Suess propuso en 1902 la teoría de las aguas juveniles (del latín "juvenilis" - virgen). Estas aguas, como creía Suess, se formaban a partir de productos gaseosos liberados en abundancia durante la actividad volcánica y la diferenciación de la lava magmática.
Estudios posteriores demostraron que las aguas juveniles puras, tal como las entendía E. Suess, no existen en la superficie de la Tierra. En condiciones naturales, el agua subterránea que surge diferentes caminos, se mezclan entre sí, adquiriendo determinadas propiedades. Sin embargo, determinar la génesis de las aguas subterráneas es de gran importancia: facilita el cálculo de las reservas, la aclaración del régimen y su calidad.
El nivel freático está sujeto a fluctuaciones constantes. Por lo tanto, durante las inundaciones de primavera y las inundaciones, el nivel del agua en el río, que se eleva por encima del nivel del flujo del río dirigido hacia el río, provoca una salida de agua del mismo y un aumento en el nivel del agua subterránea. Esto reduce la altura de las inundaciones de primavera. Durante la recesión, el agua subterránea comienza a alimentar el río y el nivel del agua subterránea desciende.
Las aguas subterráneas pueden formarse debido a estructuras hidráulicas artificiales, como los canales de riego. Así, durante la construcción del sistema de riego Karakum, debido a la transferencia de parte del caudal de los ríos siberianos, una cantidad significativa de agua en la parte del desierto se gastó no tanto para las necesidades de riego, sino para la evaporación y el suelo. Esto sucedió debido al hecho de que La mayoría de El sistema de riego pasó por suelos arenosos, donde el coeficiente de filtración es bastante alto y, a pesar de las medidas antifiltración, la caída de los niveles de agua debido a la filtración del agua en el suelo fue grande. Todo esto, además de reducir el caudal del río, llevó a que las sales contenidas en el suelo fueran disueltas por el agua subterránea, y cuando los caudales submarinos regresaron al canal, éste quedó salinizado y contaminado con limo.
Clasificación de las aguas subterráneas.
condiciones de su ocurrencia
Existen varias clasificaciones de aguas subterráneas.
Según las condiciones de movimiento en los acuíferos, se distinguen las aguas subterráneas que circulan en capas sueltas (arena, grava y guijarros) y en rocas fracturadas.
El agua subterránea que se mueve bajo la influencia de la gravedad se llama gravitacional, o libre, a diferencia del agua unida y retenida por fuerzas moleculares: higroscópica, pelicular, capilar y cristalización.
Dependiendo de la naturaleza de los huecos de las rocas acuíferas, el agua subterránea se divide en:
poro - en arenas, guijarros y otras rocas clásticas;
agrietado (vena) - en rocas (granitos, areniscas);
karst (fisura-karst) - en rocas solubles (calizas, dolomitas, yeso, etc.).
Según las condiciones de ocurrencia, se distinguen tres tipos de aguas subterráneas: agua posada, sin pavimentar e y presión, o artesiano.
Verjovodka Se denominan aguas subterráneas a las que se encuentran cerca de la superficie de la tierra y se caracterizan por tener una distribución variable. Por lo general, el agua posada se limita a lentes de rocas impermeables o débilmente permeables, cubiertas por estratos permeables al agua.
La crecida ocupa áreas limitadas, este fenómeno es temporal y ocurre durante un período de suficiente humedad; en épocas secas, el agua perenne desaparece. Verkhovodka se refiere a la primera capa resistente al agua de la superficie de la tierra. En los casos en que la capa impermeable se encuentra cerca de la superficie o llega a la superficie, se produce anegamiento durante las estaciones de lluvias.
El agua encaramada a menudo incluye agua del suelo o agua de la capa del suelo. El agua del suelo está representada por agua casi unida. El agua líquida en forma de gotitas está presente en los suelos sólo durante los períodos de exceso de humedad.
Agua subterránea. El agua subterránea es el agua que se encuentra en el primer horizonte impermeable debajo del agua posada. Suelen referirse a formaciones impermeables y se caracterizan por un aporte de agua más o menos constante. El agua subterránea puede acumularse tanto en rocas porosas sueltas como en yacimientos duros y fracturados. El nivel freático es una superficie irregular que, por regla general, repite los desniveles del relieve de forma suavizada: en elevaciones más altas es más bajo, en lugares bajos es más alto.
El agua subterránea se mueve hacia un relieve más bajo. El nivel del agua subterránea está sujeto a fluctuaciones constantes: está influenciado por varios factores: la cantidad y calidad de las precipitaciones, el clima, la topografía, la presencia de vegetación, la actividad económica humana y mucho más.
El agua subterránea que se acumula en los depósitos aluviales es una de las fuentes de suministro de agua. Se utilizan como agua potable y para riego. Las salidas de agua subterránea a la superficie se denominan manantiales o manantiales.
Presión, o aguas artesianas. Las aguas a presión son aquellas que se encuentran en un acuífero, encerradas entre capas acuíferas, y experimentan presión hidrostática debido a la diferencia de niveles en el punto de recarga y liberación de agua a la superficie. El área de recarga de las aguas artesianas generalmente se encuentra por encima del área de flujo de agua y por encima de la salida de agua a presión a la superficie de la Tierra. Si se coloca un pozo artesiano en el centro de dicho recipiente, el agua fluirá en forma de fuente de acuerdo con la ley de los vasos comunicantes.
Las dimensiones de las cuencas artesianas pueden ser muy importantes: hasta cientos e incluso miles de kilómetros. Las zonas de alimentación de dichas cuencas suelen estar muy alejadas de los lugares de extracción del agua. Así, el agua que cae en forma de precipitación en el territorio de Alemania y Polonia se obtiene de pozos artesianos perforados en Moscú; en algunos oasis del Sahara reciben agua que cae en forma de precipitación sobre Europa.
Las aguas artesianas se caracterizan por agua constante y buena calidad, lo cual es importante por su uso práctico.
Según su origen, existen varios tipos de aguas subterráneas.
Agua de infiltración se forman debido a la filtración de lluvia, deshielo y agua de río desde la superficie de la Tierra. En su composición predominan el bicarbonato de calcio y el magnesio. Cuando se lixivian rocas que contienen yeso, se forman aguas de sulfato de calcio y cuando se disuelven rocas que contienen sal, se forman aguas de cloruro de sodio.
Agua subterránea de condensación Se forman como resultado de la condensación del vapor de agua en los poros o grietas de las rocas.
Aguas de sedimentación se forman en el proceso de sedimentación geológica y generalmente representan aguas enterradas modificadas de origen marino: cloruro de sodio, cloruro de calcio y sodio, etc. Estos también incluyen salmueras enterradas de cuencas de sal, así como aguas ultradulces de lentes de arena en depósitos de morrenas. .
Las aguas formadas a partir del magma durante su cristalización y metamorfismo volcánico de las rocas se denominan magmático, o juvenil(según la terminología de E. Suess).
Alimentar ríos con agua subterránea y calcular el flujo de agua subterránea.
El agua subterránea sirve como una fuente confiable de nutrición para los ríos. Ellos actúan todo el año y proporcionar alimento a los ríos durante el invierno y el verano con estiaje (o durante niveles bajos horizonte de agua estancada), cuando no hay escorrentía superficial.
A velocidades muy lentas de movimiento del agua subterránea, en comparación con el agua superficial, el agua subterránea en el flujo de los ríos actúa como un factor regulador.
Además, a velocidades muy lentas o bajas de movimiento del agua subterránea, en los ríos del Extremo Norte a bajas temperaturas del aire, se observa la congelación (completa o parcial) del río, y luego el agua ingresa desde la parte de retención del depósito en el que el río fluye (este puede ser el río principal, mar, lago, etc.). Fenómenos similares se observan, por ejemplo, en el pueblo de Nizhneyansk, situado a 25 km de la desembocadura del río Yana, donde, durante el período de bajas temperaturas y de congelación total del río en las grietas, entra agua salada desde el remanso en el lecho del río aguas arriba del lugar de congelación del Océano Ártico.
Una medida cuantitativa de la nutrición es el valor del flujo subterráneo, que, a su vez, se caracteriza por el llamado módulo de flujo subterráneo:
METRO Subtitular = KM 0 /100 ,
Dónde METRO Subtitular– módulo de drenaje subterráneo, l/seg desde 1 km 2 área de drenaje;
METRO 0 – módulo medio a largo plazo del caudal total, l/seg desde 1 km 2 cuenca de drenaje superficial;
A– coeficiente modular que muestra el porcentaje de escorrentía subterránea en el escurrimiento total y determinado por la fórmula
k=m mín. /METRO 0 ,
Dónde METRO mín.- módulo de drenaje mínimo, l/seg desde 1 km 2 cuenca de drenaje superficial, determinada por el caudal del río en invierno e igual al módulo del caudal subterráneo, porque En invierno, los ríos se alimentan principalmente de aguas subterráneas.
El módulo de flujo de agua subterránea es un indicador confiable para evaluar el contenido de agua de las rocas distribuidas en la cuenca de drenaje de un río, porque representa la cantidad de agua subterránea (en l/seg) que ingresa al río desde 1 metro cuadrado. Km de uno u otro acuífero drenado por un río.
Además de estas fórmulas, la cantidad de flujo subterráneo se puede determinar mediante el método hidroquímico (según A.T. Ivanov):
Dónde q subz– volumen anual de flujo subterráneo;
q 0 – volumen anual del caudal del río;
Con- concentración de cualquier componente (por ejemplo, cloro) en el agua del río durante el período de observación;
C 1 – concentración del mismo componente en aguas subterráneas durante el mismo período;
C 2 - concentración del mismo componente en aguas superficiales durante el mismo período.
Según B.I. Kudelin, para un cálculo más preciso del caudal subterráneo de ríos pequeños y medianos, se propone distinguir entre cuatro tipos de suministro de agua subterránea a los ríos:
Recarga por aguas subterráneas no conectadas hidráulicamente al río;
Recarga por aguas subterráneas conectadas hidráulicamente al río;
Nutrición mixta del suelo ( a+ b);
Alimentación mixta terrestre y artesiana ( a+ b+ C).
Según estos datos, B.I. Kudelin propuso fórmulas para determinar la capa. h subz y coeficiente de escurrimiento subterráneo α subz. La capa de escurrimiento subterráneo se expresa en milímetros por año (o cualquier otra unidad de tiempo) por kilómetro cuadrado de área de cuenca subterránea y se calcula como:
Dónde h subz– capa de drenaje subterráneo, mm/año;
q subz– volumen de escorrentía subterránea de la zona de la piscina, metro 3 /año;
F- área de piscina, metro 2 .
Coeficiente de flujo de agua subterránea α subz representa la relación entre la escorrentía subterránea y la precipitación que cae en el área de una determinada cuenca de drenaje fluvial, y muestra qué parte de la precipitación se destina a alimentar las zonas subterráneas de intercambio de agua muy intenso en la cuenca:
Dónde X– capa de sedimentos, mm/año.
Los cálculos del flujo de agua subterránea generalmente se resumen en forma de mapas de recarga de agua subterránea, coeficientes y módulos de flujo de agua subterránea que reflejan los recursos naturales. varios tipos aguas subterráneas desarrolladas dentro de cuencas fluviales pequeñas y medianas y sus áreas y secciones individuales.
Principales problemas de uso y protección de las aguas subterráneas
Debido a su ubicación, las aguas subterráneas están mejor protegidas de las influencias externas que las superficiales, pero existen síntomas graves de cambios desfavorables en el régimen de las aguas subterráneas en grandes áreas y en una amplia gama de profundidades. Estos incluyen: el agotamiento y la disminución de los niveles de agua subterránea debido a la sobreextracción; implementación en la costa del mar aguas saladas; formación de cráteres de depresión y otros.
La contaminación de las aguas subterráneas representa un gran peligro. Se pueden distinguir dos tipos de contaminación: bacteriano Y químico. En determinadas condiciones, pueden penetrar en los acuíferos. aguas residuales Y artificial aguas industriales, aguas superficiales contaminadas y precipitaciones.
Cuando se crean embalses, el nivel del agua subterránea aumenta como resultado del remanso. Una consecuencia positiva de este cambio de régimen es un aumento de sus recursos en la zona costera del embalse; negativo: inundaciones de la zona costera, que provocan el anegamiento del territorio, así como la salinización de los suelos y las aguas subterráneas debido al aumento de la evaporación cuando son poco profundos.
Debido a inundaciones menores (o a su ausencia) en los ríos regulados, la recarga de las aguas subterráneas se reduce significativamente. La velocidad del flujo en estos ríos se reduce, lo que contribuye a la sedimentación del lecho del río; por lo tanto, la relación entre el río y el agua subterránea es difícil.
En determinadas condiciones, las extracciones de aguas subterráneas pueden tener un impacto significativo en la calidad del agua superficial. En primer lugar, esto se aplica a la operación industrial y la descarga de agua mineralizada, la descarga de agua de mina y petróleo asociada. Por lo tanto, se debe proporcionar un uso y una regulación integrados de los recursos de aguas superficiales y subterráneas. Ejemplos de este enfoque incluyen el uso de agua subterránea para riego en años secos, así como la reposición artificial de reservas de agua subterránea y la construcción de embalses subterráneos.
Doctor. V.O. Mosín
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