Основные типы движения грунтовых вод: понятно и просто

Сравнительная таблица по теме “Грунтовые воды”

Понятие	Подземные воды	Грунтовые воды	Подземные водные потоки
Определение	Вода, находящаяся под землей в порах и трещинах горных пород	Вода, находящаяся в зонах насыщения грунтов	Движение подземных вод в определенном направлении
Свойства	– Может быть пресной или соленой– Может быть глубокой или поверхностной– Может быть стоячей или текучей	– Зависит от состава грунта– Может быть насыщенной или ненасыщенной– Может быть горизонтальной или вертикальной	– Зависит от гидрогеологических условий– Может быть ламинарным или турбулентным– Может быть постоянным или временным
Влияние на строительство	– Может вызывать опасность для фундаментов зданий– Может приводить к образованию трещин и оседаниям– Может потребовать дополнительных инженерных мероприятий	– Может вызывать проседание грунта и деформацию строений– Может приводить к затоплениям и снижению несущей способности грунта– Может потребовать дренажных систем и гидроизоляции	– Может приводить к образованию карстовых явлений и провалов– Может вызывать эрозию и размывание грунта– Может потребовать укрепления и защиты от подтопления

питание рек подземными водами и расчет подземного стока

Подземные воды служат надежным источником питания рек. Они действуют круглый год и обеспечивают питание рек в зимнюю и летнюю межень (или при низких уровнях стояния горизонта воды), когда поверхностный сток отсутствует.

При сильно замедленных скоростях движения грунтовых вод, по сравнению с поверхностными, подземные воды в речном стоке выступают как регулирующий фактор.

Также, при сильно замедленных или небольших скоростях движения грунтовых вод, на реках Крайнего Севера при низких температурах воздуха, наблюдается перемерзание (полное или частичное) реки, и тогда вода заходит с подпорной части того водоема, в которую впадает река (это может быть главная река, море, озеро и т.п.). Такие явления наблюдаются, например, в п. Нижнеянск, который находится в 25 км от устья р.Яны, где в период стояния низких температур и полного перемерзания реки на перекатах, с подпора в русло реки выше по течению от места перемерзания, заходит соленая вода из Северного Ледовитого океана.

Количественной мерой питания служит значение подземного стока, который, в свою очередь, характеризуется так называемым модулем подземного стока:

М_подз. = К•М/100,

где М_подз. – модуль подземного стока, л/сек с 1 км2 водосборной площади;

М – средний многолетний модуль общего стока, л/сек с 1 км2 поверхностного водосборного бассейна;

К – модульный коэффициент, показывающий процент подземного стока в общем стоке и определяемый по формуле

К=М_min/М,

где М_min — минимальный модуль стока, л/сек с 1 км2 поверхностного водосборного бассейна, определяемый по зимнему расходу реки и равный модулю подземного стока, т.к. реки зимой питаются преимущественно подземными водами.

Модуль подземного стока является надёжным показателем для оценки водоносности горных пород, распространённых на площади водосборного бассейна какой-либо реки, т.к. он представляет собой то количество подземной воды (в л/сек), поступающее в реку с 1 кв. км того или иного водоносного горизонта, дренируемого рекой.

Кроме этих формул, величина подземного стока может быть определена гидрохимическим методом (по А.Т. Иванову):

где Q_подз – годовой объём подземного стока;

Q – годовой объём речного стока;

с — концентрация какого-либо компонента (например, хлора) в речной воде в период наблюдений;

c₁ – концентрация того же компонента в подземных водах в тот же период;

c₂ — концентрация того же компонента в поверхностных водах в тот же период.

Согласно Б.И. Куделину, для более точного расчёта подземного стока малых и средних рек предлагается различать четыре типа питания рек подземными водами:

1. Питание грунтовыми водами, гидравлически не связанными с рекой;
2. Питание грунтовыми водами, гидравлически связанными с рекой;
3. Смешанное грунтовое питание (a+b);
4. Смешанное грунтовое и артезианское питание (a+b+c).

Согласно этих данных Б.И. Куделиным были предложены формулы для определения слоя h_подз и коэффициента подземного стока α_подз. Слой подземного стока выражается в миллиметрах в год (или любой другой единице времени) с одного квадратного километра площади подземного бассейна и рассчитывается как:

где h_подз – слой подземного стока, мм/год;

Q_подз – объем подземного стока с площади бассейна, м3/год;

F – площадь бассейна, м2.

Коэффициент подземного стока α_подз представляет собой отношение подземного стока к осадкам, выпавшим на площадь данного речного водосборного бассейна, и показывает ту часть осадков, которая идёт на питание подземных зон весьма интенсивного водообмена в бассейне:

где x – слой осадков, мм/год.

Расчёты подземного стока обычно обобщаются в виде карт подземного питания, коэффициентов и модулей подземного стока, отражающих естественные ресурсы различных видов подземных вод, развитых в пределах малых и средних речных бассейнов и их отдельных районов и участков.

Подземные воды

Подземные воды – это вода, которая находится в земле под поверхностью земли. Они являются важным ресурсом пресной воды и играют важную роль в гидрологическом цикле.

Подземные воды образуются из атмосферных осадков, которые проникают в землю через поверхность почвы. Они могут также образовываться из растительных остатков и других органических веществ, которые разлагаются в почве.

Подземные воды могут находиться на разных глубинах в земле. Верхний слой, называемый зоной насыщения, содержит воду, которая полностью заполняет все поры и промежутки в грунте или породах. Ниже находится зона несущей способности, где поры и промежутки заполнены водой, но также содержат воздух. Ниже этой зоны находится зона насыщения, где поры и промежутки полностью заполнены водой.

Подземные воды двигаются под влиянием гравитации и гидравлического давления. Они могут двигаться вертикально вверх или вниз, а также горизонтально вдоль слоев грунта или породы. Иногда они могут образовывать круговое движение, когда они встречаются с препятствием, таким как горные хребты или подземные водные потоки.

Подземные воды имеют большое значение для человеческой жизни и деятельности. Они используются для питья, сельского хозяйства, промышленности и других целей

Однако, изменение уровня грунтовых вод может иметь негативное влияние на окружающую среду и строительство, поэтому важно учитывать их при планировании и проектировании

Виды подземных вод

В соответствии с характеристиками подземные воды подразделяют на следующие виды:

Капиллярная — вода, перемещающаяся под действием капиллярных сил по расщелинам и каналам. Она может быть: подвешенной, стыковой и поднятой. Поднятая вода располагается выше свободной и формирует капиллярную зону, что способствует засолению почв.
Свободная — вода, находящаяся в полостях и трещинах горных пород и почв.
Гигроскопическая — это вода, покрывающая минеральные частицы более толстой пленкой, при этом перемещается жидкость после перехода в газообразную форму.
Лед — твердое состояние воды при низких температурах, представляющее собой большие скопления кристаллических частиц.
Пленочная — такая вода обладает очень тонкой пленкой, обволакивающей минеральные частицы, и перемещается туда, где более тонкая пленка.
Кристаллизационная — это вода, молекулы которой входят в минералы, удаляются при дегидратации либо переходят в другое состояние.

По условиям расположения подземные воды можно отобразить в виде следующего списка:

почвенные;
верховодка;
грунтовые;
артезианские;
минеральные.

Почвенные воды располагаются под верхним слоем земной коры. Они заполняют трещины и поры и трещины, перемещаясь под действием силы тяжести. Для этого вида воды характерна небольшая глубина залегания, что позволяет ей пропитывать плодородный слой почв, распределяясь на большие площади. Восполнение происходит за счет дождевых вод через песок и грунт в процессе инфильтрационного просачивания. Это длительный процесс, в течение которого происходит насыщение воды органическими веществами.

Она может также образовываться как результат внутрипочвенных испарений из искусственных водоемов. Для водоснабжения верховодка обычно не используется и обладает следующими свойствами:

сезонной неустойчивостью;
ограниченным объемом расширения;
резкими изменениями уровня.

Даже в условиях вечной мерзлоты за полярным кругом грунтовые воды подпитывают моря. Это безнапорная свободная вода, всегда остающаяся на уровне вскрытия. Грунтовые воды распространяются и подпитываются в одной области. Уровни воды сильно различаются в течение сезона в зависимости от температуры грунта и атмосферных осадков. Грунтовая вода необходима для народного хозяйства в качестве источника водоснабжения для населенных пунктов и промышленных предприятий.

Межпластовые или артезианские запасы подземных вод располагаются между верхними и нижними водоупорными слоями. Они отличаются отсутствием источников подпитки. Вода, находясь под давлением плотных слоев грунта, выходит на поверхность в виде родников и источников. Подобные подземные запасы глубокого залегания используются для обеспечения водой жилых, сельскохозяйственных и промышленных объектов. Межпластовые воды могут быть напорными и безнапорными.

Минеральные водяные месторождения отличаются постоянным химическим составом, который зависит от типа источника и формируется в течение нескольких лет под воздействием ряда факторов. Минеральные воды содержат особые биоактивные и органические вещества, вследствие чего обладают лечебными свойствами и часто используется в медицинских целях. Подобная вода добывается при помощи каптажей — комплекса инженерных сооружений.

Минеральная вода различается по:

уровню минерализации;
химическому составу;
способу применения.

Подземные воды в разных районах планеты обладают неодинаковым химическим составом. В зависимости от того, сколько соли содержится в воде, выделяют:

пресные подземные воды, где содержится менее одного грамма солей на литр объема;
слабоминерализованные воды с содержанием не более 35 грамм солей на литр жидкости;
минерализованные воды в составе которых порядка 50 грамм солей на один литр.

Классификация пресных подземных вод по степени общей жесткости отражена в следующей таблице:

Понижение уровня грунтовой воды

Схема устройства дренажа для понижения грунтовых вод.

Если требуется понизить грунтовые воды, то можно воспользоваться несколькими методами. Это не только дренаж, но и водоотлив и другие способы, которые помогают справиться с проблемой. Такие работы требуются в том случае, когда на участке планируется строительство дома или другого сооружения.

Самый простой способ, который позволит отвести грунтовые воды от участка, заключается в устройстве на территории пруда. Это позволяет избежать затапливания подвалов, тропинок, теплиц, если грунтовая влага располагается близко к поверхности. Но устройство пруда требует наличия не только определенного умения, но и свободного пространства, а это возможно далеко не всегда. Поэтому в таком случае лучше всего сделать дренажную систему. Она может быть открытого либо закрытого типа.

Дренажная открытая система представляет собой канаву в 70 см, на дно которой насыпается гравий, песок на высоту до 100-150 мм. Она позволяет снизить уровень воды на 30-40 см.

При строительстве фундамента может потребоваться водоотлив, из которого будут отводиться или откачиваться грунтовые воды с участка . Делаются специальные приямки, в которых вода и скапливается, после чего откачивается насосом. Метод простой, но он требует установки специальной дренажной системы, которая будет отводить влагу после того, как фундамент будет готов.

Схема понижения уровня грунтовых вод с помощью гидровакуумной установки.

Есть и другие варианты, позволяющие понизить уровень грунтовой воды:

электроосмос;
вакуумный метод;
использование специального иглофильтра.

Все перечисленные методы требуют использования специального оборудования, опыта, так как являются довольно сложными и требовательными. Они позволяют понизить уровень воды примерно на 4-20 м.

При отводе вод с участка необходимо помнить, что слишком интенсивная откачка может привести к негативным последствиям: будут нарушены гидрогеологические условия и взаимосвязь всех водоносных слоев

Это важно учесть, так как после строительства обычно планируется устройство скважины на воду, а откачка может стать причиной отсутствия воды

Работы по определению направления потока грунтовых вод, глубины необходимы при планировании любых строительных работ: рытья колодца, бурения скважины на воду. Работы обычно проводятся специалистами, так как они требуют определенных знаний и наличия специального оборудования.

Движение — подземная вода

Движение подземных вод в естественных условиях благодаря малым уклонам, несомненно, является ламинарным, однако при производстве откачек ламинарный режим в некоторых случаях при значительных понижениях уровня воды в скважинах, вообще говоря, может быть нарушен. Это вносит неопределенность в задачу определения коэффициентов фильтрации и последующее использование этих данных при проектировании гидротехнических сооружений.

Движение подземных вод в пористых горных породах, как правило, протекает при ламинарном режиме, когда вода движется как бы в виде отдельных очень тонких слоев, не перемешивающихся друг с другом, а скорость движения оказывается пропорциональной градиенту напора. Французским гидравликом Дарси в 1856 г. на основании опытов по фильтрации в колонне, заполненной песком, был установлен закон фильтрации применительно к движению воды в пористой среде.

Движение подземных вод в земной коре целесообразно рассматривать с позиций системного анализа. Основы его изложены применительно к геологии. Цроанализируем принципы системного анализа применительно к динамике подземных вод. Под системой будем понимать; единую совокупность элементов, характеризующихся определенной внутренней структурой и находящихся во взаимодействии между собой и внешней средой. Тогда конкретные формы залегания водоносных горизонтов и виды движения в них подземных вод можно рассматривать как бесчисленное множество гидрогеологических систем, имеющих разный уровень и значимость в зависимости от тех позиций, с которых изучаются формирование запасов, качество подземных вод и закономерности их движения в земной, коре.

Движение подземных вод в пористых породах впервые изучалось французским гидравликом Дарен, который в 1852 г. эмпирически установил основной закон фильтрации в пористом грунте и ввел понятие о коэффициенте фильтрации.

Прибор Дарси.

Движение подземных вод в пористых горных породах, как правило, характеризуется ламинарным режимом.

Прибор А. Дарси.

Движение подземных вод в порах или нешироких трещинах напоминает движение воды по системе капиллярных трубок.

Движение подземных вод в крупных пустотах и трещинах горных пород по своему характеру напоминает движение воды по каналам и трубам. Этот вид движения носит название турбулентного. В отличие от ламинарного оно характеризуется большими скоростями, вихреобразноетью и перемешиванием отдельных струй.

Движение подземных вод в карстовых массивах происходит по очень сложным путям. Изучение карстовых вод представляет одну из наиболее интересных и сложных задач гидрогеологии.

Движение подземных вод считается установившимся, если его характеристики не изменяются во времени. Установившееся движение подземных вод в пределах какой-либо области возможно, когда вдоль границ этой области определенные условия, называемые граничными, остаются неизменными во времени. Движение подземных вод приобретает неустановившийся характер вследствие нарушений режима потока, например в результате отбора воды из скважины, но со временем оно стабилизируется.

Движение подземных вод очень замедленное, скорость — от единиц до нескольких десятков миллиметров в год. В нижних частях зоны застойного режима скорость подземных вод нередко сопоставима со скоростью тектонических движений водоносных комплексов. В таких условиях направление движения подземных вод может неоднократно меняться в течение периода развития бассейна.

Расчетная схема решения линейной задачи.

Считая движение подземных вод на элизионных этапах неустановившимся ( вследствие непрерывности-процесса осадконакопления), для вычисления древних уровнен они применили уравнение Г. Н. Каменского для неустановившегося движения в конечных разностях, преобразовав его для условий элизионного напорного потока.

Для движения подземных вод в горных породах большое значение имеют размеры пустот.

Источники. Классификация источников

Источниками (родниками, ключами) называют выходы подземных вод на поверхность суши или дно водоёмов.

Источники разделяются на следующие разновидности (по классификации М.Е. Альтовского, с упрощениями).1. Постоянно действующие родники. Эти родники характеризуются непрерывной деятельностью в течение многих лет. По условиям питания подземными водами постоянно действующие родники могут быть нисходящими и восходящими. Нисходящие родники питаются безнапорными водами (грунтовыми и межпластовыми безнапорными водами). К нисходящим родникам относятся:

экранированные родники — родники, образующиеся в результате перекрытия водоносного горизонта водоупорными породами или вследствие резкого уменьшения водопроницаемости водоносного горизонта;
родники выклинивания, возникающие либо вследствие стратиграфического выклинивания питающего их водоносного горизонта, либо вследствие уменьшения его поперечного сечения;
эрозионные родники, образующиеся в результате вскрытия водоносного горизонта долинами рек, оврагами, балками;
карстовые родники.

Восходящие родники питаются напорными водами. Движение питающих их вод происходит снизу вверх под действием напорного градиента. К восходящим родникам относятся:

эрозионно-напорные родники, возникающие вследствие эрозионного среза пластов с напорной водой;
напорные родники, образующиеся главным образом в равниной местности в результате прорыва горизонтов артезианских вод в понижениях рельефа — долинах рек, оврагах, балках;
напорно-газовые родники, образующиеся при прорыве напорных вод со значительным содержанием газов, способствующих подъёму воды снизу вверх;
тектонически экранированные родники, образование которых связано с перекрытием напорного водоносного горизонта водоупорными породами вследствие разрыва и смещения блоков пород по разломам.

2. Сезонно действующие родники. Такие родники связаны с водами зоны аэрации, имеют резкие колебания дебита вплоть до полного иссякания, химического состава и температуры воды.

3. Ритмически действующие родники (в том числе гейзеры).Гейзеры (от исландского «geysir», от «geysa» — хлынуть) – горячие источники, периодически выбрасывающие воду и пар. Распространены в областях современной или недавно прекратившейся вулканической деятельности, где происходит интенсивный приток эндогенного тепла.
Гейзеры имеют вид небольших усечённых конусов или чашеобразных углублений, связанных с трубообразными или щелеобразными каналами, подводящими воду.
Механизм действия гейзеров можно описать следующим образом. В подводящем трубкообразном канале, заполненном водой, происходит нагрев нижней части столба воды выше точки кипения. Но из-за давления вышерасположенной массы воды закипания не происходит, происходит её дальнейший разогрев. Наконец, температура повышается на столько, что в каком-то месте начинается кипение – образуются пузыри, поднимающиеся вверх по каналу и выталкивающие часть воды. Это приводит к резкому падению давления и, вследствие этого, мгновенному закипанию перегретой воды. Из канала выбрасывается пар и выталкиваемая им вода. Затем следует период покоя, соответствующий времени заполнения канала водой и её нагреву выше критической температуры. Заполнение канала происходит за счёт просачивания воды из боковых пород и, частично, за счёт выброшенной воды, попавшей после извержения обратно в канал.

4. Искусственные родники.

Наблюдательная скважина

Чтобы определить направление движения грунтовой воды, можно воспользоваться методом наблюдательных скважин. Тут учитывается то, что все водоносные слои не идут прямолинейно, повороты могут быть непредсказуемыми, они зависят от различных обстоятельств. Например, изменение направления глубоких слоев, которые нужны для бурения скважин, предсказать проще.

Схема конструкции наблюдательной скважины на первый водоносный пласт: 1 — оголовок; 2 — фильтровая колонна; 3—глинистый или цементный замок; 4— фильтр; 5 — отстойник.

На движение грунтовых вод оказывают влияние определение параметры:

Наличие вблизи сточных сооружений, дренажных систем и прочих устройств для скапливания и утилизации стоков.
Наличие изношенных водоводов, через которые могут осуществляться потери, т. е. проникновение воды в грунт.
Наличие рядом водохранилищ, колодцев, небольших водоемов, в том числе и искусственного происхождения.
Орошение территории, нахождение рядом больших сельскохозяйственных угодий.
Колебание уровня воды в водохранилищах, находящихся рядом.
Климатический пояс, особенности конкретного района.
Уровень осадков.

По методу пробных скважин определяют движение сети источников. Для этого на участке проводятся работы по бурению нескольких скважин по заранее рассчитанной схеме (выполняет ее только специалист). Для первого водоносного слоя скважины делаются однотрубными, необходим замок из глины для поверхности с глубиной в 50 см.

Для второго слоя используются более глубокие скважины, понадобится фильтр, но без глинистой промывки. Количество таких стволов может быть различным, в каждый из них опускаются специальные датчики, мониторинг необходим круглосуточный. По полученным данным и определяется наличие водоносного слоя, глубина его залегания, направление движения воды. Данные затем используются для проектирования строительства, для сооружения скважин с целью получения питьевой воды.

Изменение уровня грунтовых вод

Уровень грунтовых вод может изменяться в зависимости от различных факторов, таких как климатические условия, осадки, температура, геологические особенности и человеческая деятельность. Изменение уровня грунтовых вод может иметь значительное влияние на окружающую среду и инфраструктуру.

Причины изменения уровня грунтовых вод:

1. Климатические условия: Избыточные осадки или засуха могут привести к изменению уровня грунтовых вод. В периоды сильных дождей или таяния снега, уровень грунтовых вод может повышаться, что может вызывать затопления и проблемы с дренажем. В периоды засухи, уровень грунтовых вод может снижаться, что может привести к истощению водных ресурсов и проблемам с водоснабжением.

2. Человеческая деятельность: Различные деятельности человека, такие как строительство, добыча подземных вод, ирригация и дренаж, могут вызывать изменение уровня грунтовых вод. Например, строительство подземных сооружений или дренажных систем может привести к снижению уровня грунтовых вод, что может вызывать оседание почвы и повреждение зданий. С другой стороны, ирригация сельскохозяйственных угодий может привести к повышению уровня грунтовых вод, что может вызывать затопления и солонизацию почвы.

Влияние изменения уровня грунтовых вод:

Изменение уровня грунтовых вод может иметь различные последствия:

1. Затопления: Повышение уровня грунтовых вод может привести к затоплениям, особенно в низко расположенных районах. Это может вызывать ущерб для зданий, инфраструктуры и сельскохозяйственных угодий.

2. Оседание почвы: Снижение уровня грунтовых вод может вызывать оседание почвы, особенно в районах с высоким содержанием глины. Это может привести к повреждению зданий, трещинам в стенах и нарушению инфраструктуры.

3. Солонизация почвы: Повышение уровня грунтовых вод может привести к солонизации почвы, особенно в районах с высоким содержанием солей. Это может снизить плодородие почвы и негативно сказаться на сельскохозяйственных угодьях.

Контроль и управление уровнем грунтовых вод:

Для контроля и управления уровнем грунтовых вод могут применяться различные методы:

1. Дренаж: Установка дренажных систем может помочь снизить уровень грунтовых вод в низко расположенных районах и предотвратить затопления.

2. Ирригация: Регулирование ирригационных систем может помочь контролировать уровень грунтовых вод в сельскохозяйственных угодьях и предотвратить солонизацию почвы.

3. Контроль использования подземных вод: Ограничение добычи подземных вод и регулирование их использования может помочь предотвратить снижение уровня грунтовых вод и связанные с этим проблемы.

4. Мониторинг: Регулярный мониторинг уровня грунтовых вод и их качества может помочь в раннем выявлении проблем и принятии соответствующих мер для их контроля и управления.

В целом, понимание изменения уровня грунтовых вод и принятие соответствующих мер по их контролю и управлению являются важными аспектами успешного выполнения строительных проектов и сохранения окружающей среды.

Грунтовый совершенный колодец

При откачке воды из грунтового колодца уровень воды в нем понизится на величину S. Вокруг колодца уровень притекающей воды также понизится и примет форму депрессионной воронки (рис. 1). Расстояние, на котором сказывается понижение уровня воды в колодце, называется радиусом влияния колодца.

Рис. 1. Схема грунтового совершенного колодца

Количество притекающей к колодцу воды (расход, дебит колодца) в любом сечении на расстоянии х от оси колодца определяют согласно линейному закону фильтрации: Q = FkI. Площадь поперечного сечения потока F, движущегося к колодцу, равна площади боковой поверхности цилиндра радиусом х и высотой у, т. е. F = 2πxy. Произведя математические преобразования, получим следующую формулу притока воды в колодец:

где H — мощность водоносного горизонта, м; h — высота пониженного уровня воды в колодце от водоупора, м; R и r_c — соответственно радиус влияния и радиус колодца (скважины), м.

Заменив в выражении натуральные логарифмы десятичными (переходный коэффициент равен 2,3) и подставив вместо π его числовое значение, получим формулу притока воды в колодец в более удобном для пользования виде:

Выразив h через H-S, получим

Нередко требуется определить положение депрессионной кривой на разных расстояниях r от колодца в пределах зоны влияния откачки. Для этого вычисляют величину ординаты депрессионной кривой по формуле

Из формул видно, что приток воды в колодец будет тем больше, чем больше коэффициент фильтрации k, мощность пласта H, понижение уровня S, радиус колодца r_с и чем меньше радиус влияния R.

Значения радиусов влияния R и колодца rс оказывают незначительное влияние на величину притока, так как они входят в формулу под знаком логарифма, а логарифмы изменяются гораздо медленнее, чем числа. Например, при изменении значений R и r_св 10 раз логарифмы их, а следовательно, и притоки в колодец изменяются всего в 1–2 раза. Опытные данные показывают, что на практике наблюдается несколько большее влияние радиуса колодца на величину притока в колодец Q, чем указано выше.

Величина радиуса влияния зависит от продолжительности откачки воды из колодца. Предельной величиной радиуса влияния является расстояние от колодца до области питания. Границами области питания служат область выхода водоносного пласта на поверхность земли, река, озеро, крупное обводненное тектоническое нарушение, контуры распространения вышележащего более водообильного горизонта и другие участки пополнения рассматриваемого водоносного горизонта.

Значение радиуса влияния лучше принимать по имеющимся опытным или эксплуатационным данным, полученным в том же районе или в районе с аналогичными гидрогеологическими условиями, но последнее не всегда возможно.

Неустановившийся радиус влияния и увеличение его во времени в водоносном горизонте, не получающем питания в пределах депрессионной воронки, приближенно можно вычислить по формуле

где, а — коэффициент уровнепроводности безнапорного пласта, a=kh/µ (здесь h — мощность водоносного пласта, м; µ — водоотдача горных пород); t — продолжительность откачки, сут.

Между дебитом и понижением существует параболическая зависимость

или

Указанные зависимости показывают, что приток в грунтовый колодец возрастает в несколько меньшей степени, чем понижение.

Рис. 2. Схема притока воды в артезианский колодец

Рис. 3. Зависимость дебита скважины Q от понижения столба воды S

Тема 7. Гидрология подземных вод — Движение подземных вод

Тема 7. Гидрология подземных вод
Классификация подземных вод по условиям их происхождения
Виды воды в порах горных пород и почв
Водопроницаемость, водоотдачу и водоудерживающую способность
Водопроницаемость почв
Виды воды в порах
Условия залегания подземных вод в земной коре
Вода в почве
Грунтовые и межпластовые безнапорные воды
Напорные воды
Движение подземных вод
Формула Дарси
Величина напора
Коэффициент фильтрации
Источники
Режим грунтовых вод
Взаимосвязь речных и подземных вод
Минеральные воды

Страница 11 из 18

Движение подземных вод

1. Просачивание воды в почву

Впитывание, или инфильтрация, — процесс проникновения влаги в почву. Передвижение ее от слоя к слою в условиях различной степени насыщения водой нижерасположенных горизонтов почво-грунтов относится к процессу просачивания. Процесс этот сложный и состоит из нескольких стадий.

Чаще выделяют две стадии: впитывания и фильтрации. Вода атмосферных осадков, попадая на сухую почву, в начальный момент подвергается действию сорбционных и капиллярных сил и интенсивно поглощается поверхностью почвенных частиц. Постепенно поры малого сечения заполняются и движение воды в стадии впитывания осуществляется в виде пленочного и капиллярного перемещения. При полном насыщении всех пор движение воды в стадии фильтрации происходит под преобладающим действием силы тяжести и характеризуется законом ламинарного движения. В почво-грунтах всегда имеются крупные пустоты, трещины, ходы корневой системы растений, по которым вода с поверхности почвы в форме капельно-струйчатого (турбулентного) движения может проникать на ту или иную глубину. Этот процесс называют инфлюацией. Соотношение между всеми формами движения меняется в широких пределах в зависимости от влажности почво-грунтов, их механического состава, культурной обработки, наличия воздушных пробок и т. п.

Количественные характеристиками впитывания, или инфильтрации:

— интенсивность впитывания — количество воды в миллиметрах слоя, поглощенной почвой в единицу времени (мм/мин).

— суммарная величина впитывания — слой воды, поглощенной почвой за некоторый промежуток времени, выражается в мм.

Интенсивность впитывания зависит не только от водных свойств почво-грунтов, но в значительной степени определяется и их влажностью. Если почва сухая, она обладает большой инфильтрационной способностью и в первый период времени после начала дождя интенсивность впитывания близка к интенсивности дождя. С увеличением влажности почво-грунтов интенсивность инфильтрации постепенно уменьшается и при достижении полной влагоемкости в стадии фильтрации становится постоянной, равной коэффициенту фильтрации данного почво-грунта.

Впитывание воды происходит и в мерзлую почву во время снеготаяния, но такое состояние почвы существенно замедляет процесс инфильтрации и фильтрации. При этом интенсивность процесса зависит от начальной влажности перед замерзанием.

<< Назад
Вперёд >>

Основные проблемы использования и защиты подземных вод

В силу своего местонахождения подземные воды лучше защищены от внешних воздействий, чем поверхностные, однако имеются серьёзные симптомы неблагоприятного изменения режима подземных вод на больших площадях и в широком диапазоне глубин. К ним относятся: истощение и понижение уровня подземных вод из-за чрезмерного отбора; внедрение на побережье морских солёных вод; образование депрессионных воронок и другие.

Большую опасность представляет загрязнение подземных вод. Можно выделить два типа загрязнений – бактериальное и химическое. В определённых условиях в водоносные горизонты могут проникать сточные и техногенные промышленные воды, загрязнённые поверхностные воды и атмосферные осадки.

При создании водохранилищ в результате подпора происходит повышение уровня грунтовых вод. Положительным следствием такого изменения режима является увеличение их ресурсов в прибрежной зоне водохранилища; отрицательными – подтопление прибрежной зоны, что вызывает заболачивание территории, а так же засоление почв и грунтовых вод вследствие повышенного их испарения при неглубоком залегании.

Ввиду небольших паводковых явлений (или вообще их отсутствия) на зарегулированных реках паводочное питание подземных вод значительно уменьшено. Скорости течения на таких реках снижаются, что способствует заилению русла; поэтому взаимосвязь речных и подземных вод затруднена.

В определённых условиях отбор подземных вод может оказать существенное влияние на качество поверхностных вод. В первую очередь это относится к промышленной эксплуатации и сбросу минерализованных вод, сбросу шахтных и попутных нефтяных вод. Поэтому должно предусматриваться комплексное использование и регулирование ресурсов поверхностных и подземных вод. Примерами такого подхода могут служить использование подземных вод для орошения в маловодные годы, а так же искусственное восполнение запасов подземных вод и сооружение подземных водохранилищ.

К.х.н. О.В. Мосин

списоклитературы

1. Новиков Ю.В., Сайфутдинов М.М. Вода и жизнь на Земле. – М.: Наука, 1981. – 184 с.

2. Киссин И.Г. Вода под землёй. – М.: Наука, 1976. – 224 с.

3. Бондарев В.П. Геология. Курс лекций: Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования. – М.: Форум: Инфра М., 2002. – 224 с.

4. Горошков И.Ф. Гидрологические расчёты. – Л.: Гидрометеоиздат, 1979. – 432 с.

5. Черданцев В.А., Пивон Ю.И. Методические указания по дисциплине: «Гидрология». – Новосибирск: НГАЭиУ, 2004, 112 с.

6. Справочное руководство гидрогеолога. В 2 томах. Под ред. В.П. Якуцени. – Л.: Недра, 1967. – Т.1. – 592с.