Сферы использования подземных вод

Как называются подземные воды по видам

Классификация, которую мы приведем ниже, зависит от глубины залегания ресурса. Кроме того, используют разделение на три класса, их называют горизонтами:

• Верхний. Гидродобыча проходит в пласте от 25 до 350 метров. Обычно это пресноводные ключи, которые идут на бытовые и промышленные нужды.
• Средний. По глубине это 60-600 м, но по качеству – высокое содержание минеральных примесей, солей.
• Нижний. Самый глубокий горизонт – от 400 до 3 тысяч метров. Обычно уровень минералов здесь зашкаливает.

Еще одна интересная классификация затрагивает в основном глубинные слои. Там жидкость может быть молодой, только что созданной, или реликтовой. Вторая не значит, что она испорченная. Содержащиеся в ней вещества могут ее отлично законсервировать.

А теперь переходим к видам вод, в зависимости от глубины залегания.

Почвенные

Это влага, которая находится в верхнем слое почвы. Ее также называют верховодка. Она буквально питает грунт. Ее частицы пребывают в подвешенном состоянии, то есть они не имеют твердую опору, поэтому у них нет течений. Особенно большое количество такой жидкости скапливается при весеннем таянии снега. Она является самой полезной, чистой, необходимой для сельскохозяйственных культур и для лесных растений.

Грунтовые

Они тоже находятся в верхнем слое земной коры, но на небольшом углублении. Они пополняются не источниками изнутри, а дождевыми осадками. Если их выпало избыточное количество, то местность часто подтапливается, что можно обнаружить по повышенной влажности в погребах. Если они выходят на поверхность, то мы говорим о том, что бьет ключ, течет ручей. Обычно они пригодны для питья. При избыточном количестве потоки скапливаются в одном месте, где они образуют водоем – болото или озеро, пруд естественного происхождения.

MBFT-75 Мембрана на 75GPD

SF-mix Clack до 0,8 м3/ч

SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч

Понятие межпластовых подземных вод

Они находятся также в верхнем водном горизонте, как почвенные и грунтовые, но по отношению к ним – намного глубже. Они имеют принципиальное отличие:

• Более статичное положение, поскольку они залегают между двумя неподвижными породами грунта – водоупорными ложей и кровлей.
• Относительная стабильность объемов и химического состава, так как они практически не зависят от метеоусловий.
• Повышенная чистота, благодаря тому, что загрязнения земляного пласта почти не проникают так глубоко.

Минеральные

Они считаются самыми глубоководными из питьевых. Концентрация минералов в них высокая и постоянная, поэтому их также называют целебными. Их ценность для здоровья приводит к тому, что повсеместно на бальнеологических курортах строятся бюветы, а также ресурс используется для водных процедур, компрессов, обертываний. Раствор минерализуется, проходя вблизи разных пород. Так происходит его обогащение сероводородом, углекислым газом, азотом, йодом, бромом, радоном и прочими веществами.

Артезианские

Глубина этих источников – от 100 м до 1000 м. Это лучший вариант для ежедневного питья и употребления при готовке. В связи с этим многие жители пригорода используют индивидуальные пункты гидродобычи, бурят скважины до залегания артезианских водных ресурсов. Необходимо отметить, что несмотря на их чистоту, любая скважинная добыча нуждается в фильтрации. Обратитесь в , чтобы установить подходящую систему водоочистки.

Особенность этого гидропласта – наличие внутреннего давления. Поэтому при бурении жидкость под напором вырывается наружу. Это, как и ее чистота, обусловлено залеганием между горными породами. Специалисты, гидрогеологи, определяют наличие на данной местности источника по особенным признакам – впадинам, флексурам, мульдам.

Характеристика грунтовых вод

Поверхность грунтовых вод является свободной, т.к. грунтовые воды обычно безнапорные. На отдельных участках, где все же имеется местное водонепроницаемое перекрытие, грунтовые воды приобретают местный напор. Области питания и распространения грунтовых вод совпадают. Вследствие этого условия формирования и режим грунтовых вод отличаются от более глубоких артезианских вод: грунтовые воды чувствительны ко всем атмосферным изменениям. В зависимости от количества выпадающих атмосферных осадков и глубины залегания грунтовых вод их поверхность испытывает сезонные и многолетние колебания. Величины сезонных и многолетних амплитуд колебаний уровней грунтовых вод могут достигать 20 и более метров, что необходимо учитывать при строительстве различного рода объектов. Вблизи рек и водоемов изменения уровня, расхода и химического состава грунтовых вод определяются характером гидравлической связи их с поверхностными водами и режимом последних. Величина стока грунтовых вод за многолетний период приблизительно равна количеству воды, поступившей путем инфильтрации.

Бактериальные заболевания

Неочищенная питьевая вода и фекальное загрязнение воды являются основной причиной диареи. Campylobacter jejuni причина поноса по всему миру. Лихорадка, боли в животе, тошнота, головная боль — основные симптомы поноса. Надлежащая гигиеническая практика и использование антибиотиков могут предотвратить это заболевание.

Холера вызвана загрязненной водой. Холерный вибрион ответствен за это заболевание. Эта бактерия вырабатывает токсины в желудочно-кишечном тракте. Симптомами этой болезни являются водянистый понос, тошнота, рвота, а водянистый понос приводит к обезвоживанию и почечной недостаточности. Для избавления от этого заболевания используется противомикробное лечение.

Шигеллёз — бактериальное заболевание, вызываемое бактериями Шигеллы. Она поражает желудочно-кишечный тракт человека и повреждает эпителий кишечника. Симптомами являются водянистый или кровавый понос, спазмы в животе, рвота и тошнота, и излечиться от них можно с помощью антибиотиков и хорошей гигиенической практики. Сальмонеллез поражает кишечный тракт.

Бактерии сальмонеллы обнаруживаются в зараженной воде, что приводит к воспалению кишечника и часто приводит к летальному исходу. При этом заболевании назначаются антибиотики.

Что такое подземные воды?

Подземными являются все воды в земной коре, которые располагаются ниже земной поверхности, причем не только в жидком, но и в твердом и газообразном состоянии. Все это считается частью водной оболочки Земли. Суммарные запасы пресных подземных вод – до трети всего Мирового океана. Так, в России обнаружено более 3300 месторождений, причем разработано и активно эксплуатируется только 50% из них.  Они используются как источники питьевой воды, для мелиорации, но также могут вызывать оползни, осадку грунта, затопление шахт. Поэтому эти месторождения не только разрабатываются, но и осушаются – в том случае, если представляют угрозу.

Разновидности подземных вод

Вода под землей с разной интенсивностью принимает участие в общем круговороте. Специалисты отмечают три зоны: верхнюю или свободного обмена, среднюю или замедленного водообмена, нижнюю, которая трудно поддается превращению. Виды подземных вод:

1. Свободная — находится в трещинах, полостях почв и горных пород. Их большая концентрация и потоки распространяют гидростатическое давление по закону сообщающихся сосудов.
2. Капиллярная — вода, которая перемещается по расщелинам и каналам под действием капиллярных сил. Она может быть: стыковой, подвешенной, поднятой. Поднятая вода расположена выше свободной и образует капиллярную зону, что приводит к засолению почв.
3. Пленочная — обладает очень тонкой пленкой, которой обволакивает минеральные частицы. Вода перемещается в те места, где пленка тоньше.
4. Гигроскопическая — покрывает частицы минералов более толстой пленкой, а перемещаться жидкость начинает, когда переходит в газообразную форму.
5. Лед — твердое состояние воды при низких температурах. Представляет собой кристаллические частицы, из которых образуются большие скопления.
6. Кристаллизационная — жидкость, молекулы которой входят в минералы, а при дегидратации удаляются или переходят в другое состояние.

Отложения, связанные с деятельностью подземных вод

Фильтрующиеся подземные воды приводят к изменению пород, слагающих водоносные горизонты. Палеоводоносные горизонты после отмирания представляют собой относительно маломощные пласты (метры – первые десятки метров), несущие отчётливые следы интенсивных преобразований под действием подземных вод. Наиболее характерны проявления палеоводоносных горизонтов в виде ожелезнёных, омарганцованных, окремнённых, сульфатных пород, осветлённых полос в красноцветных толщах, реже обогащённых баритом или целестином горизонтов, расположенных среди водоупорных толщ иного состава. Специфичные породы, свойственные палеоводоносным горизонтам – это кольматолиты (франц. colmatage, от итал. colmata наполнение, насыпь), образующиеся путём вмывания глинистых и коллоидных частиц в водопроницаемые породы (обычно кольматации подвергаются пески).

Большая группа отложений связана с отложением вещества, поступающего с инфильтрующимися (просачивающимися) в зоне поверхностного гипергенеза подземными водами. Продукты поверхностного замещения субстрата веществом, привнесённым извне, объединяют понятием иллювий. Сложенные иллювием геологические тела образуют инфильтрационные коры. Наиболее широко распространены карбонатные, кремнистые  и сульфатные (существенно гипосвые) коры. К группе инфильтрационных кор относятся также солонцы и солончаки.

Карбонатная кора (каличе, калькрет) предсталяет собой пласт карбонатных пород, образованных в ходе капиллярного поднятия и последующего испарения грунтовых вод. Такие образования характерны для аридных и субаридных районов, особенно для пустынных областей, подстилаемых карбонатными породами. Мощность таких образований обычно составляет десятки сантиметров – первые метры.

Кремнистая кора (силькрет) – пласт кремнистых (преимущественно халцедон-кварцевых) пород, образующихся в аридных условиях путём поступления к поверхности щелочных вод, богатых кремнезёмом. Мощностью силькрета достигает нескольких метров.

Сульфатная кора – пласт существенно глинистых обычно рыхлых пород, содержащих значительное количество комковатого гипса, а также известь и водорастворимые соли магния, натрия, калия. Образуется при испарении капиллярных вод, связанных с грунтовыми водами, насыщенными сульфатом кальция. Сульфатные коры мощностью до нескольких метров характерны для глинистых пустынь.

С выходами подземных вод на поверхность связно образование травертинов, обязанных своим происхождением осаждению карбоната кальция из воды углекислых источников. К выходам термальных вод с высокими концентрациями кремнезема приурочены гейзериты, состоящие из опала. Выносимые водами микроэлементы (бор, йод, мышьяк, литий, и др.) могут накапливаться в промышленных концентрациях, образуя месторождения.

Методы поиска источников

Подземные залежи существуют практически в любых районах, но только проблема добраться до них заключается в глубине залегания. Поиск месторождений проводится как примитивными подручными материалами, так и с применением современной техники.

Разведка залежей иногда осуществляется способом пробного бурения. Правда, такой способ несет большие финансовые затраты, поэтому он подходит при строительстве крупного водозабора для нескольких домов. Способ бурения делится на несколько методов:

• роторный;
• ударно-канатный;
• шнековый.

Чаще всего применяется шнековое бурение, а выбор способа зависит от сложности породы, финансовых возможностей и других факторов. При залежах источника не глубже 50 м используется шнек, который, вращаясь, выводит грунт наружу. Зачастую трубы для укрепления скважины не нужны, что гораздо ускоряет процесс и экономит средства. При поисках месторождений используются:

• ивовая рамка;
• лоза;
• проволока.

Процедуру необходимо проводить в строго определенное время: утром с 5:00 до 6:00 часов, днем с 14:00 до 15:00, вечером с 20:00 до 21:00. При поиске способ биолокации может выполнить не каждый человек, а только подготовленный и обученный. Но этот метод не всегда приносит хорошие результаты. Наиболее точными считаются специализированные способы обнаружения источников.

Один из них — применение электрического сопротивления. Обычно им пользуются при строительстве крупных водозаборов, а в его основе лежит зондирование почвенного покрова. Электрическое сопротивление жидкости и почвы различаются, поэтому по отличию показателей можно определить, где находится источник.

Правда, железная дорога, находящаяся недалеко, металлический забор или месторождение железной руды могут вызвать неточности в измерениях. Определить нахождение подземных залежей можно визуально и без оборудования. Присутствие некоторых растений на участке укажет на наличие подземных источников. К ним относятся:

• наперстянка;
• верба;
• лапчатка;
• болиголова.

Распределение воды в земной коре

Воды в земной коре расположены в двух плоскостях: первая или нижняя образована плотными магматическими и метаморфическими породами, и количество воды здесь ограничено. Во второй плоскости преобладают осадочные породы, и здесь содержится большой объем воды. Эту плоскость разделяют на несколько уровней:

• Верхний – пресные: питьевые, технические и хозяйственные;
• Средний – минеральные с солями, микроэлементами и биологически активными веществами;
• Нижний – высокоминерализированные рассолы, в которых растворено много хлоридов и сульфатов (соответственно, из них добывают бром, йод, поваренную соль).

Образуются подземные воды различными способами.

Инфильтрация

Это просачивание атмосферных осадков до водоупорного слоя (тем самым происходит насыщение пористых пород). Около 20% от общего количества осадков проникает в почву и достигает мест залегания грунтовых вод. Таким образом возникают горизонты подземных вод или водоносные слои. Это – основной способ образования, который тесно связан с круговоротом воды в природе.

Количество просачивающейся в грунт воды зависит от физических свойств (плотности) грунтов, рельефа местности, количества растительности (чем больше растений, тем лучше проходит процесс). Количество просочившейся воды будет больше при длительном моросящем дожде, а не при сильном ливне.

Ювенильные воды

Это воды, которые выделяются при дифференциации магматического очага. Они считаются первичными. В природе не существует таких подземных вод в «чистом» виде, так как все они смешиваются друг с другом.

Зональность грунтовых вод

Различия условий формирования грунтовых вод обусловливают зональность их географического распределения, которая тесно связана с зональностью климата, почвенного и растительного покрова. В лесных, лесостепных и степных районах распространены пресные (или слабоминерализованные) грунтовыt вод; в пределах сухих степей, полупустынь и пустынь на равнинах преобладают соленые грунтовые воды, среди которых пресные воды встречаются лишь на отдельных участках. Наиболее значительные запасы грунтовых вод сосредоточены в аллювиальных отложениях речных долин, в конусах выноса предгорных областей, а также в неглубоко залегающих массивах трещиноватых и закарстованных известняков (реже в трещиноватых изверженных породах).

Добыча подземных вод

Первым этапом в добыче подземных вод являются геологоразведочные работы, в ходе которых специалисты ведут поиск ПВ, принимают решения о значимости месторождения, подготавливают его для последующей добычи. Кроме того, подсчитываются запасы воды в недрах.

В РФ существует несколько законов, согласно которым подземные воды принадлежат государству. При этом есть специальные лицензии на добычу ПВ:

• лицензия на право пользования недрами для геологического изучения недр – дает право на поиск и оценку месторождения ПВ;
• лицензия на добычу ПВ – дает право выкачивать их из земных недр. Ее достаточно иметь, если объем добычи не превышает 100 м3 в сутки.

Лицензия не нужна, если вода используется для личных нужд (не для предпринимательской деятельности).

Проблемы, которые вызывают

Человеческий аспект

Вода является фундаментальным элементом для жизни. Разница в возможности получить доступ к количеству качественной воды отражается на продовольственной безопасности, энергетике, здоровье и окружающей среде..

Следовательно, растрата воды оказывает серьезное влияние на человека

Во-первых, что более важно, дефицит алкоголя приводит к смерти многих людей

Кроме того, этот недостаток означает, что многим приходится прибегать к использованию загрязненных отложений. Инфекционные заболевания, которые это влечет за собой, являются основной причиной смертности во всем мире. На самом деле, 80% заболеваний в развивающихся странах вызваны.

Экономический аспект

Трата воды и ее последующий дефицит также являются большой экономической проблемой. Как было отмечено, и сельское хозяйство, и промышленность нуждаются в больших количествах, чтобы иметь возможность функционировать продуктивно.

Данные показывают, что 90% видов экономической деятельности требуют использования этого элемента..

Экологический аспект

Эта проблема также очень серьезно влияет на окружающую среду. Водные формы являются одной из основ, на которых покоятся различные экосистемы, поэтому их отходы влияют на все природные территории..

Чтобы попытаться смягчить некоторые из этих проблем, была предпринята попытка создать сеть опреснительных установок, которые собирают воду из моря, чтобы сделать его пригодным для питья. Пока, однако, это дорогая и неустойчивая система.

История

Развитие знаний в данной сфере началось с древних времен в связи с водопользованием. Так, в период 2 — 3 тысячелетий до н. э. начали использовать колодцы в Средней Азии, Китае, Египте, Индии. В то же время стали применять минеральные воды в лечебных целях. Тогда же появились первые работы, посвященные грунтовым водам: их происхождению, свойствам, накоплению, круговороту. Их исследованию способствовало расширение работ по водоснабжению в Египте, Израиле, Риме, Греции. К тому же на основе этого появилась классификация вод по давлению, подразумевающая разделение их на ненапорные, самоизливающиеся, напорные. Таким образом, изначально развитие гидрогеологии было обусловлено в основном практическим использованием подземных вод.

В дальнейшем происходило расширение сферы исследования данной науки и детализация знаний. Этому способствовало развитие методов исследования других научных направлений в связи с техническим прогрессом к концу тысячелетия, которые были заимствованы в гидрогеологии.

Растения

Каждое, абсолютно каждое живое существо на нашей планете представляет собой своеобразный «водный пузырёк», который на 70% и больше состоит из воды, а сверху покрыт оболочкой. Поэтому, вполне очевидным является тот факт, что ничто живое не может обходиться без воды, в том числе и растительный мир.

Благодаря высокому уровню капиллярности, подземные воды смачивают поверхность земли, которая находится значительно выше уровня нахождения самой воды. Это происходит благодаря узким каналам, по которым она может подниматься. Кроме того, что почва насыщается водой, она также получает огромное количество питательных солей, которые обогащают почву. Благодаря подземным водам, обеспечивается нормальная жизнедеятельность флоры. Водный баланс поддерживается и возобновляется только лишь за счёт подземных вод.

Экономические и социальные последствия

Если для водоснабжения используются улучшенные или более доступные источники, на получение воды затрачивается меньше времени и усилий, которые люди могут использовать для выполнения других задач. В некоторых случаях это может повысить уровень физической
безопасности населения ввиду отсутствия необходимости совершать длительные и потенциально опасные походы за водой. Улучшение качества водоснабжения также позволяет снизить расходы на здравоохранение за счет снижения заболеваемости, сопутствующих медицинских
расходов и сокращения продолжительности нетрудоспособности по болезни.

Поскольку дети в особенной мере подвержены риску болезней, связанных с качеством потребляемой воды, доступ к улучшенным источникам водоснабжения способствует укреплению их здоровья, а значит и повышению посещаемости школ, что в целом положительно отражается
на их жизни в долгосрочной перспективе.

Химический состав подземных вод

Подземные воды представляют собой природные растворы, содержащие свыше 60 химических элементов, а также микроорганизмы. Сумма растворенных в воде веществ, исключая газы, определяет её минерализацию (выражаемую в г/л или мг/л).

По степени минерализации подземные воды подразделяют (по классификации В. И. Вернадского) на следующие группы:

• пресные – воды с минерализацией до 1 г/л,
• солоноватые – от 1 до 10 г/л,
• солёные – от 10 до 50 г/л,
• подземные рассолы – более 50 г/л (в ряде классификаций принято значение 36 г/л, соответствующее средней солёности вод Мирового океана).

В основу классификации подземных вод по химическому составу положено соотношение наиболее распространенных в и их составе анионов (HCO-, SO₄2-, Cl-) и катионов (Ca2+, Mg2+, Na+). При описании химических типов вод сначала указывается анионный состав, при этом анионы указываются в порядке убывания; затем в аналогичном порядке приводится состав катионов.

Минерализация и химический состав подземных вод зависит от сочетания ряда факторов: происхождения вод, взаимодействия подземных вод с вмещающими породами, условий водообмена. Рассмотрим влияние этих факторов.

Происхождение вод. Инфильтрационные воды, образующиеся за счет поступления с поверхности, обычно имеют низкую минерализацию, по составу преимущественно гидрокарбонатные кальциевые и магниевые, обогащённые кислородом. Конденсационные воды пресные. Седиментационные воды, образованные за счёт захоронения древних вод морского происхождения, обычно наследуют особенности состава последних – они хлоридные натриевые или хлоридные кальциево-натриевые; захороненные воды ледниковых отложений ультрапресные. Состав эндогенных вод (и вод, развитых в зоне влияния потоков эндогенных флюидов) обладает большим разнообразием. Содержащиеся в их составе летучие компоненты (CO₂, HCl, H₂S и др.) придают им высокую агрессивность, способствующую выщелачиванию вмещающих пород и формированию сложного химического состава вод (например, известная группа Кавказских минеральных вод – «Ессентуки», «Новотерская» и др., связанных с областью внедрения неогеновых магматических пород).

Взаимодействие с вмещающими породами. Воды, фильтруясь через толщи пород, растворяют их, обогащаясь рядом элементов. Так при растворении соленосных толщ сложенных галитом (NaCl) воды приобретают хлоридный натриевый состав; при фильтрации через известняки – гидрокарбонатный кальциевый и т.д.

Условия водообмена определяют интенсивность участия подземных вод в гидрологическом цикле. В зоне интенсивного водообмена, где интенсивно протекают процессы круговорота вод («разбавление» вновь поступающими пресными инфильтрационными водами, разгрузка водоносных горизонтов родниками, относительно недолгое время взаимодействия с вмещающими породами) воды чаще гидрокарбонатные, богатые кислородом и азотом (газами воздушного происхождения), с низкой минерализацией. Зоне замедленного водообмена свойственны солоноватые воды многокомпонентного состава. Зона весьма замедленного водообмена, соответствующая нижней части артезианских бассейнов, представлена преимущественно солёными водами и рассолами (с минерализацией до 600 г/л), содержащим углеводородные газы и сероводород. В бассейнах Восточно-Европейской платформы мощность зоны пресных подземных вод варьирует от 25 до 350 м, солёных вод — от 50 до 600 м, рассолов — от 400 до 3000 м. 

Образование

Подземные воды отличаются от поверхностных вод, которые встречаются в больших объектах гидросферы, таких как океаны, моря, озера, или реки. Как поверхностные, так и подземные воды связаны через гидрологический цикл (непрерывный круговорот воды в природе).

Большинство подземных вод образуются от осадков. Они проникают ниже поверхности земли в почву. Когда почвенная зона становится насыщенной, вода просачивается ниже. Зона насыщения находится там, где все пустоты заполнены водой. Существует также зона аэрации, где пространство частично занято водой и частично воздухом.

Подземные воды продолжают спускаться ниже, пока, на некоторой глубине, они не достигнут горной породы. Вода накапливается в порах и трещинах, и образует водоносный горизонт, также называемый аквифером. Процесс осаждения, благодаря которому увеличиваются объемы подземных вод, известен как подпитка. В общем, подпитка происходит только во время сезона дождей в тропическом климате или зимой в умеренном климате. Как правило, от 10 до 20% осадков попадают в водоносные горизонты.

Подземные воды постоянно движутся. По сравнению с поверхностными водами это происходит очень медленно. Фактическая скорость движения зависит от пропускной способности и объема водоносного горизонта. Естественный отток грунтовых вод происходит через источники и русла рек, когда давление грунтовых вод выше атмосферного давления вблизи поверхности земли. Внутреннюю циркуляцию нелегко определить, но вблизи уровня грунтовых вод среднее время круговорота воды может составлять год или меньше, тогда как в глубоких водоносных горизонтах этот процесс длится тысячи лет.