Процесс происхождения подземных вод — какие теории существуют?

Охрана подземных водных объектов

Охрана подземных вод регулируется водным законодательством. Она подразумевает проведение мониторинга качества подземных вод, очистку стоков из промышленных и бытовых объектов, рациональное пользование водными ресурсами, осуществление государственного контроля.

Согласно водному кодексу, запрещается эксплуатировать следующие виды объектов:

  • промышленные, у которых отсутствуют сооружения для очистки сточных вод;
  • промышленные и другие хозяйственные сооружения, на которые не выделена санитарно-защитная зона;
  • объекты сельскохозяйственного водопользования, если на них не проводятся мероприятия по предотвращению негативного воздействия на водные ресурсы.

Для предотвращения быстрого истощения подземных вод обязательным является осуществление следующих мероприятий:

  • адекватное распределение мест изъятия воды из подземных горизонтов по территории водного бассейна;
  • определение суммарных запасов подземных вод в месторождении;
  • осуществление рационального режима водоотбора;
  • в случае с артезианскими водами необходимо установление кранов.

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.

Верховодка

Верховодка — подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения, временем существования и дебита. Верховодка, как правило, образуется на первом от поверхности земли водоупорном пласте или прослойках водоупорных отложений в водоносноной толще, имеет локальное распространение и сезонный характер существования. Верховодка существует в период достаточного увлажнения, а в засушливое время исчезает. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, развивается заболачивание. К верховодке также нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя, представленные почти связанной водой, где капельно-жидкая вода присутствует только в период избыточного увлажнения.

Воды верховодки обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Как правило, верховодка не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения этого типа вод: устраивают пруды, отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы, насаждения растительности или задерживающие снеготаяние.

Виды подземных вод

В зависимости от происхождения, подземные воды могут быть:

  • атмосферными;
  • реликтовыми;
  • ювенильными.

Атмосферная вода составляет большую часть от ее общей подземной массы на планете. Она образует и поверхностные, и подземные водные объекты.

Реликтовая (или погребённая) вода сосредоточена, главным образом, между частицами пород осадочного типа. Она существует с того времени, когда происходило образование данных пород на дне мирового океана. С её генезисом во многом связана и высокая минерализация. Однако её минеральный состав отличается от состава морской воды, что связано с поступлением дополнительных веществ из минералов, а так же выпадения в них солей из воды.

Ювенильная (магматическая) вода образуется при выходе магмы из недр Земли в процессе её остывания и кристаллизации. Такая жидкость содержит большое количество примесей различных металлов: медь, цинк, свинец, серебро. В процессе осаждения они образуют рудные залежи. Магматическое происхождение, в той или иной степени, может иметь вода, выходящая с горячими подземными источниками.

В случае с реликтовыми и ювенильными водами чётко выраженные границы подземных водных объектов обычно отсутствуют.

Структура подземных вод по химическому составу

Есть несколько классификаций, которую используют ученые. Самую распространенную оставим напоследок. В.И. Вернадский выделяет 4 категории:

  • пресные – до 1 г/л минералов;
  • солоноватые – концентрация солей не превышает 10 г/л;
  • соленые – до 50 г/л;
  • рассолы – более 50 г/л (или 36 г/л), именно так он называет Мировой океан.

Диспенсер магистральный настольный AquaPro 919H/RO (горячая и холодная вода)

Диспенсер магистральный настольный AquaPro 929CH/RO (охлаждение/нагрев)

Диспенсер напольный AquaPro 311 (пустой, без охлаждения)

А.М. Овчинников производит еще более подробное деление, выделяя в отдельную группу ультрапресные воды (до 0,2), с повышенной минерализацией (от 0,5 до 1) и несколько других переходных стадий. Но для большинства промышленных и гидрогеологических задач используют самую краткую классификацию.

Пресная жидкость

В ней содержание солей не превышает 1 грамма на литр чистой влаги. Обычно она добывается из верхних горизонтов. Верховодка почти всегда пригодна для питья после неглубокой механической фильтрации.

Слабоминерализованная

В ней примесей не более 35 г/л. Эта граница соответствует уровню солености Мирового океана

Пить ее можно с большой осторожностью и только при уверенности в химическом составе, поэтому – только после проверок

Минерализованная

Допускает концентрацию минералов до 50 г/л. Они при правильной дозировке и использовании могут оказывать положительное воздействие на здоровье человека.

История гидрогеологии

Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. В частности, свою лепту внесло сооружение копаных колодцев, строившихся в 2—3 тыс. до н. э. в Египте, Средней Азии, Китае и Индии и достигавших глубин в несколько десятков метров. Примерно в этот же период появилось лечение минеральными водами.

Первые представления о свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и круговороте воды на Земле были описаны в работах древнегреческих ученых Фалеса и Аристотеля, а также древнеримских Тита Лукреция Кара и Витрувия. Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением в Египте, Израиле, Греции и Римской империи. Возникло понятия о ненапорных, напорных и самоизливающихся водах. Последние получили в XII веке н. э. название артезианских — от названия провинции Артуа (древнее название — Артезия) во Франции.

В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М. В. Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.). До середины XIX века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии, после чего обособилось в отдельную дисциплину.

Эволюция и развитие

Земля сформировалась из огромного газопылевого облака под влиянием сил гравитации. Считается, что в этих частицах уже находились элементы, из которых в дальнейшем образовалась вода. Под влиянием термических процессов, происходивших в глубинах молодой планеты, вода, заключенная в твердых элементах, высвобождалась и постепенно перемещалась на поверхность. Таким образом сформировался первичный океан, который покрывал собой всю поверхность Земли. С течением времени геологическая активность земной коры привела к формированию первых вулканических островов, из которых впоследствии образовались континенты.

Первичный океан был довольно горячим, а значит он быстро испарялся, уходя в атмосферу. Вода, накапливаясь в облаках, вновь выпадала на землю, но она была уже пресной. Эти пресные воды — результат выпадения осадков — накапливались в углублениях первых континентов, а также в почве, образуя собой и другие источники (такие как реки, озера, подземные воды).

По мере стабилизации температурных условий, когда в определенных участках (например, в районах полюсов) наблюдалось значительное снижение температуры, вода в этих регионах стала оледеневать, в результате чего сформировались современные ледники.

Какой будет гидросфера в будущем

Деятельность человека оказывает непосредственное влияние на все процессы, происходящие на планете, в том числе и на гидросферу. Считается, что непомерное использование природных источников воды негативно сказывается на процессе ее круговорота. В результате этого гидросфера может стать в будущем крайне нестабильной. Например, в некоторых регионах будут возникать длительные засухи (даже если сейчас это не является характерным), другие же, напротив, будут страдать от чрезмерных осадков.

Имеет место и такое неблагоприятное явление? как опреснение соленых источников. В результате вливания пресных вод (в основном это происходит из-за обильного таяния ледников), меняются подводные течения, а это может сказаться на климатических условиях Земли, ее атмосферном состоянии, в частности, привести к новому ледниковому периоду.

Классификация подземных вод по залеганию и их динамика

Переходя к рассмотрению особенностей залегания и динамики подземных вод необходимо отметить, что горные породы существенно различаются по водопроницаемости. Водопроницаемость определяется пористостью (или трещиноватостью) пород (являющейся отношением объёма всех пор к объёму породы), размером пор или трещин, их связью между собой. Наибольшая водопроницаемость присуща крупнообломочным рыхлым породам (галечникам, гравию), а также сильно трещиноватым породам независимо от их происхождения. Слои горных пород, насыщенные гравитационной водой, образуют водоносные горизонты. В зависимости от характера пустот в водоносных горизонтах подземные воды делятся на следующие разновидности:

  • поровые – заполняющие пространство между частицами рыхлых пористых обломочных пород (песков, галечников);
  • трещинные – залегающие в трещинах массивных скальных пород (кристаллические породы, песчаники, массивные известняки);
  • карстовые (трещинно-карстовые) – залегающие в пустотах и полостях, образованных в результате растворения пород (присутствуют в растворимых породах – солях, гипсах, известняках, доломитах).

Водопроницаемость снижается по мере уменьшения размера частиц, уплотнения и цементации породы, уменьшения степени её трещиноватости. Практически водонепрницаемыми – водоупоными горизонтами – являются нетрещиноватые массивные породы и глины. Необходимо отметить, что пористость глин может достигать очень высоких значений (до 60% общего объёма породы), однако, ввиду тонкодисперсности породы, поры между слагающими её частицами имеют капиллярный характер и вода в них удерживается силами поверхностного натяжения, не фильтруясь через породу.

По условиям залегания, питания и движения среди подземных вод выделяются несколько разновидностей.

Наиболее близко к поверхности располагаются почвенные воды, образующиеся за счёт увлажнения почв атмосферными осадками и конденсации влаги из воздуха. Это воды висячие, не подстилаемые водоупорными горизонтами. Они имеют большое значение в питании растений и процессах выветривания содержащихся в почве минералов, но хозяйственного значения не имеют.

Ниже зоны почвенных вод располагается толща практически сухих пород, содержащих в небольших количествах плёночную воду. Если в этой толще имеются прослои или линзы водоупоров, то в периоды обильной инфильтрации (просачивания) атмосферных и поверхностных вод (периоды дождей, таяния снега, половодий и пр.) над ними происходит образование временных скоплений гравитационных вод. Мощность пород, насыщенных такими водами не превышает обычно 1 м. Эти временные водоносные горизонты называются верховодки.

Первый от поверхности Земли постоянно существующий в пределах рассматриваемой территории водоносный горизонт называется горизонтом грунтовых вод. Верхняя граница зоны постоянного насыщения пород грунтовыми водами носит название зеркала (или уровня) грунтовых вод. Питание грунтовых вод осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков, талых вод, вод поверхностных водоёмов. Мощность водоносного горизонта непостоянна и изменяется как по площади (в зависимости от рельефа), так и во времени (в зависимости от количества атмосферных осадков, режима водоёмов). Колебание уровня грунтовых вод во времени определяет наличие так называемой зоны периодического насыщения, находящейся непосредственно над зоной постоянного насыщения и являющейся водоносной в периоды повышения уровня грунтовых вод.

Водоносные горизонты, залегающие ниже горизонта грунтовых вод, разделяющиеся пластами водоупорных пород называются межпластовыми водами. Последние, в свою очередь, разделяются на межпластовые безнапорные и межпластовые напорные (или артезианские) воды.

Таким образом, по условиям залегания можно выделить две главные зоны распространения подземных вод – зону аэрации и зону насыщения. Зона аэрации – пространство от поверхности Земли до зеркала грунтовых вод, в котором происходит инфильтрация вод с поверхности. К водам зона аэрации относятся почвенные воды и верховодки. Зона насыщения – пространство ниже зеркала грунтовых вод, где находятся постоянно действующие водоносные горизонты. К водам зоны насыщения относятся грунтовые и межпластовые воды.

Видеоролик о залегании и особенностях состава подземных вод (“Водоканал”, г.Санкт-Петербург)

Мероприятия по охране подземных вод от загрязнения

На территории Российской Федерации защита подземных ресурсов регламентируется следующими основными законами:

  • Водный кодекс РФ;
  • ФЗ от 10 января 2002 года №7 «Об охране окружающей среды».

Стоит отметить, что мероприятия по очистке грунтовых вод являются дорогостоящими и сложновыполнимыми, поэтому большое значение уделяется профилактике загрязнений, разработке новейших технологий:

  • усилен контроль за наиболее уязвимыми участками;
  • забор проб воды производится в соответствии с утвержденным графиком;
  • внедрение современных безотходных и безводных технологий на производстве, что сокращает расход воды;
  • многоступенчатая очистка сточных вод;
  • закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты.

Основные источники загрязнения подземных вод

При загрязнении подземных вод страдают качество и химический состав воды, делая её непригодной к употреблению в хозяйственной жизни человека.

Источниками загрязнения могут служить:

  • сельскохозяйственное производство;
  • жилищно-коммунальное хозяйство;
  • нефтяная промышленность;
  • химическое и энергетическое производство;
  • несанкционированные мусорные полигоны;
  • хранение токсичных химических отходов.

Переработка отходов и мусора – основное направление экологии в борьбе за чистоту планеты

Читать

Утилизируем отходы, а получаем… энергоресурсы. Эффективные методы переработки мусора

Подробнее

Как собирают и сортируют бытовой мусор в мире и России

Смотреть

Перспектива экологической безопасности России – вторичное использование ТБО

Далее

Кроме того, размер загрязнения не ограничивается площадью промпредприятий, хранилищ отходов и т. д., а распространяется вниз по течению потока на расстояния до 20-30 км и более от источника загрязнения, что создает реальную угрозу для питьевого водоснабжения в этих районах.

Также стоки условно можно разделить на группы:

  • бытовые;
  • атмосферные;
  • полученные в результате промышленного производства.

Что делают с подземными водами: классификация по назначению

Как мы уже отмечали, назначение ресурса очень разнообразно. Но принято делить всю полученную влагу только на две категории. В основном это определяет ее чистоту, химический состав, а также санитарные нормативы, которые регламентируют ее использование.

Питьевая

Это пресные и слабоминерализованные источники, которые при правильной гидродобыче и водоподготовке можно использовать для питья. В ряде случаев вторичная фильтрация не требуется, достаточно только грубой очистки от частиц грунта.

Техническая

Ее разнообразие больше. Это может быть просто пресная жидкость, которая не нуждается в тщательной водоподготовке и подходит для решения технологических задач на производстве, например, охлаждение. Или может быть минерализованной, тогда цель ее использования – добыча микроэлементов. Также не забываем про высокотермальные источники, которые применяются в качестве топлива для обеспечения тепловой энергии на электростанции.

Заключение

Гидрогеология как междисциплинарное направление связана со многими науками. Она имеет существенное прикладное значение ввиду практической роли подземных вод. Более того, данная наука с древних времен развивалась преимущественно благодаря водопользованию. В дальнейшем прикладное значение гидрогеологии расширилось. Этим обусловлено распространение данной специальности в учебных заведениях и востребованность профессии на рынке труда в настоящее время. Так, гидрогеологи участвуют в проектировании инженерных сооружений и разработке месторождений, устройстве питьевого и хозяйственного водоснабжения, добыче ресурсов, получении энергии и т. д.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitter
Напишите комментарий