Voda je najpogostejša snov na našem planetu, zahvaljujoč kateri se na njem podpira življenje. Najdemo ga tako v litosferi kot v hidrosferi. Zemljina biosfera je sestavljena iz ¾ vode. Pomembno vlogo pri kroženju te snovi igrajo njene podzemne vrste. Tukaj lahko nastane iz plaščnih plinov, med odtokom itd. V tem članku si bomo ogledali vrste podzemne vode.

Koncept

Podzemna voda se nanaša na slednjo, ki se nahaja v zemeljska skorja, Nahaja se v skale ah, ki se nahaja pod površjem Zemlje v različnih agregatnih stanjih. So del hidrosfere. Po V. I. Vernadskem se lahko te vode nahajajo na globini do 60 km. Ocenjena količina podzemne vode, ki se nahaja na globini do 16 km, je 400 milijonov kubičnih kilometrov, kar je tretjina voda Svetovnega oceana. Nahajajo se v dveh etažah. Spodnja vsebuje metamorfne in magmatske kamnine, zato je količina vode tukaj omejena. Glavnina vode se nahaja v zgornjem nadstropju, v katerem se nahajajo sedimentne kamnine.

Razvrstitev glede na naravo izmenjave s površinskimi vodami

V njej so 3 cone: zgornja - prosta; srednji in spodnji - počasen metabolizem vode. Vrste podzemne vode se v različnih conah razlikujejo po sestavi. Tako je v zgornjem sladka voda, ki se uporablja za tehnične, pitne in gospodarske namene. IN srednji pas nahajajo se starodavne vode različne mineralne sestave. V spodnjem delu so visoko mineralizirane slanice, iz katerih pridobivajo različne elemente.

Razvrstitev po mineralizaciji

Po mineralizaciji se razlikujejo naslednje vrste podzemnih voda: ultra-, sveže, z relativno visoko mineralizacijo - le zadnja skupina lahko doseže stopnjo mineralizacije 1,0 g / kubični meter. dm; brakična, slana, visoka slanost, slanice. V slednjih mineralizacija presega 35 mg/m3. dm.

Razvrstitev po pojavu

Glede na pogoje pojavljanja ločimo naslednje vrste podzemne vode: podzemne vode, podzemne vode, arteške in talne vode.

Verkhovodka se v glavnem oblikuje na lečah in izgozdi plasti slabo prepustnih ali vodoodpornih kamnin v območju prezračevanja med infiltracijo površinskih in atmosferskih voda. Včasih nastane zaradi iluvialnega horizonta pod plastjo zemlje. Nastanek teh vod je poleg zgoraj naštetih povezan še s procesi kondenzacije vodne pare. V nekaterih podnebnih območjih tvorijo precej velike zaloge visokokakovostne vode, vendar se večinoma oblikujejo tanki vodonosniki, ki izginejo med sušo in nastanejo v obdobjih intenzivne vlage. Ta vrsta podzemne vode je značilna predvsem za ilovice. Njegova debelina doseže 0,4-5 m, relief pa pomembno vpliva na nastanek vodotoka. Na strmih pobočjih obstaja le kratek čas ali pa ga sploh ni. V ravnih stepah z vdolbinami v obliki krožnikov in ravnimi razvodji se na površini rečnih poti oblikuje stabilnejša voda. Nima hidravlične povezave z rečnimi vodami in se zlahka onesnaži z drugimi vodami. Hkrati lahko napaja podtalnico ali pa se porabi za izhlapevanje. Verkhodka je lahko sveža ali rahlo mineralizirana.

Podzemna voda je del podzemne vode. Nahajajo se na prvem vodonosniku od površja, prekrivajo prvi vodonosnik in so skladni po površini. V bistvu so to prosto pretočne vode, ki imajo lahko majhen pritisk na območjih z lokalnim vodoneprepustnim prekrivanjem. Globina pojavljanja, njihove kemične in fizikalne lastnosti so podvržene periodičnim nihanjem. Porazdeljeno povsod. Prehranjujejo se z infiltracijo padavin iz atmosfere, filtracijo iz površinskih virov, kondenzacijo vodne pare in izhlapevanjem znotraj zemlje ter dodatno prehrano, ki prihaja iz spodaj ležečih vodonosnikov.

Arteška voda je del podzemne vode, ki ima pritisk in leži v vodonosnikih med relativno neprepustnimi in neprepustnimi plastmi. Ležijo globlje od tal. V večini primerov področja prehrane in ustvarjanja pritiska ne sovpadajo. Voda se pojavi v vodnjaku pod ugotovljeno gladino. Lastnosti teh voda so manj dovzetne za nihanja in onesnaženje v primerjavi s podtalnico.

Talne vode so tiste, ki so omejene na plast talne vode, sodelujejo pri oskrbi rastlin s to snovjo in so povezane z ozračjem, vodo in podtalnico. Imajo pomemben vpliv na kemično sestavo podzemne vode, ko je ta globoka. Če so slednji nameščeni plitvo, postanejo tla premočena in začne se namakanje. Gravitacijska voda ne tvori ločenega horizonta, premikanje poteka od zgoraj navzdol pod delovanjem kapilarnih sil ali gravitacije v različnih smereh.

Razvrstitev po formaciji

Glavne vrste podtalnice so infiltracijske, ki nastanejo zaradi pronicanja atmosferskih padavin. Poleg tega lahko nastanejo kot posledica kondenzacije vodne pare, ki skupaj z zrakom vstopi v razpokane in porozne kamnine. Poleg tega se razlikujejo reliktne (pokopane) vode, ki so bile v starodavnih bazenih, vendar so bile pokopane z debelimi plastmi sedimentnih kamnin. Posebna vrsta so tudi termalne vode, ki so nastale na zadnjih stopnjah magmatskih procesov. Te vode tvorijo magmatske ali juvenilne vrste.

Razvrstitev gibanja zadevnih predmetov

Razlikujemo naslednje vrste gibanja podzemne vode (glej sliko).

V coni prezračevanja prihaja do infiltracije in padavin iz ozračja. V tem primeru je ta proces razdeljen na prosto izvedeno in normalno infiltracijo. Pri prvem gre za gibanje od zgoraj navzdol pod vplivom gravitacije in kapilarnih sil po določenih kanalih in kapilarnih porah, medtem ko porozni prostor ni nasičen z vodo, kar pomaga ohranjati gibanje zraka. Med normalno infiltracijo se zgoraj naštetim silam dodajo gradienti hidrostatičnega tlaka, zaradi česar so pore popolnoma napolnjene z vodo.

V nasičenem območju delujeta hidrostatični tlak in gravitacija, ki spodbujata gibanje proste vode skozi razpoke in pore na straneh, kar zmanjšuje pritisk ali naklon površine obzorja, ki prenaša vodo. To gibanje se imenuje filtracija. Največjo hitrost gibanja vode opazimo v podzemnih kraških jamah in kanalih. Na drugo mesto pridejo kamenčki. Precej počasnejše gibanje opazimo v pesku - hitrost je 0,5-5 m/dan.

Vrste podzemne vode v območju permafrosta

Te podzemne vode delimo na nadpermafrostne, medpermafrostne in subpermafrostne. Prvi se nahajajo v debelini permafrosta na vodoravni ravnini, predvsem ob vznožju pobočij ali na dnu rečnih dolin. Ti pa so razdeljeni na sezonsko zamrznjeno vodo, ki se nahaja v aktivni plasti; v sezonsko delno zmrznjene, z zgornjim delom v aktivni plasti, v sezonsko nezmrzovalne, katerih pojavljanje je zabeleženo pod sezonsko zmrznjeno plastjo. V nekaterih primerih lahko pride do pretrganja aktivne plasti različnih zemljin, kar povzroči izpust nekaterih nadpermafrostnih voda na površje, kjer prevzame videz ledu.

Medpermafrostne vode so lahko prisotne v tekoči fazi, vendar so najbolj razširjene v trdni fazi; Praviloma niso podvrženi sezonskim procesom odmrzovanja/zamrzovanja. Te vode v tekoči fazi zagotavljajo izmenjavo vode z nad- in podpermafrostnimi vodami. Lahko pridejo na površje kot izviri. Podpermafrostne vode so arteške. Lahko so od svežih do slanic.

Vrste podzemne vode v Rusiji so enake tistim, ki so bile obravnavane zgoraj.

Kontaminacija zadevnih predmetov

Razlikujemo naslednje vrste onesnaženja podzemne vode: kemično, ki je razdeljeno na organsko in anorgansko, toplotno, radioaktivno in biološko.

Kemična onesnaževala vključujejo predvsem tekoče in trdne odpadke iz industrijskih podjetij, pa tudi pesticide in gnojila kmetijskih proizvajalcev. Težke kovine in drugi strupeni elementi najbolj vplivajo na podtalnico. Širijo se po vodonosnikih na znatne razdalje. Podobno se obnaša tudi onesnaženje z radionuklidi.

Biološko onesnaženje povzroča patogena mikroflora. Viri onesnaženja so običajno dvorišča za živino, pokvarjene kanalizacije, greznice itd. Porazdelitev mikroflore določata stopnja filtracije in stopnja preživetja teh organizmov.

Gre za povišanje temperature podzemne vode, ki nastane med obratovanjem vodnega zajetja. Pojavi se lahko na območjih, kjer se odvajajo odpadne vode, ali če je zajem vode v bližini vodnega telesa s toplejšimi površinskimi vodami.

Uporaba podzemlja

Črpanje podzemne vode kot vrsto uporabe podzemlja ureja zvezni zakon "o podzemlju". Za pridobivanje teh predmetov je potrebna licenca. Izda se v zvezi s podzemno vodo za obdobje do 25 let. Obdobje uporabe se začne računati od trenutka državne registracije licence.

Ekstrakcija mora biti registrirana pri Rosreestr. Nato pripravijo projekt in ga predložijo v državni pregled. Nato se pripravi projekt za organizacijo sanitarne cone za zajem podzemne vode, ocenijo se zaloge teh voda in izračuni se predložijo državnemu izvedenstvu, Geoinformacijskemu skladu in Rosgeolfondu. Nato se prejetim dokumentom priložijo potrdila o lastništvu zemljišča, nato pa se vloži vloga za dovoljenje.

Končno

Katere vrste podzemne vode so v Rusiji? Enaki kot na svetu. Območje naše države je precej veliko, zato vsebuje permafrost, arteško, podtalnico in talno vodo. Razvrstitev predmetov, ki jih obravnavamo, je precej zapletena in v tem članku se odraža nepopolno, tukaj so prikazane njene najbolj osnovne točke.

Podzemna voda je vsa voda, ki se nahaja pod površjem Zemlje, kjer zaseda praznine v prsti ali geoloških plasteh. Napolnijo jih dež, taleči se sneg in druga voda, ki pronica skozi zemljo, pesek ali razpoke na cestah.

Rezerve

Podzemna voda predstavlja približno 20 % svetovnih zalog in približno 1 % vse vode, vključno z vso vodo in ledeniki.

Znanstveniki pravijo, da Zemlja morda ni edini planet na svetu, ki vsebuje podzemno vodo. Morda že dolgo obstajajo na Marsu. Na Evropi, Jupitrovi šesti luni, je lahko tudi podzemna voda.

Največje kopičenje podzemne vode je zahodno-sibirski arteški bazen s površino 3 milijone km². Vodonosniki so v njem začeli nastajati že leta.

izobraževanje

Podzemna voda se razlikuje od površinske vode, ki jo najdemo v velikih telesih hidrosfere, kot so reke. Površinska in podzemna voda sta povezani preko (kontinuirano).

Večina podzemne vode izvira iz padavin. Prodrejo pod površje zemlje v tla. Ko postane območje tal nasičeno, voda pronica navzdol. Nasičeno območje je tam, kjer so vse praznine napolnjene z vodo. Obstaja tudi cona prezračevanja, kjer prostor delno zaseda voda, delno pa zrak.

Podzemna voda se še naprej spušča nižje, dokler na neki globini ne doseže skale. Voda se kopiči v porah in razpokah ter tvori vodonosnik, imenovan tudi vodonosnik. Proces sedimentacije, ki poveča količino podzemne vode, je znan kot ponovno polnjenje. Na splošno do polnjenja pride le med deževno sezono ali pozimi v zmernem podnebju. Običajno 10 do 20 % padavin konča v vodonosnikih.

Podtalnica se nenehno premika. V primerjavi s površinskimi vodami se to dogaja zelo počasi. Dejanska hitrost gibanja je odvisna od nosilnosti in prostornine vodonosnika. Naravni odtok podzemne vode poteka preko izvirov in rečnih strug, ko je pritisk podzemne vode višji od atmosferskega tlaka blizu zemeljske površine. Notranjega kroženja ni lahko določiti, toda blizu vodne gladine je lahko povprečni čas vodnega cikla eno leto ali manj, medtem ko v globokih vodonosnikih proces traja na tisoče let.

Pomen

Podzemna voda ima ključno vlogo pri razvoju sušnih in polsušnih območij. Sposobni so podpirati ogromno kmetijstvo in industrijska podjetja ki drugače ne bi mogla obstajati. Še posebej dobro je, da na vodonosnike, ki so nastali pred nastankom puščav, sčasoma ne vpliva aridnost.

Znanstveniki in inženirji uporabljajo posebne vodnjake za pridobivanje podzemne vode na površje.

Nekatera podzemna voda raztaplja snovi iz kamnin in lahko vsebuje sledi starodavnih morska voda. Vendar večina podzemne vode ne vsebuje patogeni organizmi, čiščenje pa ni potrebno za domačo ali industrijsko uporabo. Poleg tega kratke suše ne prizadenejo močno zalog podzemne vode in so na voljo na številnih območjih, ki nimajo zanesljive oskrbe s površinsko vodo.

Težave

Znanstveniki so zaskrbljeni zaradi težav, ki nastanejo, ko se porabi preveč podzemne vode Vsakdanje življenje, vključno z domačimi, poslovnimi in Kmetijstvo. Eden od problemov je, da se te vode vse bolj odmikajo od površja Zemlje. Ljudje porabljamo podtalnico hitreje, kot lahko dež ali taljenje snega obnovita vodonosnike. To pomeni, da mora iti vrtanje globlje, da pridemo do vira.

To se morda ne zdi nič posebnega, toda ko je podtalnica tako daleč, sta prst in glina, ki sestavljata površinsko plast Zemlje, obremenjeni in šibki. Sčasoma lahko šibka površina pade in ustvari krater. Vrtače so resen problem in jih najdemo na območjih, kjer je prišlo do globokega rudarjenja podzemne vode.

Podzemni vodni viri večinoma veljajo za strateške vodne vire.
Vodonosniki, ki se gibljejo pod vplivom lastne gravitacije, tvorijo horizonte prostega toka in tlaka. Pogoji njihovega pojavljanja so različni, kar omogoča, da jih razvrstimo v vrste: tla, podzemlje, interstratalne, arteške, mineralne.

Razlike v podzemni vodi

Zapolnijo pore, razpoke in vse prostore med delci kamnin. Veljajo za začasno kopičenje kapnice v površinskem stebru in niso povezani s spodnjim vodonosnikom.

Tvorijo prvi vodotesni horizont s površine. Ta plast doživlja nekaj nihanj v različnih letnih časih, to je povečanje ravni v pomladno-jesenskem obdobju in zmanjšanje v vroči sezoni.

Za razliko od prsti imajo sčasoma bolj konstantno raven in ležijo med dvema obstojnima slojema.

Vir, ki zapolnjuje celoten interstratalni horizont, velja za tlačni in, kar je pomembno, čist glede na podzemno vodo.

Štejejo se za tlak, zaprte v plasti kamnin. Ko se odprejo, pogosto bruhajo in se dvignejo nad zemeljsko površino. Ležijo na globini 100-1000 metrov.

So vode, ki vsebujejo raztopljene soli in mikroelemente, pogosto zdravilne narave.

Zaloge podzemne vode

Zaloge vode v tleh so neposredno odvisne od njihovega obnavljanja z dežjem in odtokom taline. Obdobja spremembe njihove ravni se pojavljajo spomladi - poleti in poleti - jeseni. V prvem primeru talna vlaga izhlapi za 2-4 mm/dan, v drugem pa za 0,5-2,0 mm/dan. Njihovo ravnovesje se močno spreminja glede na vremenske razmere, zaradi česar se vodni viri povečujejo ali zmanjšujejo. Če pa ni resnih atmosferskih vplivov, ostanejo njihove zaloge v tleh nespremenjene. Izračun rezerv se izvaja empirično.

Zaloge podzemne vode se polnijo zaradi prodiranja vlage v zgornje plasti tal, zlasti med padavinsko sezono. Ko tečejo po nasičenih obzorjih, najdejo iztoke na površje v obliki izvirov, ki se polnijo in tvorijo potoke, ribnike, jezera in druge talne vire. Nastanejo z infiltracijo rečnih in jezerskih voda, zaradi atmosferskih padavin. Polnijo jih tudi viri, ki izvirajo iz globokih obzorij. Velike zaloge so skoncentrirane v vznožjih rečnih dolin in vznožja, razpoke v plitvih okamnelih apnencih.

Mimogrede, obstajajo informacije, ki napovedujejo močno zmanjšanje zalog sladke vode za 2-krat v naslednjih 25 letih. Glede na to, da njihove skupne zaloge znašajo 60 milijonov km³, 80 držav na planetu pa se že sooča s pomanjkanjem vlage, se slabe napovedi lahko uresničijo.

Na veliko žalost zemljanov se zaloge vode ne obnavljajo.

Izvor podzemne vode

Podzemna voda je glede na pogoje pojavljanja sestavljena iz padavin in kondenzata zračne vlage. Imenujejo se tla ali "viseči" in imajo pomembno vlogo pri prehrani nasadov, ker niso pod vodoodpornimi horizonti. Pod tem pasom se pojavljajo plasti suhih kamnin, ki vsebujejo tako imenovano filmsko vodo. V obdobjih obilnih padavin in taljenja snega se nad suhimi plastmi tvorijo kopičenja gravitacijskih voda.

Podtalnico, ki je prva z zemeljskega površja, napajajo tudi padavine in talni viri. Globina njihovega pojavljanja je odvisna od geoloških vzorcev.

Medplastni izviri ležijo pod zemeljskimi izviri in se nahajajo med neprepustnimi plastmi. Horizonti z odprtim ogledalom se imenujejo prosti pretok. Vodna leča z zaprto površino se šteje za tlačno in se pogosteje imenuje arteška.

Tako je izvor podtalnice v veliki meri odvisen od fizikalnih lastnosti kamnin. To so lahko poroznost in poroznost. Ti kazalniki označujejo kapaciteto vlage in vodoprepustnost kamnin.

Torej dve coni - cona prezračevanja in nasičenosti - določata pojav podzemnih virov. Območje prezračevanja predstavlja interval od ravnine tal do ravnine podzemne vode, ki se imenuje talna voda. Cona nasičenosti vključuje talno žilo do interstratalnega horizonta.

Podzemna voda je voda, ki se nahaja v kamninah zgornjega dela zemeljske skorje v tekočem, trdnem in plinastem stanju.

Razvrstitev

Glede na pogoje pojavljanja je podzemna voda razdeljena na več vrst: tla, podzemna voda, interstratalna, arteška, mineralna.

Talna voda zapolnite del vrzeli med delci zemlje; lahko so proste (gravitacijske), ki se gibljejo pod vplivom gravitacije, ali vezane, ki jih držijo molekularne sile.

Podtalnica tvorijo vodonosnik na prvi plasti vodonosnika od površine. Zaradi svoje plitve lege od površja doživlja znatna nihanja gladine podzemne vode glede na letne čase: bodisi se dvigne po padavinah ali taljenju snega ali pade v sušnih obdobjih. V hudih zimah lahko podtalnica zmrzne. Te vode so bolj dovzetne za onesnaženje.

Interformacijske vode- spodaj ležeči vodonosniki, zaprti med dvema neprepustnima slojema. Za razliko od podtalnice je gladina medplastne vode bolj konstantna in se skozi čas manj spreminja. Medplastne vode so čistejše od podtalnice. Tlačne medplastne vode popolnoma napolnijo vodonosnik in so pod pritiskom. Vse vode v plasteh, ki se nahajajo v konkavnih tektonskih strukturah, imajo pritisk.

Glede na pogoje gibanja v vodonosnikih ločimo podzemne vode, ki krožijo v rahlih (pesek, prod in prod) plasteh in v razpokanih kamninah.

Glede na pojavnost in naravo praznin vodonosnih kamnin delimo podzemno vodo na:

• pore - ležijo in krožijo v kvartarnih sedimentih: v peskih, prodnikih in drugih klastičnih kamninah;
• razpoka (žila) - v kamninah (graniti, peščenjaki);
• kras (razpoklinsko-kraški) - v topnih kamninah (apnenec, dolomit, sadra itd.).

Zaloge podzemne vode

Podzemna voda je del zemeljskih vodnih virov; skupne zaloge podzemne vode znašajo več kot 60 milijonov km³. Podzemna voda velja za mineralno bogastvo. Za razliko od drugih vrst mineralov so zaloge podzemne vode med izkoriščanjem obnovljive.

Raziskovanje podtalnice

Za ugotavljanje prisotnosti podzemne vode se izvaja raziskovanje:

• geomorfološka ocena območja,
• temperaturne študije,
• radonska metoda,
• referenčne vrtine so izvrtane z vzorčenjem jedra,
• prouči se jedro in določi relativna geološka starost kamnin, njihova debelina (debelina),
• Izvede se poskusno črpanje, določijo se značilnosti vodonosnika in izdela geotehnično poročilo;
• karte in odseki so sestavljeni iz več referenčnih vrtin in izvedena je predhodna ocena mineralnih zalog (v v tem primeru, voda);

Izvor podtalnice

Podtalnica ima različnega izvora: nekateri od njih so nastali zaradi prodiranja taline in padavinske vode do prvega neprepustnega horizonta (to je do globine 1,5-2,0 m, ki tvori podtalnico, to je tako imenovano sedečo vodo); drugi zasedajo globlje votline v tleh.

Vso vodo v zemeljski skorji, ki se nahaja pod zemeljskim površjem v kamninah v plinastem, tekočem in trdnem stanju, imenujemo podzemna voda.

Podzemna voda je del hidrosfere - vodne lupine sveta. Najdemo jih v vrtinah v globinah do nekaj kilometrov. Po mnenju V.I. Vernandsky, lahko podzemna voda obstaja do globine 60 km zaradi dejstva, da so molekule vode, tudi pri temperaturi 2000 o C, disociirane le za 2 %.

Približni izračuni zalog sladke vode v črevesju Zemlje do globine 16 kilometrov dajejo vrednost 400 milijonov kubičnih kilometrov, tj. približno 1/3 voda Svetovnega oceana.

Kopičenje znanja o podtalnici, ki se je začelo že v antiki, se je pospešilo s pojavom mest in namakanega kmetijstva. Umetnost gradnje izkopanih vodnjakov do nekaj deset metrov je bila znana že 2000-3000 tisoč let pr. v Egiptu, Srednji Aziji, Indiji, na Kitajskem. V istem obdobju se je pojavilo zdravljenje z mineralnimi vodami.

V prvem tisočletju pred našim štetjem so se pojavile prve ideje o lastnostih in izvoru naravne vode, pogoji njihovega kopičenja in kroženje vode na Zemlji (v delih Thalesa in Aristotela - v Antična grčija; Tita Lukrecija Cara in Vitruvij - v Stari Rim, in itd.).

Preučevanje podzemne vode je olajšalo širjenje dela, povezanega z oskrbo z vodo, gradnjo zajemnih struktur (na primer kariz med ljudstvi Kavkaza, Srednje Azije), pridobivanje slane vode za izhlapevanje soli s kopanjem vodnjakov, in nato vrtanje (ozemlje Rusije, 12-17 stoletja) . Kasneje se je pojavil koncept vode brez pritiska, pritisk(dvig od spodaj navzgor) in samoizlivanje. Slednji je dobil ime arteški - iz province Artois (starodavno ime "Artesia") v Franciji.

Podtalnici in njeni vlogi v naravnih procesih so se v renesansi in kasneje posvečali številni znanstveniki – Agricolla, Palissy, Steno itd.

V Rusiji je prve znanstvene ideje o podzemni vodi kot naravni raztopini, njihovem nastanku z infiltracijo atmosferskih padavin in geološki aktivnosti podzemne vode izrazil M.V. Lomonosov v svojem eseju "O plasteh Zemlje" (1763).

Do sredine 19. stoletja se je preučevanje podzemne vode razvijalo kot sestavni del geologije. Nato se loči v ločeno disciplino - hidrologijo.

Splošna hidrogeologija proučuje izvor podzemne vode, njeno fizikalno in Kemijske lastnosti, interakcija z gostiteljskimi kamninami.

Preučevanje podzemne vode v povezavi z zgodovino tektonskih gibanj, procesov sedimentacije in dianogeneze je omogočilo približevanje zgodovini njihovega nastanka in prispevalo k nastanku nove veje hidrogeologije v 20. stoletju - paleohidrogeologija(preučevanje podzemnih voda preteklih geoloških dob).

Dinamika podzemne vode preučuje gibanje podtalnice pod vplivom naravnih in umetnih dejavnikov, razvija metod kvantifikacija produktivnost proizvodnih vrtin in zaloge podzemne vode.

Nauk o režimu in ravnovesju podzemnih voda proučuje spremembe v podzemnih vodah (njihov nivo, temperaturo, kemična sestava, prehranski in gibalni pogoji), ki nastanejo pod vplivom različnih naravni dejavniki(atmosferske padavine in pogoji njihove infiltracije, izhlapevanja, temperatura in vlažnost zračne in talne plasti, vpliv režimov površinskih rezervoarjev, rek, človekove dejavnosti človeka).

V drugi polovici 20. stoletja so se začele razvijati metode za napovedovanje režima podzemne vode, ki ima velik praktični pomen pri izkoriščanju podzemne vode, hidrotehnični gradnji, namakanem kmetijstvu in reševanju drugih vprašanj.

Zdaj je od 510 milijonov kvadratnih kilometrov sveta 361 milijonov kvadratnih kilometrov. km (70,7%) zasedajo morja in oceani, ki tvorijo en sam svetovni ocean, preostalih 149 (29,3%) milijonov kvadratnih metrov. km zaseda kopno. Na severni polobli kopno predstavlja 39,3% površine poloble, na južni polobli - 19,1%. Specifično težo elementov kroženja vlage in njihov vpliv na celotno kroženje vode v naravi lahko presojamo iz spodnjih podatkov:

Tabela 1

Ime indikatorja

Glasnost

Izhlapevanje iz oceana

Izhlapevanje s kopnega

evapotranspiracija

Sedimentacija na površini oceana

Padavine na kopnem

Skupna količina padavin

Tok reke in podtalnice

447,9 tisoč km 3

70,7 tisoč km 3

518,6 tisoč km 3

411,6 tisoč km 3

107,0 tisoč km 3

518,6 tisoč km 3

36,3 tisoč km 3

Pod vplivom sončne energije s površine Svetovnega oceana izhlapi v povprečju približno 450,0 tisoč km 3 vode. Nekaj ​​te vlage se v obliki pare prenaša z zračnimi tokovi na celine.

Pod določenimi pogoji vodna para kondenzira in pada v obliki dežja, snega, toče itd. Atmosferske padavine, ki padejo na kopno, tečejo po pobočjih območja in tvorijo potoke in reke, ki odnašajo svoje vode nazaj v Svetovni ocean.

Nekaj ​​padavin izhlapi, nekaj pronica v tla in tvori podtalnico, ki se s podzemnim odtokom steka v potoke in reke ter se tako tudi vrne v ocean. Ta sklenjen proces izmenjave med atmosfero in zemeljskim površjem imenujemo kroženje vode v naravi.

Tako je vodnatost rek, ki se v narodnem gospodarstvu uporabljajo kot vodni viri, povezana s kroženjem vlage na Zemlji in je odvisna od porazdelitve vode med posameznimi elementi vodnega kroga v naravi.

izvora podtalnice

Podzemna voda nastaja predvsem iz atmosferske padavinske vode padec na zemeljsko površje in pronicajoče vode(infiltrira) v zemljo do določene globine, iz vod iz močvirij, rek, jezer in rezervoarjev pa tudi pronica v zemljo. Količina vlage, ki se na ta način požene v tla, znaša 15-20 % celotne količine padavin.

Prodiranje vode v tla (vodoprepustnost), ki sestavljajo zemeljsko skorjo, je odvisno od fizikalnih lastnosti teh tal. Glede na vodoprepustnost tla delimo v tri glavne skupine: vodoprepustna, polprepustna in vodoodporen oz vodoodporen.

TO prepustne kamnine vključujejo grobo kamenje, kamenčke, gramoz, pesek, razpokane kamnine itd. Vodoodporne kamnine so masivno kristalne kamnine (granit, marmor), ki minimalno vpijajo vlago, in glina. Slednji, ki so bili nasičeni z vodo, ji v prihodnosti ne dopuščajo prehoda. Do pasem polprepustna vključujejo glinaste peske, sipke peščenjake, laporje itd.

Podzemna voda v zemeljski skorji je razporejena v dveh etažah. Spodnje nadstropje, sestavljeno iz gostih magmatskih in metamorfnih kamnin, vsebuje omejeno količino vode. Glavnina vode je v zgornji plasti sedimentnih kamnin. V njej se glede na naravo izmenjave vode s površinskimi vodami razlikujejo tri cone: cona proste izmenjave vode (zgornja), cona počasne izmenjave vode (srednja) in cona zelo počasne izmenjave vode (spodnja). Vode zgornje cone so običajno sveže in se uporabljajo za pitno, gospodinjsko in tehnično vodo. V srednjem pasu se nahajajo mineralna voda različne sestave. To so starodavne vode. Spodnja cona vsebuje visoko mineralizirane slanice. Iz njih pridobivajo brom, jod in druge snovi.

Nastane podzemna voda različne poti. Eden od glavnih načinov nastanka podzemne vode je infiltracija ali infiltracija padavin in površinskih voda (jezera, reke, morja itd.). Po tej teoriji pronicajoča voda doseže neprepustno plast in se na njej kopiči ter nasiči porozne in porozno-razpokane kamnine. Na ta način nastanejo vodonosniki ali horizonti podzemne vode. Površina podzemne vode se imenuje podtalnica. Razdalja od gladine podzemne vode do vodotoka se imenuje debelina akvitarda.

Količina vode, ki pronica v tla, ni odvisna samo od njihovih fizikalnih lastnosti, temveč tudi od količine padavin, naklona terena proti obzorju, vegetacijskega pokrova itd. Hkrati dolgotrajno deževje ustvarja Boljši pogoji za infiltracijo kot močne padavine, saj močnejše kot so padavine, hitreje teče padla voda po površini tal.

Strma pobočja povečajo površinski odtok in zmanjšajo pronicanje padavin v tla; ploščati, nasprotno, povečajo njihovo pronicanje. Rastlinstvo (gozd) poveča izhlapevanje padle vlage in hkrati poveča količino padavin. Z zadrževanjem površinskega odtoka spodbuja pronicanje vlage v tla.

Za številna območja sveta je infiltracija glavna metoda nastajanja podzemne vode. Vendar pa obstaja še en način njihovega nastanka - zaradi kondenzacija vodne pare v skalah. V toplem letnem času je elastičnost vodne pare v zraku večja kot v plasti prsti in spodaj ležečih kamninah. Zato atmosferska vodna para nenehno vstopa v tla in se spusti v plast konstantnih temperatur, ki se nahaja na različnih globinah - od enega do nekaj deset metrov od zemeljske površine. V tej plasti se gibanje zračne pare ustavi zaradi povečanja elastičnosti vodne pare z naraščajočo temperaturo v globinah Zemlje. Posledica tega je nasprotni tok vodne pare iz globin Zemlje navzgor v plast s konstantnimi temperaturami. In v območju stalnih temperatur zaradi trka dveh tokov vodne pare kondenzirajo s tvorbo podzemne vode. Takšna kondenzacijska voda je velikega pomena v puščavah, polpuščavah in suhih stepah. V vročih obdobjih leta je edini vir vlage za vegetacijo. Na enak način so glavne zaloge podzemne vode nastale v gorskih predelih Zahodne Sibirije.

Oba načina nastanka podzemne vode – z infiltracijo in s kondenzacijo atmosferske vodne pare v kamninah – sta glavna načina akumulacije podzemne vode. Infiltracija in kondenzacijske vode včasih imenovane vandozne vode (iz latinskega "vadare" - iti, premikati se). Te vode nastanejo iz atmosferske vlage in sodelujejo v splošnem vodnem krogu v naravi.

Nekateri raziskovalci ugotavljajo še en način nastanka podzemne vode - mladoletnik. Za številne izlive teh voda na območjih sodobne ali nedavne vulkanske dejavnosti je značilno povišana temperatura in znatno koncentracijo soli in hlapnih komponent. Da bi razložil nastanek takšnih voda, je avstrijski geolog E. Suess leta 1902 postavil teorijo o juvenilu (iz latinskega "juvenilis" - devica). Takšne vode so, kot je verjel Suess, nastale iz plinastih produktov, ki so se v izobilju sproščali med vulkansko aktivnostjo in diferenciacijo magmatske lave.

Kasnejše študije so pokazale, da čiste juvenilne vode, kot jih je razumel E. Suess, v površinskih delih Zemlje ne obstajajo. V naravnih razmerah podtalnica, ki nastaja različne poti, mešajo med seboj in pridobijo določene lastnosti. Vendar je določitev geneze podzemne vode velikega pomena: olajša izračun zalog, razjasnitev režima in njihove kakovosti.

Nivo podzemne vode je podvržen stalnim nihanjem. Tako ob spomladanskih poplavah in poplavah gladina reke, ki se dvigne nad gladino rečnega toka, usmerjenega proti reki, povzroči odtok vode iz nje in dvig gladine podzemne vode. To zmanjša višino spomladanskih poplav. Med recesijo začne podtalnica napajati reko, gladina podtalnice pade.

Podzemna voda lahko nastane zaradi umetnih hidravličnih objektov, kot so namakalni kanali. Tako se je med gradnjo namakalnega sistema Karakum zaradi prenosa dela toka sibirskih rek znatna količina vode v puščavskem delu porabila ne toliko za potrebe namakanja, temveč za izhlapevanje in v tla. To se je zgodilo zaradi dejstva, da večina Namakalni sistem je potekal skozi peščena tla, kjer je filtracijski koeficient precej visok, kljub protifiltracijskim ukrepom pa je bil padec vodostajev zaradi filtracije vode v tla velik. Vse to je poleg zmanjšanja pretoka reke privedlo do tega, da so se soli v tleh raztopile v podtalnici, in ko so se podvodni tokovi vrnili v kanal, je postalo zasoljeno in onesnaženo z muljem.

Razvrstitev podzemne vode
pogoje njihovega nastanka

Obstaja več klasifikacij podzemne vode.

Glede na pogoje gibanja v vodonosnikih ločimo podzemne vode, ki krožijo v rahlih (pesek, prod in prod) plasteh in v razpokanih kamninah.

Imenuje se podtalnica, ki se premika pod vplivom gravitacije gravitacijski, ali proste, za razliko od voda, ki jih vežejo in zadržujejo molekularne sile – higroskopske, filmske, kapilarne in kristalizacijske.

Glede na naravo praznin vodonosnih kamnin delimo podzemno vodo na:

pore - v peskih, prodnikih in drugih klastičnih kamninah;

razpokan (žila) - v kamninah (graniti, peščenjaki);

kras (razpoklinsko-kraška) - v topnih kamninah (apnenci, dolomiti, sadra itd.).

Glede na pogoje pojavljanja ločimo tri vrste podzemne vode: nasedla voda, neasfaltirano e in pritisk, oz arteški.

Verkhovodka imenujemo podzemne vode, ki se nahajajo blizu površine zemlje in za katere je značilna spremenljiva porazdelitev. Običajno je vodoodporna voda omejena na leče vodoodpornih ali slabo prepustnih kamnin, ki jih prekrivajo vodoprepustne plasti.

Visoka voda zavzema omejena območja, ta pojav je začasen in se pojavi v obdobju zadostne vlažnosti; v sušnih časih trajna voda izgine. Verkhovodka se nanaša na prvo vodoodporno plast s površine zemlje. V primerih, ko je neprepustna plast blizu površine ali pride na površino, se v deževnih obdobjih razvije zamašitev.

Voda na stojalu pogosto vključuje vodo iz tal ali vodo v plasti tal. Talno vodo predstavlja skoraj vezana voda. Kapljična voda je v tleh prisotna le v obdobjih presežka vlage.

Podtalnica. Podzemna voda je voda, ki leži na prvem neprepustnem horizontu pod vodo. Običajno se nanašajo na neprepustne tvorbe in zanje je značilen bolj ali manj stalen dotok vode. Podzemna voda se lahko kopiči tako v ohlapnih poroznih kamninah kot v trdih razpokanih rezervoarjih. Raven podzemne vode je neravna površina, ki praviloma ponavlja neenakost reliefa v zglajeni obliki: na višjih nadmorskih višinah je nižja, v nižinah je višja.

Podzemna voda se premika proti nižjemu reliefu. Raven podzemne vode je podvržena stalnim nihanjem - nanjo vplivajo različni dejavniki: količina in kakovost padavin, podnebje, topografija, prisotnost vegetacije, gospodarska dejavnost človeka in še veliko več.

Podzemna voda, ki se kopiči v aluvialnih nanosih, je eden od virov oskrbe z vodo. Uporabljajo se kot pitna voda in za namakanje. Izlive podzemne vode na površje imenujemo izviri ali izviri.

Pritisk, oz arteške vode. Tlačne vode so tiste, ki se nahajajo v vodonosniku, zaprte med plastmi vodonosnika in doživljajo hidrostatični pritisk zaradi razlike v nivojih na točki polnjenja in izpusta vode na površje. Območje napajanja arteških voda običajno leži nad območjem vodnega toka in nad iztokom tlačnih voda na površje Zemlje. Če v sredino takšne sklede postavimo arteški vodnjak, potem bo voda iz njega tekla v obliki vodnjaka po zakonu sporočenih posod.

Dimenzije arteških bazenov so lahko zelo velike - do sto in celo tisoč kilometrov. Napajalna območja takšnih bazenov so pogosto precej odmaknjena od mest črpanja vode. Tako se voda, ki pade v obliki padavin na ozemlju Nemčije in Poljske, pridobiva iz arteških vrtin, izvrtanih v Moskvi; v nekaterih oazah Sahare dobijo vodo, ki pade v obliki padavin nad Evropo.

Za arteške vode je značilna stalna voda in dobra kakovost, kar je pomembno za njegovo praktično uporabo.

Glede na njihov izvor ločimo več vrst podzemnih voda.

Infiltracijska voda nastanejo zaradi pronicanja deževnice, taline in rečne vode z zemeljskega površja. Po sestavi so pretežno kalcijev bikarbonat in magnezij. Pri izpiranju kamnin, ki vsebujejo sadro, nastanejo sulfatno-kalcijeve vode, pri raztapljanju kamnin, ki vsebujejo sol, pa natrijeve kloridne vode.

Kondenzacija podzemne vode nastanejo kot posledica kondenzacije vodne pare v porah ali razpokah kamnin.

Sedimentacijske vode nastanejo v procesu geološke sedimentacije in običajno predstavljajo modificirane zakopane vode morskega izvora - natrijev klorid, kalcijev-natrijev klorid itd. Sem spadajo tudi zakopane slanice solnih bazenov, pa tudi ultrasladke vode peščenih leč v morenskih nanosih .

Imenujemo vode, ki nastanejo iz magme med njeno kristalizacijo in vulkansko metamorfozo kamnin magmatski, oz mladoletnik(po terminologiji E. Suessa).

napajanje rek s podzemno vodo in izračun pretoka podzemne vode

Podzemna voda služi kot zanesljiv vir prehrane rek. Delujejo skozi vse leto in zagotavlja hrano rekam med zimsko in poletno nizko vodo (ali med nizke ravni horizont stoječe vode), ko ni površinskega odtoka.

Pri zelo počasnih hitrostih gibanja podzemne vode v primerjavi s površinsko deluje podzemna voda v rečnem toku kot regulacijski dejavnik.

Tudi pri zelo počasnih ali nizkih hitrostih gibanja podzemne vode na rekah skrajnega severa pri nizkih temperaturah zraka opazimo zamrznitev (popolno ali delno) reke, nato pa voda vstopi iz zadrževalnega dela rezervoarja, v katerega reka teče (to je lahko glavna reka, morje, jezero itd.). Takšne pojave opazimo na primer v vasi Nizhneyansk, ki se nahaja 25 km od ustja reke Yana, kjer v obdobju nizkih temperatur in popolne zamrznitve reke na razpokah slana voda vstopi iz zaledna voda v rečno strugo gorvodno od kraja zmrzovanja iz Arktičnega oceana.

Kvantitativno merilo hranilnosti je vrednost podzemnega toka, ki je označen s tako imenovanim modulom podzemnega toka:

M Podnaslov = K M 0 /100 ,

Kje M Podnaslov– modul podzemne drenaže, l/s od 1 km 2 drenažno območje;

M 0 – povprečni dolgoročni modul skupnega pretoka, l/s od 1 km 2 površinski drenažni bazen;

TO– modularni koeficient, ki kaže odstotek podzemnega odtoka v celotnem odtoku in se določi po formuli

K=M min /M 0 ,

Kje M min- minimalni odtočni modul, l/s od 1 km 2 površinski odvodni bazen, določen z zimskim pretokom reke in enak modulu podzemnega toka, ker Pozimi se reke napajajo predvsem s podtalnico.

Modul toka podzemne vode je zanesljiv indikator za oceno vsebnosti vode v kamninah, razporejenih v povodju reke, saj predstavlja količino podzemne vode (v l/s), ki vstopa v reko z 1 m2. km enega ali drugega vodonosnika, ki ga izsuši reka.

Poleg teh formul lahko količino podzemnega toka določimo s hidrokemijsko metodo (po A.T. Ivanovu):

Kje Q Subz– letna količina podzemnega toka;

Q 0 – letna količina rečnega pretoka;

z- koncentracija katere koli sestavine (na primer klora) v rečni vodi v obdobju opazovanja;

c 1 – koncentracija iste komponente v podzemni vodi v istem obdobju;

c 2 - koncentracija iste komponente v površinskih vodah v istem obdobju.

Po mnenju B.I. Kudelin, za natančnejši izračun podzemnega toka majhnih in srednje velikih rek je predlagano razlikovati med štirimi vrstami oskrbe rek s podzemno vodo:

Napajanje s podtalnico, ki ni hidravlično povezana z reko;

Napajanje s podzemno vodo, hidravlično povezano z reko;

Prehrana mešanih tal ( a+ b);

Mešana zemeljska in arteška prehrana ( a+ b+ c).

Po teh podatkih je B.I. Kudelin je predlagal formule za določanje plasti h Subz in koeficient podzemnega odtoka α Subz. Plast podzemnega odtoka je izražena v milimetrih na leto (ali kateri koli drugi časovni enoti) na kvadratni kilometer površine podzemnega bazena in se izračuna kot:

Kje h Subz– plast podzemne drenaže, mm/leto;

Q Subz– prostornina podzemnega odtoka z območja bazena, m 3 /leto;

F– bazen, m 2 .

Koeficient pretoka podzemne vode α Subz predstavlja razmerje med podzemnim odtokom in padavinami, ki padejo na območje določenega porečja, in prikazuje tisti del padavin, ki gre za napajanje podzemnih območij zelo intenzivne izmenjave vode v porečju:

Kje x– plast sedimentov, mm/leto.

Izračuni pretoka podzemne vode so običajno povzeti v obliki zemljevidov obnavljanja podzemne vode, koeficientov in modulov pretoka podzemne vode, ki odražajo naravne vire različne vrste podtalnica se je razvila v malih in srednje velikih porečjih ter njihovih posameznih območjih in odsekih.

Glavni problemi rabe in varstva podzemne vode

Podzemna voda je zaradi svoje lege bolje zaščitena pred zunanjimi vplivi kot površinska voda, vendar so resni simptomi neugodnih sprememb režima podzemne vode v velike površine in v širokem razponu globin. Ti vključujejo: izčrpavanje in upadanje ravni podzemne vode zaradi čezmernega črpanja; izvajanje na obali morja slane vode; nastanek depresijskih kraterjev in drugo.

Onesnaženje podtalnice predstavlja veliko nevarnost. Razlikujemo lahko dve vrsti onesnaženja: bakterijski in kemična. Pod določenimi pogoji lahko prodrejo v vodonosnike. kanalizacija in umetno izdelan industrijske vode, onesnažene površinske vode in padavine.

Ko nastanejo rezervoarji, se gladina podzemne vode dvigne zaradi zaledne vode. Pozitivna posledica te spremembe režima je povečanje njihovih virov v obalnem območju akumulacije; negativno - poplavljanje obalnega območja, ki povzroča močvirjenje ozemlja, pa tudi zasoljevanje tal in podzemne vode zaradi povečanega izhlapevanja, ko so plitvi.

Zaradi manjših poplav (ali njihove odsotnosti) na reguliranih rekah je poplavno napajanje podzemne vode bistveno zmanjšano. Hitrosti tokov na takšnih rekah so zmanjšane, kar prispeva k zamuljevanju struge; zato je razmerje med rečno in podzemno vodo težko.

Pod določenimi pogoji lahko črpanje podzemne vode pomembno vpliva na kakovost površinske vode. Najprej to velja za industrijsko obratovanje in izpust mineralizirane vode, izpust rudniške in povezane naftne vode. Zato je treba zagotoviti celostno rabo in urejanje virov površinske in podzemne vode. Primeri tega pristopa vključujejo uporabo podzemne vode za namakanje v sušnih letih, pa tudi umetno obnavljanje zalog podzemne vode in gradnjo podzemnih rezervoarjev.

dr. O.V. Mosin

seznam literature

1. Novikov Yu.V., Sayfutdinov M.M. Voda in življenje na Zemlji. – M.: Nauka, 1981. – 184 str.

2. Kissin I.G. Voda pod zemljo. – M.: Nauka, 1976. – 224 str.

3. Bondarev V.P. Geologija. Tečaj predavanja: Vadnica za dijake srednjih zavodov poklicno izobraževanje. – M.: Forum: Infra M., 2002. – 224 str.

4. Goroshkov I.F. Hidrološki izračuni. – L.: Gidrometeoizdat, 1979. – 432 str.

5. Cherdantsev V.A., Pivon Yu.I. Smernice za disciplino: “Hidrologija”. – Novosibirsk: NGAEiU, 2004, 112 str.

6. Referenčni vodnik za hidrogeologe. V 2 zvezkih. Ed. V.P. Yakutseni. – L.: Nedra, 1967. – T.1. – 592s.