Apa este cea mai comună substanță de pe planeta noastră, datorită căreia viața este susținută pe ea. Se găsește atât în ​​litosferă, cât și în hidrosferă. Biosfera Pământului este formată din ¾ de apă. Un rol important în circulația acestei substanțe îl joacă speciile sale subterane. Aici se poate forma din gazele de manta, în timpul scurgerii etc. În acest articol, vom lua în considerare tipurile de apă subterană.

concept

Apa subterană este înțeleasă ca aceasta din urmă situată în scoarța terestră, situată în roci sub suprafața pământului în diferite stări agregate. Ele fac parte din hidrosferă. Potrivit lui V. I. Vernadsky, aceste ape pot fi situate la o adâncime de până la 60 km. Volumul estimat al apei subterane situate la o adâncime de până la 16 km este de 400 de milioane de km cubi, adică o treime din apele oceanelor. Sunt situate pe două etaje. În partea inferioară dintre ele se află roci metamorfice și magmatice, astfel încât cantitatea de apă de aici este limitată. Cea mai mare parte a apei este situată la etajul superior, în care se află rocile sedimentare.

Clasificare după natura schimbului cu apele de suprafață

Există 3 zone în el: cea de sus este liberă; mijloc și inferior - schimb lent de apă. Tipurile de compoziție a apelor subterane în diferite zone sunt diferite. Deci, în partea superioară a acestora se află ape dulci folosite în scopuri tehnice, potabile și economice. În zona de mijloc există ape antice cu diferite compoziții minerale. În partea inferioară se află saramură foarte mineralizată din care se extrag diverse elemente.

Clasificarea mineralizării

Prin mineralizare se disting următoarele tipuri de apă subterană: ultra-proaspătă, având o mineralizare relativ ridicată - doar ultima grupă poate atinge un nivel de mineralizare de 1,0 g/cu. dm; salmastru, salin, salinitate mare, saramură. La acesta din urmă, mineralizarea depășește 35 mg/cu. dm.

Clasificarea apariției

În funcție de condițiile de apariție, se disting următoarele tipuri de apă subterană: apă cocoțată, apă subterană, apă arteziană și apă de sol.

Verkhovodka se formează în principal pe lentile și straturi înțepate de roci slab permeabile sau rezistente la apă în zona de aerare în timpul infiltrării apelor de suprafață și atmosferice. Uneori se formează datorită orizontului iluvial de sub stratul de sol. Formarea acestor ape este asociată cu procesele de condensare a vaporilor de apă în plus față de cele enumerate mai sus. În unele zone climatice, ele formează rezerve suficient de mari de apă de înaltă calitate, dar se formează în principal acvifere subțiri care dispar în timpul secetei și se formează în perioadele de umiditate intensă. Practic, acest tip de apă subterană este tipică pentru lut. Grosimea sa atinge 0,4-5 m. Relieful are o influență semnificativă asupra formării apei cocoțate. Pe pante abrupte, există pentru o perioadă scurtă de timp sau este complet absent. Pe stepele plate cu depresiuni în formă de farfurioară și bazine de apă plate, la suprafața traseelor ​​fluviale se formează o apă cocoțată mai stabilă. Nu are legătură hidraulică cu apele râului, în timp ce este ușor poluat de alte ape. În același timp, poate alimenta apa subterană și poate fi cheltuită pentru evaporare. Verhovodka poate fi proaspătă sau ușor mineralizată.

Apele subterane fac parte din apele subterane. Sunt situate pe primul acvifer de la suprafață, se află pe primul acvifer susținut în zonă. Practic, sunt ape fără presiune, pot avea o presiune mică în zonele cu suprapunere impermeabilă locală. Adâncimea apariției, proprietățile lor chimice și fizice sunt supuse fluctuațiilor periodice. Distribuit peste tot. Se hrănesc prin infiltrarea precipitațiilor din atmosferă, filtrarea din sursele de suprafață, condensarea vaporilor de apă și evaporarea intraterană, nutriție suplimentară provenită din acviferele inferioare.

Apa arteziană face parte din apele subterane sub presiune, prezentând în acvifere între straturile relativ rezistente la apă și cele rezistente la apă. Ele zac mai adânc decât pământul. În cele mai multe cazuri, zonele lor de nutriție și presiune nu se potrivesc. Apa apare în fântână sub nivelul stabilit. Proprietățile acestor ape sunt mai puțin supuse fluctuațiilor și poluării în comparație cu apele subterane.

Apele din sol sunt cele care sunt limitate la stratul de apă din sol, participă la aprovizionarea plantelor cu această substanță, sunt asociate cu atmosfera, apa cocoțată și apele subterane. Ele au un impact semnificativ asupra compoziției chimice a apelor subterane la apariția lor adâncă. Dacă acestea din urmă sunt situate la mică adâncime, atunci solul devine îmbogățit și începe îmbinarea cu apă. Apa gravitațională nu formează un orizont separat, mișcarea se realizează de sus în jos sub acțiunea forțelor capilare sau a gravitației în direcții diferite.

Clasificarea formațiunilor

Principalele tipuri de apă subterană sunt infiltrațiile, care se formează ca urmare a infiltrării precipitațiilor atmosferice. În plus, ele se pot forma ca urmare a condensului vaporilor de apă, care pătrund împreună cu aerul în rocile fracturate și poroase. În plus, se disting apele relicte (îngropate), care se aflau în bazine antice, dar erau îngropate de straturi groase de roci sedimentare. De asemenea, apele termale, care s-au format în ultimele etape ale proceselor magmatice, sunt o specie aparte. Aceste ape formează specii magmatice sau juvenile.

Clasificarea mișcării obiectelor luate în considerare

Se disting următoarele tipuri de mișcare a apelor subterane (vezi figura).

Infiltrațiile și precipitațiile din atmosferă au loc în zona de aerare. În același timp, acest proces este împărțit în infiltrare efectuată liber și normal. Prima presupune deplasarea de sus în jos sub influența gravitației și a forțelor capilare prin anumiți tubuli și pori capilari, în timp ce spațiul poros nu este saturat cu apă, ceea ce contribuie la păstrarea mișcării aerului. În timpul infiltrației normale, gradienții de presiune hidrostatică se unesc cu forțele enumerate mai sus, ceea ce duce la faptul că porii sunt complet umpluți cu apă.

În zona de saturație, acționează presiunea hidrostatică și gravitația, ceea ce contribuie la mișcarea apei libere de-a lungul crăpăturilor și porilor în lateral, la scăderea presiunii sau a pantei suprafeței orizontului care transportă apa. Această mișcare se numește filtrare. Cea mai mare viteză de mișcare a apei se observă în peșterile și canalele carstice subterane. Pietricelele sunt pe locul doi. În nisipuri se observă o mișcare mult mai lentă - viteza este de 0,5-5 m/zi.

Tipuri de apă subterană în zona de permafrost

Aceste ape subterane sunt clasificate în supra-permafrost, inter-permafrost și sub-permafrost. Primele sunt situate în grosimea permafrostului pe un acviclud, în principal la poalele versanților sau la fundul văilor râurilor. Ele, la rândul lor, sunt împărțite în îngheț sezonier, cocoțate, situate în stratul activ; în cele sezonier parțial înghețate, cu partea superioară în stratul activ, în cele sezoniere neînghețate, a căror apariție se notează sub stratul sezonier înghețat. În unele cazuri, poate exista o rupere a stratului activ al diferitelor soluri, ceea ce duce la eliberarea unei părți din apa supra-permafrost la suprafață, unde aceasta ia forma de gheață.

Apele interpermafrost pot fi prezente în faza lichidă, dar sunt cele mai frecvente în faza solidă; de regulă, nu sunt supuse proceselor sezoniere de decongelare/congelare. Aceste ape în fază lichidă asigură schimbul de apă cu apele de deasupra și subpermafrost. Ele pot ieși la suprafață ca izvoare. Apele subpermafrost sunt arteziene. Pot fi de la proaspete la saramură.

Tipurile de apă subterană din Rusia sunt aceleași cu cele discutate mai sus.

Poluarea obiectelor considerate

Se disting următoarele tipuri de poluare a apelor subterane: chimică, care, la rândul ei, se împarte în organică și anorganică, termică, radioactivă și biologică.

Principalii poluanți chimici sunt deșeurile lichide și solide de la întreprinderile industriale, precum și pesticidele și îngrășămintele de la producătorii agricoli. Metalele grele și alte elemente toxice afectează cel mai mult apele subterane. Se răspândesc peste acvifere pe distanțe considerabile. Contaminarea cu radionuclizi se comportă în mod similar.

Contaminarea biologică este cauzată de microflora patogenă. Sursele de poluare sunt, de obicei, curele de vite, canalizările defecte, bazinele de scurgere etc. Răspândirea microflorei este determinată de rata de filtrare și de supraviețuirea acestor organisme.

Este o creștere a temperaturii apei subterane care are loc în timpul funcționării captului de apă. Poate apărea la locurile de evacuare a apelor uzate sau atunci când o priză de apă este situată în apropierea unui rezervor cu ape de suprafață mai calde.

Utilizarea subsolului

Extragerea apelor subterane ca tip de utilizare a subsolului este reglementată de Legea federală „Cu privire la subsol”. Pentru extragerea acestor obiecte este necesară o licență. Se eliberează în legătură cu apele subterane pentru o perioadă de până la 25 de ani. Perioada de utilizare începe să fie calculată din momentul înregistrării de stat a licenței.

Operațiunile miniere trebuie înregistrate la Rosreestr. Apoi ei întocmesc un proiect și îl supun expertizei de stat. Apoi pregătesc un proiect de organizare a unei zone sanitare de captare subterană, evaluează rezervele acestor ape și transferă calculele expertizei de stat, fondului de geoinformare și Rosgeolfond. În plus, certificatele de proprietate asupra terenului sunt atașate documentelor primite, după care se depune cererea de licență.

In cele din urma

Ce tipuri de apă subterană există în Rusia? La fel ca în lume. Suprafața țării noastre este destul de mare, așa că are permafrost, și arteziană, și apă subterană și apă din sol. Clasificarea obiectelor luate în considerare este destul de complicată, iar în acest articol este reflectată incomplet, punctele sale cele mai de bază sunt prezentate aici.

Apa subterană este toată apa de sub suprafața Pământului, unde umple golurile din sol sau formațiuni geologice. Ele sunt completate de ploaie, topirea zăpezii și alte ape care se infiltrează prin sol, nisip sau crăpături de pe drumuri.

Stocuri

Apele subterane reprezintă aproximativ 20% din rezervele lumii și aproximativ 1% din total, inclusiv toate și ghețarii.

Oamenii de știință spun că Pământul poate să nu fie singura planetă din lume care conține apă subterană. Poate că există pe Marte de multă vreme. Apa subterană poate fi și pe Europa, a șasea lună a lui Jupiter.

Cea mai mare acumulare de apă subterană este bazinul artezian al Siberiei de Vest, cu o suprafață de 3 milioane km². Acviferele din el au început să se formeze încă de la început.

Educaţie

Apa subterană este diferită de apa de suprafață, care se găsește în obiectele mari din hidrosferă, cum ar fi, sau râurile. Atât apele de suprafață, cât și cele subterane sunt conectate prin (continuu).

Majoritatea apelor subterane provin din precipitații. Ele pătrund sub suprafața pământului în sol. Când zona de sol devine saturată, apa se infiltra dedesubt. Zona de saturație este locul în care toate golurile sunt umplute cu apă. Există și o zonă de aerare în care spațiul este parțial ocupat de apă și parțial de aer.

Apele subterane continuă să coboare până când, la o anumită adâncime, ajung la stâncă. Apa se acumulează în pori și fisuri și formează un acvifer, numit și acvifer. Procesul de sedimentare care crește apa subterană este cunoscut sub numele de reîncărcare. În general, reîncărcarea are loc numai în sezonul ploios sau iarna în climatul temperat. De obicei, 10 până la 20% din precipitații ajung în acvifere.

Apa subterană se mișcă constant. În comparație cu apele de suprafață, acest lucru se întâmplă foarte lent. Viteza reală de mișcare depinde de debitul și volumul acviferului. Ieșirea naturală a apelor subterane are loc prin izvoare și albii râurilor atunci când presiunea apei subterane este mai mare decât presiunea atmosferică de lângă suprafața pământului. Circulația internă nu este ușor de determinat, dar lângă pânza freatică, durata medie a ciclului apei poate fi de un an sau mai puțin, în timp ce în acviferele adânci acest proces durează mii de ani.

Sens

Apele subterane joacă un rol vital în dezvoltarea zonelor aride și semi-aride. Ei sunt capabili să susțină întreprinderi uriașe agricole și industriale care altfel nu ar putea exista. Este deosebit de fericit că acviferele care preced formarea deșerților nu sunt afectate de ariditate în timp.

Pentru a aduce apele subterane din subteran la suprafața acesteia, oamenii de știință și inginerii folosesc puțuri speciale de producție.

Unele ape subterane dizolvă substanțe din roci și pot conține urme de apă de mare antică. Cu toate acestea, majoritatea apelor subterane sunt lipsite de agenți patogeni și nu necesită tratament pentru uz casnic sau industrial. În plus, rezervele de apă subterană nu sunt afectate grav de secetele scurte și sunt disponibile în multe zone care nu au surse sigure de apă de suprafață.

Probleme

Oamenii de știință își fac griji cu privire la problemele care apar atunci când prea multă apă subterană este folosită pentru viața de zi cu zi, inclusiv acasă, afaceri și agricultură. O problemă este că aceste ape se îndepărtează din ce în ce mai mult de suprafața Pământului. Oamenii folosesc apele subterane mai repede decât ploaia sau topirea zăpezii pot reface acviferele. Aceasta înseamnă că este necesar să forați mai adânc pentru a ajunge la sursă.

Poate că nu pare mare lucru, dar atunci când apele subterane sunt atât de departe, solul și argila care alcătuiesc stratul de suprafață al Pământului sunt stresate și devin slabe. În cele din urmă, o suprafață slabă poate cădea și poate forma o pâlnie. Chiuvetele sunt o problemă serioasă și se găsesc în zonele în care au fost extrase ape subterane adânci.

Sursele de apă subterane, în cea mai mare parte, sunt considerate resurse de apă strategice.
Acviferele, care se deplasează sub influența propriei gravitații, formează orizonturi fără presiune și presiune. Condițiile de apariție a acestora sunt diferite, ceea ce face posibilă clasificarea lor în tipuri: sol, sol, interstrat, artezian, mineral.

Diferențele de apă subterană

Ele umplu porii, fisurile și toate golurile dintre particulele de rocă. Ele sunt considerate ca o acumulare temporară de ape prin picurare în stratul de suprafață și nu sunt asociate cu acviferul inferior.

Ele formează primul orizont rezistent la apă de la suprafață. Acest strat suferă unele fluctuații în diferite anotimpuri, adică o creștere a nivelului în perioada primăvară-toamnă și o scădere a sezonului cald.

Spre deosebire de sol, acestea au un nivel mai constant în timp și se află între două straturi rezistente.

Umplând întregul orizont interstratal, sursa este considerată a fi presiune și, în mod semnificativ, curată, în raport cu apa subterană.

Sunt considerate presiune, închise în straturi de rocă. Când sunt deschise, deseori țâșnesc, ridicându-se deasupra nivelului suprafeței pământului. Ele apar la o adâncime de 100-1000 de metri.

Sunt ape care conțin săruri dizolvate și oligoelemente, adesea de natură medicinală.

Rezerve de apă subterană

Rezervele de apă din sol depind direct de completarea lor cu ploaie și scurgeri de topire. Perioadele de schimbare a nivelului lor cad primăvara - vară și vara - toamna. În primul caz, umiditatea solului se evaporă cu 2-4 mm/zi, în celălalt caz cu 0,5-2,0 mm/zi. Echilibrul acestora se modifică semnificativ în funcție de condițiile meteorologice, în urma cărora resursele de apă cresc sau scad. Dar, dacă nu există impacturi atmosferice grave, rezervele lor în coloana de sol rămân neschimbate. Calculul rezervelor se realizează empiric.

Rezervele de apă subterană sunt reînnoite ca urmare a infiltrării straturilor superioare de umiditate a solului, în special în timpul sezonului ploios. Curgând peste orizonturi saturate, ei găsesc ieșiri la suprafață sub formă de izvoare, completând și formând pâraie, iazuri, lacuri și alte surse de sol. Se formează prin infiltrarea apelor râului, lacului, datorită precipitațiilor atmosferice. Ele sunt, de asemenea, completate de surse care se ridică din orizonturi adânci. Rezerve mari sunt concentrate în bazele văilor râurilor și zonelor de la poalele dealurilor, crăpături în calcare pietrificate de mică adâncime.

Apropo, există informații care prevăd o reducere bruscă a rezervelor de apă dulce de 2 ori în următorii 25 de ani. Dacă luăm în considerare faptul că rezervele lor totale sunt de 60 de milioane de km³, iar 80 de țări ale planetei se confruntă deja cu un deficit de umiditate, atunci previziunile proaste se pot îndeplini.

Spre marea supărare a pământenilor, rezervele de apă nu sunt reînnoite.

Originea apei subterane

Apele subterane, conform condițiilor de apariție, sunt formate din precipitații atmosferice și condensat de umiditate a aerului. Ele sunt numite sol sau „atârnate” și, nefiind subiacente orizonturi impermeabile, joacă un rol important în alimentația plantațiilor. Sub această zonă apar straturi de roci uscate care conțin așa-numita apă de film. În perioada de infiltrații abundente de ploi, topirea zăpezii, acumulări de ape gravitaționale se formează deasupra straturilor uscate.

Apele subterane, fiind primele de pe suprafața pământului, sunt alimentate și de precipitațiile atmosferice și sursele de sol. Adâncimea apariției lor depinde de modelele geologice.

Sursele interstratale se află sub pământ și sunt situate între straturi rezistente la apă. Orizonturile cu oglindă deschisă se numesc non-presiune. O lentilă de apă cu o suprafață închisă este considerată o lentilă de presiune și este mai frecvent denumită lentilă arteziană.

Astfel, originea apelor subterane depinde în mare măsură de proprietățile fizice ale rocilor. Poate fi porozitate și ciclu de funcționare. Acești indicatori sunt cei care caracterizează capacitatea de umiditate și permeabilitatea apei a rocilor.

Deci, două zone - zona de aerare și saturație determină apariția surselor subterane. Zona de aerare reprezintă intervalul de la planul pământului până la planul apei subterane, numit sol. Zona de saturație include un filon de sol până la orizontul interstrat.

Apă subterană - apă situată în grosimea rocilor din partea superioară a scoarței terestre în stare lichidă, solidă și gazoasă.

Clasificare

În funcție de condițiile de apariție, apele subterane se împart în mai multe tipuri: sol, sol, interstrat, arteziene, minerale.

panza freatica umpleți o parte din golurile dintre particulele de sol; ele pot fi libere (gravitaționale), deplasându-se sub influența gravitației sau legate, ținute de forțe moleculare.

panza freatica formează un acvifer pe primul strat rezistent la apă de la suprafață. Datorită apariției superficiale de la suprafață, nivelul apei subterane suferă fluctuații semnificative în funcție de anotimpurile anului: fie crește după precipitații, fie se topește zăpada, fie scade în perioadele secetoase. În iernile aspre, apele subterane pot îngheța. Aceste ape sunt mai susceptibile la poluare.

Apele interstratale- acvifere subiacente închise între două straturi rezistente la apă. Spre deosebire de apele subterane, nivelul apelor interstratale este mai constant și se modifică mai puțin în timp. Apele interstratale sunt mai curate decât apele subterane. Apa interstratală sub presiune umple complet acviferul și este sub presiune. Toate apele închise în straturi situate în structuri tectonice concave au presiune.

După condițiile de mișcare în acvifere se disting apele subterane, care circulă în straturi afânate (nisip, pietriș și pietriș) și în roci fracturate.

În funcție de apariție, de natura golurilor rocilor purtătoare de apă, apele subterane sunt împărțite în:

• poroase - apar și circulă în depozitele cuaternare: în nisipuri, pietricele și alte roci clastice;
• fisura (vena) - în roci (granite, gresie);
• carstul (fisura-carst) - în roci solubile (calcar, dolomit, gips etc.).

Rezerve de apă subterană

Apele subterane fac parte din resursele de apă ale Pământului; rezervele totale de apă subterană sunt de peste 60 milioane km³. Apa subterană este considerată o resursă minerală. Spre deosebire de alte tipuri de minerale, rezervele de apă subterană sunt regenerabile în timpul exploatării.

Explorarea apelor subterane

Pentru a determina prezența apei subterane, se efectuează explorarea:

• evaluarea geomorfologică a zonei,
• cercetarea temperaturii,
• metoda radonului,
• puțurile de referință sunt forate cu prelevare de probe,
• se studiază miezul și se determină vârsta geologică relativă a rocilor, grosimea (grosimea) acestora,
• se efectuează pompare experimentală, se determină caracteristicile acviferului, se întocmește un raport ingineresc și geologic;
• se întocmesc hărți, secțiuni pentru mai multe puțuri de referință, se efectuează o evaluare preliminară a rezervelor minerale (în acest caz, apă);

Originea apelor subterane

Apele subterane au o altă origine: unele dintre ele s-au format ca urmare a pătrunderii topiturii și a apei de ploaie până la primul orizont impermeabil (adică la o adâncime de 1,5-2,0 m, care formează apele subterane, adică așa-numitele apă cocoțată); altele ocupă cavități mai adânci în pământ.

Toate apele scoarței terestre, situate sub suprafața Pământului în roci în stare gazoasă, lichidă și solidă, se numesc ape subterane.

Apele subterane fac parte din hidrosferă - învelișul de apă al globului. Se găsesc în foraje la adâncimi de până la câțiva kilometri. Potrivit lui V.I. Vernandsky, apele subterane pot exista până la o adâncime de 60 km datorită faptului că moleculele de apă, chiar și la o temperatură de 2000 ° C, sunt disociate doar cu 2%.

Calculele aproximative ale rezervelor de apă dulce din intestinele Pământului la o adâncime de 16 kilometri dau o valoare de 400 de milioane de kilometri cubi, i.e. aproximativ 1/3 din apele oceanelor.

Acumularea de cunoștințe despre apele subterane, care a început în cele mai vechi timpuri, s-a accelerat odată cu apariția orașelor și a agriculturii irigate. Arta de a construi fântâni săpate de până la câteva zeci de metri era cunoscută de 2000-3000 de mii de ani î.Hr. în Egipt, Asia Centrală, India, China. În aceeași perioadă a apărut și tratarea apei minerale.

În primul mileniu î.Hr. au apărut primele idei despre proprietățile și originea apelor naturale, condițiile de acumulare a acestora și ciclul apei pe Pământ (în lucrările lui Thales și Aristotel - în Grecia Antică; Titus Lucretius Cara și Vitruvius - în Roma antică etc.).

Studiul apelor subterane a fost facilitat de extinderea lucrărilor legate de alimentarea cu apă, construcția de instalații de acoperire (de exemplu, karez printre popoarele din Caucaz, Asia Centrală), extragerea apei sărate pentru evaporarea sării prin săparea puțurilor și apoi foraj (teritoriu al Rusiei, secolele 12-17) . Mai târziu, a apărut conceptul de ape non-presiune, presiune(ridicandu-se de jos in sus) si care curge singur. Acesta din urmă a primit numele artesian - din provincia Artois (numele antic „Artesia”) din Franța.

În Renaștere și mai târziu, lucrările multor oameni de știință - Agricolla, Palissy, Steno și alții - au fost dedicate apelor subterane și rolului lor în procesele naturale.

În Rusia, primele idei științifice despre apele subterane ca soluții naturale, formarea lor prin infiltrarea precipitațiilor atmosferice și activitatea geologică a apelor subterane au fost exprimate de M.V. Lomonosov în eseul „Despre straturile pământului” (1763).

Până la mijlocul secolului al XIX-lea, doctrina apelor subterane s-a dezvoltat ca parte integrantă a geologiei. Apoi se separă într-o disciplină separată - hidrologie.

Hidrogeologia generală studiază originea apelor subterane, proprietățile sale fizice și chimice și interacțiunea cu rocile gazdă.

Studiul apelor subterane în legătură cu istoria mișcărilor tectonice, proceselor de sedimentare și dianogeneză a făcut posibilă abordarea istoriei formării lor și a contribuit la apariția în secolul al XX-lea a unei noi ramuri a hidrogeologiei - paleohidrogeologie(doctrina apelor subterane din erele geologice trecute).

Dinamica apelor subterane studiază mișcarea apelor subterane sub influența factorilor naturali și artificiali, elaborează metode de cuantificare a productivității puțurilor de producție și a rezervelor de apă subterană.

Doctrina regimului și echilibrului apelor subterane ia în considerare modificările apelor subterane (nivelul, temperatura, compoziția lor chimică, condițiile de alimentare și de mișcare) care apar sub influența diverșilor factori naturali (precipitații și condițiile de infiltrare, evaporare, temperatură și umiditatea și stratul de sol, influența regimurilor corpurilor de apă de suprafață, râurilor, activitățile umane create de om).

În a doua jumătate a secolului XX, au început să fie dezvoltate metode de predicție a regimului apelor subterane, ceea ce are o mare importanță practică în exploatarea apelor subterane, inginerie hidraulică, agricultura irigată și alte probleme.

Acum, din 510 milioane de kilometri pătrați ai globului, 361 de milioane de kilometri pătrați. km (70,7%) sunt ocupați de mări și oceane, formând un singur Ocean Mondial, restul de 149 (29,3%) mln. km este acoperit de uscat. În emisfera nordică, pământul reprezintă 39,3% din suprafața emisferei, în sud - 19,1%. Greutatea specifică a elementelor de circulație a umidității și influența lor asupra circulației totale a apei în natură pot fi apreciate din datele prezentate mai jos:

tabelul 1

Numele indicatorului

Volum

Evaporarea din ocean

Evaporarea de pe uscat

evaporare totală

precipitatii la suprafata oceanului

Precipitații pe uscat

Precipitații totale

Scurgerea râurilor și a apelor subterane

447,9 mii km 3

70,7 mii km 3

518,6 mii km 3

411,6 mii km 3

107,0 mii km 3

518,6 mii km 3

36,3 mii km 3

Sub influența energiei solare, de la suprafața Oceanului Mondial se evaporă în medie aproximativ 450,0 mii km 3 de apă. O parte din această umiditate sub formă de abur este transportată de curenții de aer către continente.

În anumite condiții, vaporii de apă se condensează și cad sub formă de ploaie, zăpadă, grindină etc. Precipitațiile care cad pe uscat curg în jos pe versanții zonei, formând pâraie și râuri care își duc apele înapoi în oceane.

O parte din precipitații se evaporă, o parte se infiltrează în pământ, formând apele subterane, care se varsă în râuri și râuri sub formă de scurgere subterană și, astfel, se întorc și în ocean. Acest proces închis de schimb între atmosferă și suprafața pământului se numește ciclul apei în natură.

Astfel, conținutul de apă al râurilor utilizate în economia națională ca surse de apă este legat de ciclul de umiditate al Pământului și depinde de distribuția apei între elementele individuale ale ciclului apei din natură.

originea apelor subterane

Apele subterane sunt formate în principal din apa de precipitatii căzând pe suprafaţa pământului şi ape de percolare(infiltrandu-se) în pământ până la o anumită adâncime și din apele din mlaștini, râuri, lacuri și rezervoare, infiltrandu-se și în pământ. Cantitatea de umiditate introdusă în acest mod în sol este de 15-20% din cantitatea totală de precipitații.

Pătrunderea apei în solurile (permeabilitatea) care alcătuiesc scoarța terestră depinde de proprietățile fizice ale acestor soluri. În ceea ce privește permeabilitatea apei, solurile sunt împărțite în trei grupe principale: permeabil, semipermeabilȘi impermeabil sau impermeabil.

LA roci permeabile includ roci cu granulație grosieră, pietricele, pietriș, nisipuri, roci fracturate etc. Pentru a impermeabiliza roci - roci masiv cristaline (granit, marmură), care au un minim absorb umiditatea, și argile. Acesta din urmă, fiind saturat cu apă, nu o lăsa să treacă în viitor. La rase semipermeabil nisipuri argiloase, gresii afânate, marne afânate etc.

Apele subterane din scoarța terestră sunt distribuite pe două etaje. Etajul inferior, compus din roci magmatice și metamorfice dense, conține o cantitate limitată de apă. Cea mai mare parte a apei se află în stratul superior al rocilor sedimentare. În ea, în funcție de natura schimbului de apă cu apele de suprafață, se disting trei zone: o zonă de schimb liber de apă (superioară), o zonă de schimb lent de apă (mijloc) și o zonă de schimb foarte lent de apă (inferioară). Apele zonei superioare sunt de obicei proaspete și servesc pentru alimentarea cu apă potabilă, menajeră și tehnică. În zona de mijloc există ape minerale de diferite compoziții. Acestea sunt ape străvechi. Zona inferioară conține saramură foarte mineralizată. Din ele se extrag brom, iod și alte substanțe.

Apele subterane se formează în diferite moduri. Una dintre principalele căi de formare a apelor subterane este infiltrarea sau infiltrarea precipitațiilor atmosferice și a apelor de suprafață (lacuri, râuri, mări etc.). Conform acestei teorii, apa infiltrată ajunge în stratul rezistent la apă și se acumulează pe acesta, saturând roci de natură poroasă și poroasă-fracturată. Astfel, apar acvifere sau orizonturi de apă subterană. Suprafața apei subterane se numește oglindă de apă subterană. Distanța de la pânza freatică până la acvicludă se numește grosimea stratului impermeabil.

Cantitatea de apă care se infiltrează în sol depinde nu numai de proprietățile fizice ale acestuia, ci și de cantitatea de precipitații, panta terenului până la orizont, acoperirea vegetației etc. cu cât precipitațiile sunt mai intense, cu atât apa care are mai repede este curge căzute pe suprafața solului.

Pantele abrupte ale terenului cresc scurgerile de suprafață și reduc infiltrarea precipitațiilor în sol; în pantă ușor, dimpotrivă, le măresc infiltrațiile. Acoperirea cu vegetație (pădure) crește evaporarea umidității precipitate și în același timp crește precipitațiile. Reținând scurgerea de suprafață, contribuie la infiltrarea umidității în sol.

Pentru multe zone ale globului, infiltrarea este metoda principală de formare a apelor subterane. Cu toate acestea, există o altă modalitate de formare a acestora - datorită condensarea vaporilor de apăîn stânci. În sezonul cald, elasticitatea vaporilor de apă din aer este mai mare decât în ​​stratul de sol și rocile subiacente. Prin urmare, vaporii de apă atmosferici intră continuu în sol și coboară până la un strat de temperaturi constante situat la diferite adâncimi - de la unu la câteva zeci de metri de suprafața pământului. În acest strat, mișcarea vaporilor de aer se oprește din cauza creșterii elasticității vaporilor de apă cu creșterea temperaturii în adâncurile Pământului. Ca rezultat, există un contra-flux de vapori de apă din adâncurile Pământului în sus - la un strat de temperaturi constante. Și în zona temperaturilor constante, ca urmare a ciocnirii a două fluxuri de vapori de apă, condensarea acestora are loc odată cu formarea apei subterane. O astfel de apă de condensare este de mare importanță în deșerturi, semi-deserturi și stepe uscate. În perioadele calde ale anului, este singura sursă de umiditate pentru vegetație. În același mod, principalele rezerve de apă subterană au apărut în regiunile muntoase din Siberia de Vest.

Ambele metode de formare a apelor subterane - prin infiltrare si prin condensarea vaporilor de apa atmosferici in roci - sunt principalele cai de acumulare a apelor subterane. InfiltrareȘi apa de condensare numite uneori ape vandose (din latinescul „vadare” – a merge, a se mișca). Aceste ape se formează din umiditatea atmosferică și participă la ciclul general al apei în natură.

Unii cercetători notează o altă modalitate de formare a apelor subterane - juvenile. Multe ieșiri ale acestor ape în zone cu activitate vulcanică modernă sau recentă se caracterizează prin temperaturi ridicate și concentrații semnificative de săruri și componente volatile. Pentru a explica geneza unor astfel de ape, geologul austriac E. Suess a prezentat în 1902 teoria juvenilelor (din latinescul „juvenilis” – virgin). Astfel de ape, potrivit lui Suess, s-au format din produse gazoase eliberate din abundență în timpul activității vulcanice și diferențierea lavei magmatice.

Studiile ulterioare au arătat că apele pure juvenile, așa cum le-a înțeles E. Suess, nu există în părțile de suprafață ale Pământului. În condiții naturale, apele subterane, care au apărut în moduri diferite, se amestecă între ele, dobândind anumite proprietăți. Totuși, determinarea genezei apelor subterane este de mare importanță: facilitează calculul rezervelor, clarificarea regimului și calitatea acestora.

Nivelul apei subterane este supus unor fluctuații constante. Deci, în timpul inundațiilor și inundațiilor de primăvară, nivelul apei din râu, ridicându-se deasupra nivelului debitului râului îndreptat către râu, provoacă o scurgere de apă din acesta și o creștere a nivelului apei subterane. Acest lucru reduce înălțimea inundațiilor de primăvară. În recesiune, apele subterane încep să hrănească râul, iar nivelul apelor subterane scade.

Apele subterane pot fi formate din structuri hidraulice artificiale, cum ar fi canalele de irigare. Astfel, în timpul construcției sistemului de irigare Karakum, din cauza transferului unei părți din debitul râurilor siberiene, în partea deșertică, o cantitate semnificativă de apă a fost cheltuită nu atât pentru nevoile de irigare, cât pentru evaporare și în pământ. . Acest lucru s-a întâmplat din cauza faptului că cea mai mare parte a sistemului de irigare a trecut prin soluri nisipoase, unde coeficientul de filtrare este destul de mare, iar în ciuda măsurilor antifiltrare, scăderile nivelului apei din cauza infiltrațiilor apei în sol au fost mari. Toate acestea, pe lângă reducerea debitului râurilor, au dus la faptul că sărurile conținute în sol au fost dizolvate de pânza freatică, iar atunci când debitele subacvatice s-au mutat înapoi în canal, acesta a fost salinizat și poluat cu nămol.

Clasificarea apelor subterane
condiţiile apariţiei lor

Există mai multe clasificări ale apelor subterane.

După condițiile de mișcare în acvifere se disting apele subterane, care circulă în straturi afânate (nisip, pietriș și pietriș) și în roci fracturate.

Apele subterane care se deplasează sub influența gravitației se numesc gravitațională, sau liber, spre deosebire de apele legate, deținute de forțe moleculare - higroscopice, film, capilare și cristalizare.

În funcție de natura golurilor rocilor purtătoare de apă, apele subterane sunt împărțite în:

poros - in nisipuri, pietricele si alte roci clastice;

fisura (ven) - în roci (granite, gresie);

carstică (fisura-carst) - în roci solubile (calcar, dolomit, gips etc.).

În funcție de condițiile de apariție, se disting trei tipuri de apă subterană: apa de sus, sol e și presiune, sau arteziană.

Verhovodka numită apă subterană, situată lângă suprafața pământului și caracterizată prin inconsecvența distribuției. De obicei, apa cocoțată este asociată cu lentile de roci impermeabile sau slab permeabile acoperite de straturi permeabile.

Verhovodka ocupă teritorii limitate, acest fenomen este temporar și are loc într-o perioadă de umiditate suficientă; pe timp de secetă, bibanul gol dispare. Verhovodka se referă la primul strat rezistent la apă de la suprafața pământului. În cazurile în care stratul rezistent la apă se află în apropierea suprafeței sau iese la suprafață, aglomerația de apă se dezvoltă în timpul anotimpurilor ploioase.

Apele din sol, sau apele stratului de sol, sunt adesea denumite apă cocoțată. Apele din sol sunt reprezentate de apă aproape legată. Apa lichidă în picături în sol este prezentă numai în perioada de umiditate excesivă.

panza freatica. Apele subterane sunt ape care se află pe primul orizont rezistent la apă sub biban. Ele aparțin de obicei unei formațiuni impermeabile și se caracterizează printr-un flux mai mult sau mai puțin constant de apă. Apele subterane se pot acumula atât în ​​roci poroase afânate, cât și în rezervoare solide fracturate. Nivelul apei subterane este o suprafață neuniformă, care, de regulă, repetă denivelările reliefului într-o formă netezită: pe dealuri este mai jos, în locuri mai joase este mai mare.

Apele subterane se deplasează în direcția coborârii reliefului. Nivelul apei subterane este supus unor fluctuații constante - este influențat de diverși factori: cantitatea și calitatea precipitațiilor, climă, topografie, prezența acoperirii vegetale, activitatea economică umană și multe altele.

Apele subterane care se acumulează în depozitele aluvionare reprezintă una dintre sursele de alimentare cu apă. Se folosesc ca apa potabila, pentru irigatii. Ieșirile de apă subterană la suprafață se numesc izvoare sau izvoare.

Presiune, sau ape arteziene. Apele sub presiune sunt ape care sunt situate într-un acvifer închis între straturi rezistente la apă și suferă presiune hidrostatică din cauza diferenței de nivel la locul de alimentare și de evacuare a apei la suprafață. Zona de alimentare din apropierea apelor arteziene se află de obicei deasupra zonei de scurgere a apei și deasupra ieșirii apelor sub presiune pe suprafața Pământului. Dacă o fântână arteziană este așezată în centrul unui astfel de vas, atunci apa va curge din ea sub forma unei fântâni conform legii vaselor comunicante.

Dimensiunile bazinelor arteziene sunt destul de semnificative - până la sute și chiar mii de kilometri. Zonele de hrănire ale unor astfel de bazine sunt adesea departe de locurile de extracție a apei. Astfel, apa care a căzut sub formă de precipitații pe teritoriul Germaniei și Poloniei este obținută din fântâni arteziene forate la Moscova; în unele oaze din Sahara primesc apă căzută sub formă de precipitații peste Europa.

Apele arteziene se caracterizează prin constanța apei și de bună calitate, ceea ce este important pentru utilizarea sa practică.

După origine, se disting mai multe tipuri de apă subterană.

Apa de infiltrare se formează din cauza infiltrațiilor de pe suprafața Pământului a ploii, topirii zăpezii și a apelor râurilor. În compoziție, sunt predominant bicarbonat de calciu și magneziu. Când rocile purtătoare de gips sunt levigate, se formează sulfat-calciu, iar când se dizolvă rocile purtătoare de sare, se formează ape clorură-sodice.

Apele subterane de condensare formată ca urmare a condensării vaporilor de apă în porii sau fisurile rocilor.

ape de sedimentare se formează în procesul de sedimentare geologică și reprezintă de regulă ape îngropate alterate de origine marina - clorură de sodiu, clorură de calciu-sodiu etc. Cuprind și saramurele îngropate ale bazinelor saline, precum și apele ultra-proaspete de lentile nisipoase din depozitele morenice. .

Se numesc apele formate din magmă în timpul cristalizării și metamorfismului vulcanic al rocilor magmatică, sau juvenile(după terminologia lui E. Suess).

alimentarea raurilor cu apa subterana si calculul scurgerii apelor subterane

Apele subterane servesc ca o sursă sigură de hrană pentru râuri. Acestea funcționează pe tot parcursul anului și hrănesc râurile în timpul iernii și verii joase (sau la niveluri scăzute ale orizontului apei), când nu există scurgeri de suprafață.

La ritmuri foarte lente de mișcare a apelor subterane, în comparație cu apa de suprafață, apele subterane din scurgerea râului acționează ca un factor de reglementare.

De asemenea, la viteze foarte lente sau mici de deplasare a apelor subterane, pe râurile din nordul îndepărtat, la temperaturi scăzute ale aerului, se observă înghețarea (completă sau parțială) a râului, iar apoi apa intră din partea de reținere a rezervorului în care curge râul (acesta poate fi râul principal, marea, lacul etc.). Astfel de fenomene se observă, de exemplu, în așezarea Nijneiansk, care este situată la 25 km de gura râului Yana, unde în perioada de temperaturi scăzute și înghețare completă a râului pe râuri, apa sărată intră în albia râului în amonte. de la locul înghețului din spatele Oceanului Arctic.

Măsura cantitativă a nutriției este valoarea scurgerii subterane, care, la rândul său, este caracterizată de așa-numitul modul de apă subterană:

M subtitlu = K M 0 /100 ,

Unde M subtitlu– modul de scurgere subteran, l/s de la 1 km 2 arie de captare;

M 0 este modulul mediu pe termen lung al scurgerii totale, l/s de la 1 km 2 bazin de drenaj de suprafață;

LA- coeficient modular care arată procentul de scurgere subterană în totalul scurgerii și determinat prin formulă

K=M min /M 0 ,

Unde M min- modul de scurgere minimă, l/s de la 1 km 2 bazin de drenaj de suprafață, determinat de debitul de iarnă al râului și egal cu modulul de scurgere a apei subterane, deoarece râurile sunt alimentate în principal cu apele subterane iarna.

Modulul de curgere a apei subterane este un indicator de încredere pentru evaluarea conținutului de apă al rocilor distribuite în zona de captare a unui râu, deoarece reprezintă cantitatea de apă subterană (în l/s) care intră în râu de la 1 km2. km de unul sau altul acvifer drenat de râu.

Pe lângă aceste formule, cantitatea de scurgere subterană poate fi determinată prin metoda hidrochimică (conform lui A.T. Ivanov):

Unde Q subtitlu– volumul anual de scurgere subterană;

Q 0 este volumul anual de scurgere a râului;

Cu- concentrația oricărei componente (de exemplu, clor) în apa râului în perioada de observație;

c 1 este concentrația aceleiași componente în apele subterane în aceeași perioadă;

c 2 - concentraţia aceluiaşi component în apele de suprafaţă în aceeaşi perioadă.

Potrivit lui B.I. Kudelin, pentru un calcul mai precis al scurgerii subterane a râurilor mici și mijlocii, se propune să se distingă patru tipuri de alimentare cu apă subterană a râului:

Alimentarea cu apă subterană neconectată hidraulic la râu;

Alimentare prin apă subterană conectată hidraulic la râu;

Nutriție mixtă la sol ( A+ b);

Nutriție mixtă de pământ și arteziană ( A+ b+ c).

Conform acestor date, B.I. Kudelin a propus formule pentru determinarea stratului h subtitluși coeficientul de scurgere a apelor subterane α subtitlu. Debitul apei subterane este exprimat în milimetri pe an (sau orice altă unitate de timp) pe kilometru pătrat de suprafață a bazinului de apă subterană și se calculează astfel:

Unde h subtitlu- un strat de scurgere subterană, mm/an;

Q subtitlu este volumul scurgerii subterane din zona bazinului, m 3 /an;

F- zona piscinei, m 2 .

Coeficientul de curgere la sol α subtitlu este raportul dintre scurgerea subterană și precipitațiile care cad pe suprafața unui bazin hidrografic dat și arată partea din precipitații care merge să alimenteze zonele subterane de schimb de apă foarte intens din bazin:

Unde X- un strat de precipitații, mm/an.

Calculele apelor subterane sunt de obicei rezumate sub formă de hărți de reîncărcare a apelor subterane, coeficienți și module ale debitului apei subterane, care reflectă resursele naturale ale diferitelor tipuri de apă subterană dezvoltate în bazinele hidrografice mici și mijlocii și regiunile și zonele lor individuale.

Principalele probleme de utilizare și protecție a apelor subterane

Datorită locației sale, apele subterane sunt mai bine protejate de influențele externe decât apele de suprafață, totuși, există simptome grave ale modificărilor adverse ale regimului apelor subterane pe suprafețe mari și la o gamă largă de adâncimi. Acestea includ: epuizarea și scăderea nivelului apelor subterane din cauza supraextracției; introducerea apei sărate de mare pe litoral; formarea de pâlnii depresive și altele.

Poluarea apelor subterane este o amenințare majoră. Există două tipuri de poluare - bacterieneȘi chimic. În anumite condiții, acviferele pot pătrunde canalizareȘi tehnogenic ape industriale, ape de suprafață poluate și precipitații.

La crearea rezervoarelor, ca urmare a apei de spate, are loc o creștere a nivelului apei subterane. O consecință pozitivă a unei astfel de schimbări de regim este o creștere a resurselor acestora în zona de coastă a lacului de acumulare; negativ - inundarea zonei de coastă, care provoacă mlaștină a teritoriului, precum și salinizarea solurilor și a apelor subterane din cauza evaporării crescute a acestora la apariția superficială.

Datorită inundațiilor mici (sau absenței lor deloc) pe râurile reglementate, alimentarea cu apă subterană de inundații este redusă semnificativ. Debitele pe astfel de râuri sunt reduse, ceea ce contribuie la colmatarea canalului; prin urmare, relația dintre râu și apele subterane este dificilă.

În anumite condiții, captarea apelor subterane poate avea un impact semnificativ asupra calității apelor de suprafață. În primul rând, acest lucru se aplică exploatării industriale și evacuării apei mineralizate, evacuarea apei de mină și a apei petroliere asociate. Prin urmare, ar trebui avută în vedere utilizarea și reglementarea integrată a resurselor de apă de suprafață și subterană. Exemple de astfel de abordare sunt utilizarea apelor subterane pentru irigare în anii secetoși, precum și refacerea artificială a rezervelor de apă subterană și construcția de rezervoare subterane.

Ph.D. O.V. Mosin

listă literatură

1. Novikov Yu.V., Sayfutdinov M.M. Apa și viața pe pământ. – M.: Nauka, 1981. – 184 p.

2. Kissin I.G. Apă subterană. – M.: Nauka, 1976. – 224 p.

3. Bondarev V.P. Geologie. Curs de prelegeri: Manual pentru studenții instituțiilor de învățământ secundar profesional. - M.: Forum: Infra M., 2002. - 224 p.

4. Goroshkov I.F. calcule hidrologice. - L.: Gidrometeoizdat, 1979. - 432 p.

5. Cherdantsev V.A., Pivon Yu.I. Ghid pentru disciplina: „Hidrologie”. - Novosibirsk: NGAEIU, 2004, 112 p.

6. Manual de referință al unui hidrogeolog. În 2 volume. Ed. V.P. Yakutseni. - L .: Nedra, 1967. - T.1. - 592s.