Nauka o podzemnim vodama, njihovom poreklu, uslovima nastanka, zakonima kretanja, fizičkim i hemijskim svojstva, veze sa atmosferskim i površinskim vodama nazivaju se hidrogeologija.

Za graditelje podzemne vode u nekim slučajevima služe kao izvor vodosnabdijevanja, au drugima djeluju kao faktor koji otežava izgradnju. Posebno je teško izvoditi iskopne i rudarske radove u uslovima dotoka podzemnih voda koje poplave jame, kamenolome, rovove, podzemne rudarske radove: rudnike, otvore, tunele, galerije itd. Podzemne vode pogoršavaju mehanička svojstva rastresitih i glinovitih stijena, mogu djelovati kao agresivno okruženje u odnosu na građevinske materijale, uzrokovati otapanje mnogih pora stijena (gips, krečnjak, itd.) sa stvaranjem šupljina itd.

Graditelji moraju proučavati podzemne vode i koristiti ih u proizvodne svrhe, te biti u stanju da se odupru njihovom negativnom utjecaju tokom izgradnje i eksploatacije objekata.

Vodena svojstva stijena

Stene u odnosu na vodu karakterišu sledeći pokazatelji: kapacitet vlage, vodonosnost i vodopropusnost. Pokazatelji ovih svojstava koriste se u raznim hidrogeološkim proračunima.

Kapacitet vlage - sposobnost stijene da zadrži i zadrži vodu. U slučaju kada su sve pore ispunjene vodom, stijena će biti u stanju potpune zasićenosti. Vlažnost koja odgovara ovom stanju naziva se ukupni kapacitet vlage W n. B:

wfi.b = L/Rec,

Gdje P - poroznost; rsk je gustina stenskog skeleta.

Najviša vrijednost W a B se poklapa sa vrijednošću poroznosti stijene. Prema stepenu sposobnosti zadržavanja vlage, stijene se dijele na veoma intenzivan za vlagu(treset, ilovača, glina), otporan na nisku vlagu(lapor, kreda, rastresiti pješčari, sitni pijesci, les) i ne intenzivan vlagu, ne zadržavaju vodu (šljunak, šljunak, pijesak).

Prinos vodeW e - sposobnost stijena zasićenih vodom da oslobađaju gravitacijsku vodu u obliku slobodnog toka. U ovom slučaju se vjeruje da fizički vezana voda ne izlazi iz pora stijene, pa prihvataju W z = W n .„ - W MMB .

Količina gubitka vode može se izraziti kao postotak zapremine vode koja slobodno teče iz stijene prema zapremini stijene ili količini vode koja istječe iz 1 m 3 stijene (specifični prinos vode). Krupnozrnate stijene, kao i pijesak i pjeskovita ilovača, u kojima je vrijednost W B kreće se od 25 do 43%. Pod uticajem gravitacije, ove stene su sposobne da otpuste skoro sav jod prisutan u njihovim porama. U glinama gubitak vode je blizu nule.

Vodopropusnost - sposobnost stijena da propuštaju gravitacijsku vodu kroz pore (labave stijene) i pukotine (guste stijene). Što je veća veličina pora ili što su veće pukotine, to je veća vodopropusnost stijena. Nije svaka stijena koja je inherentno porozna sposobna propustiti vodu, na primjer, glinu: sa poroznošću od 50-60% ona praktički ne dopušta vodi da prođe.

Vodopropusnost stijena (ili njihova filtracijska svojstva) karakterizira koeficijent filtracijek$ (cm/s, m/h ili m/dan), što je brzina kretanja podzemne vode sa hidrauličkim gradijentom jednakim 1.

Po veličini kf stene se dele u tri grupe: 1) vodopropusne - &f > 1 m/dan (šljunak, šljunak, pesak, pukotine); 2) polupropusni - k li > = 1...0,001 m/dan (glinoviti pijesci, les, treset, rastresiti peščari, rjeđe porozni krečnjaci, laporci); 3) neprobojna - & f< 0,001 м/сут (мас­сивные породы, глины). Непроницаемые породы принято назы­вать aquicludes, i polupropusni i vodopropusni - po jednom pojmu vodopropusni, odn vodonosnici, horizonti

§ 3. Hemijski sastav podzemnih voda.

Voda kao agresivno prirodno okruženje za građevinske objekte

Sve podzemne vode sadrže određenu količinu soli, plinova i organskih spojeva u otopljenom stanju.

Gasovi rastvoreni u vodi (O, CO 2, CH4, H2S i dr.) određuju stepen pogodnosti vode za piće i tehničke svrhe. Količina rastvorenih soli ne bi trebalo da prelazi 1 g/l. Nije dozvoljen sadržaj hemijskih elemenata štetnih po ljudsko zdravlje (uranijum, arsen itd.) i patogenih bakterija.

Hloridi, sulfati i karbonati su najčešći u podzemnim vodama. Podzemne vode se dijele na svježe(do 1 g/l otopljene soli), bočati(od 1 do 10 g/l), slano(10-35 g/l) i kiseli krastavci(više od 35 g/l). Količina i sastav soli određuju se hemijskom analizom u miligramima po litru (mg/l) ili milimolima po litru (mmol/l).

Prisustvo soli daje vodi svojstva kao što su tvrdoća i agresivnost.

Krutost podzemne vode određuju se količinom iona Ca 2+ i Mg 2+ otopljenih u vodi i izražavaju se u milimolima po litru. Razlikovati

1. opšta tvrdoća uzrokovano sadržajem svih soli kalcija i magnezija u vodi: Ca(HCO 3) 2; Mg(HCO 3) 2, CaSO4, MgSO 4, CaCl 2, MgCI 2;

2. karbonat, ili privremeni, zbog sadržaja kalcijum i magnezijum bikarbonata, uklonjenih ključanjem (talog u obliku karbonata);

3. nekarbonatna ili trajna koji ostaju u vodi nakon uklanjanja bikarbonata. Na osnovu ukupne tvrdoće prirodne vode se dijele u 5 grupa:

Ocjena vode Tvrdoća, mmol/l

Veoma mekan do 1,5

Soft 1,5-3,0

Umjereno mekano 3-6

Teško 6-9

Veoma teško iznad 9

Tvrda voda stvara kamenac u kotlovima, u njima se teško stvara sapun itd.

Agresivnost podzemne vode se izražavaju u destruktivnom dejstvu soli rastvorenih u vodi na građevinske materijale, posebno na portland cement. U postojećim standardima koji procjenjuju stepen agresivnosti vode u odnosu na beton, pored hemijskog sastava vode uzima se u obzir i koeficijent filtracije stijena.

1. Agresivnost po sadržaju alkalnosti bikarbonata(agresivnost ispiranja) određena je vrijednošću karbonatne tvrdoće. Podzemna voda je agresivna prema betonu pri karbonatnoj tvrdoći od 4-2,14 mmol/l (u zavisnosti od vrste cementa u betonu), a pri većim vrijednostima voda postaje neagresivna.

2. Agresija prema vodikovom indeksu(opća agresivnost kiseline) procjenjuje se pH vrijednošću. U formacijama sa visokom vodopropusnošću agresivan je pri pH = 6,7-7,0, au formacijama niske propusnosti - pri pH = 5

3. Agresija sadržajem slobodnog ugljičnog dioksida(CO 2) (agresivnost ugljika) određuje se sadržajem ugljičnog dioksida.Postoji slobodni, vezani i agresivni ugljični dioksid.

Agressative Ugljični dioksid se određuje eksperimentalno i proračunski, voda se smatra agresivnom kada je sadržaj ugljičnog dioksida >15 mmol/l u visokopropusnim tlima i >55 mmol/l za slabo propusna tla.

4. Agresivnost po sadržaju magnezijumovih soli određena sadržajem jona Mg 2+. U loše filtriranim tlima voda je agresivna sa sadržajem magnezijuma od >2000 mg/l, au ostalim zemljištima > 1000 mg/l.

5. Agresija sadržajem kaustične alkalije procjenjuje se brojem K+ i Na+ jona. Voda je agresivna za beton kada je sadržaj ovih jona >80 g/l u visokopropusnim i >50 g/l u slabo propusnim tla.

6. Sulfatna agresivnost. Ova vrsta agresivnosti određena je sadržajem jona SO 4 2-. U visokopropusnim zemljištima zavisi od sadržaja C1 - jona. Kada je sadržaj sulfatnih jona manji od 250-300 mg/l u svim zemljištima, voda je neagresivna, u svim ostalim slučajevima agresivna je čak i prema specijalnim cementima.

Agresivnost u sadržaju hlorida, sulfata, nitrata i drugih soli i kaustičnih alkalija obično se povezuje sa veštačkim izvorima zagađenja podzemnih voda sa ukupnim sadržajem (agresivni joni >10 g/l.

Agresivnost podzemnih voda utvrđuje se upoređivanjem podataka iz hemijskih analiza vode sa zahtjevima SNiP 2.02.11-85. Za borbu protiv njega koriste se posebni cementi, provodi se hidroizolacija podzemnih dijelova zgrada i objekata, snižava se nivo podzemne vode postavljanjem drenaže itd.

4. Klasifikacija i karakteristike tipova podzemne vode

Podzemne vode su klasificirane prema hy dravlic sign- bez pritiska i pritiska, i uslovimapojava u zemljinoj kori - kopnene vode, podzemne vode, interstratalne vode (sl. 50). Pored ovih glavnih tipova, postoji niz podzemnih voda, kao što su pukotine, kraške, mineralne itd.

Verkhovodka.Verkhovodka su privremene akumulacije vode u zoni aeracije, koje se nalaze iznad horizonta podzemnih voda, gdje dio pora tla zauzima zrak. Verkhovodka se formira preko malih vodonosnika kao što su sočiva od gline i ilovače u pesku, preko slojeva gušćih stena itd. (Sl. 50), tokom infiltracije vode tokom perioda obilnog topljenja snega i kiše. Ostatak vremena voda koja se nalazi na mjestu isparava i prodire u podzemne vode.

Općenito, vodene vode karakteriziraju: privremena, često sezonska priroda, mala površina distribucije, mala snaga i nedostatak pritiska. Ležeći u podzemnim dijelovima zgrada i objekata (podrumi, kotlarnice i sl.), može izazvati poplave ako nisu unaprijed predviđene mjere odvodnje ili hidroizolacije.

Prilikom inženjersko-geoloških istraživanja koja se sprovode u sušnoj sezoni, voda se ne otkriva uvijek. Stoga njegov izgled može biti neočekivan za graditelje.

Podzemne vode.Nepopločano nazivaju se stalnim u vremenu i značajnim po području distribucije horizonata podzemnih voda koji leže na prvom vodotoku od površine.

1. Podzemne vode slobodno teče, imaju slobodnu površinu tzv ogledalo(ili nivo). Položaj ogledala u određenoj mjeri odgovara topografiji područja. Dubina nivoa sa površine varira - od 1 do 50 m ili više. Vodonosni sloj na kojem leži vodonosnik naziva se vodootporni krevet, i udaljenost od njega do

nivo podzemne vode - moć vodonosnik (Sl. 51).

2. Ishrana podzemne vode nastaju zbog padavina,

akumulacije i rijeke. Područje hrane utakmice sa područjem distribucije podzemnih voda. Podzemne vode su otvorene za

kontaminacija raznim štetnim nečistoćama.

3. Podzemne vode formiraju tokove koji su usmjereni prema padini akvitarda (Sl. 51).

4. Količina, kvalitet i dubina podzemnih voda zavise

geologija područja i klimatski faktori.

U građevinskoj praksi se najčešće susreće

podzemne vode. One stvaraju velike poteškoće u proizvodnji

građevinski radovi (nasipanje jama, rovova i sl.) i ometanje

normalno upravljaju zgradama i strukturama.

Interstratalne vode nazivaju vodonosnici koji se nalaze između akvitarda. Mogu biti bez pritiska i pritiska, koji se inače naziva arteškim.

Međusloj bez pritiska vode su relativno rijetke,

vodonosnici su samo djelimično ispunjeni vodom (Sl. 51).

Pritisak(arteške) vode su povezane sa pojavom akvifera

slojevi nagnuti prema horizontu ili u obliku zavoja (nabora) (Sl. 50

i 52). Područje distribucije ograničenih vodonosnika naziva se arteški bazen.

Odvojeni dijelovi vodonosnika leže na različitim nadmorskim visinama

marks. To stvara pritisak podzemne vode. Power area like

u pravilu se ne poklapa sa područjem distribucije međustratnih voda.

Pritisak vode karakteriše piezometrijski nivo. On može

biti iznad površine zemlje ili biti ispod nje. U prvom slučaju, odlazak

kroz bušotine izbija voda, u drugom se diže

samo do piezometrijskog nivoa.

Mnogi arteški bazeni, na primjer Don-Donetska depresija, zauzimaju ogromna područja, sadrže niz vodonosnih slojeva i važan su izvor pitke vode.

Tema: Hidrogeologija kao nauka. Voda u prirodi.

1. Hidrogeologija. Faze razvoja hidrogeologije.

Prisjetimo se definicije nauke o hidrogeologiji. Hidrogeologija- nauka o podzemnim vodama, proučavanje njenog porekla, uslova nastanka i rasprostranjenja, zakona kretanja, interakcije sa vodonosnim stenama, formiranja hemijskog sastava itd.

Razmotrimo ukratko istoriju razvoja ove nauke.

1.1 Faze razvoja hidrogeologije

U istoriji proučavanja podzemnih voda u SSSR-u postoje 2 perioda:

1) predrevolucionarni;

2) postrevolucionarni.

U predrevolucionarnom periodu mogu se razlikovati tri faze u proučavanju podzemnih voda:

1. akumulacija iskustva u korišćenju podzemnih voda (X - XVII st.)

2. prvi naučni generalizovani podaci o podzemnim vodama (XVII - sredina XIX veka)

3. formiranje hidrogeologije kao nauke (druga polovina 19. i početak 20. veka)

Godine 1914. na Inžinjerskom fakultetu Moskovskog poljoprivrednog instituta (danas Moskovski institut za navodnjavanje) organiziran je prvi odjel hidrogeologije u Rusiji.

Postrevolucionarni period se može podijeliti u 2 faze:

1. predratni (1917-1941)

2. poslijeratni

Za obuku hidrogeoloških inženjera, 1920. godine osnovana je hidrogeološka specijalnost na Moskovskoj rudarskoj akademiji: nešto kasnije uvedena je i na drugim institutima i univerzitetima. Na institutima su predavali najistaknutiji hidrogeolozi F.P. Savarensky, N.F. Pogrebov, A.N. Semihatov, B.C. Ilyin et al.

Do početka prvog petogodišnjeg plana (1928), kao i tokom narednih petogodišnjih planova, hidrogeološka istraživanja su obavljena u Donbasu, Istočnom Zakavkazju, Centralnoj Aziji, Severnoj Ukrajini, Kazahstanu, Turkmenistanu i mnogim drugim regionima zemlja.

Veliki značaj za dalji razvoj hidrogeologije imao je Prvi svesavezni hidrogeološki kongres, održan 1931. godine. u Lenjingradu.

Tridesetih godina 20. stoljeća prvi put su izrađene zbirne karte (hidrogeološke, mineralne vode, hidrogeološko zoniranje), koje su imale veliki značaj za planiranje daljnjih hidrogeoloških istraživanja. Istovremeno, pod uredništvom N.I. Tolstikhina, počeli su objavljivati ​​svesci "Hidrogeologija SSSR-a". Prije Velikog domovinskog rata objavljeno je 12 brojeva ovog višetomnog djela.

Poslijeratnu fazu karakterizira nakupljanje materijala u dubokim vodama.

Za dublju naučnu analizu i široku regionalnu generalizaciju materijala o podzemnim vodama, odlučeno je da se pripremi za objavljivanje 45 svezaka „Hidrogeologije SSSR-a“, a pored toga, sastavi 5 konsolidovanih svezaka.

2. Voda u prirodi. Kruženje vode u prirodi.

Na planeti, voda se nalazi u atmosferi, na površini zemlje i u zemljinoj kori. U atmosferi voda se nalazi u njenom donjem sloju - troposferi - u različitim stanjima:

1. para;

2. kapljica tečnosti;

3. teško.

Površno voda je u tečnom i čvrstom stanju. U zemljinoj kori Voda se nalazi u pari, tečnosti, čvrstom stanju, a takođe iu obliku higroskopne i filmske vode. Zajedno, površinske i podzemne vode čine vodenu školjku - hidrosfera.

Podzemna hidrosfera je odozgo ograničena površinom zemlje, njena donja granica nije pouzdano proučena.

Postoje veliki, unutrašnji i mali krugovi. Tokom velikog ciklusa, vlaga isparava sa površine okeana, prenosi se u obliku vodene pare vazdušnim strujama na kopno, pada ovde na površinu u obliku padavina, a zatim se vraća u mora i okeane površinskim putem i podzemno oticanje.

Uz malu cirkulaciju, vlaga isparava sa površina okeana i mora. Ovdje također pada u obliku padavina.

Okarakterisan je proces ciklusa u prirodi u kvantitativnom smislu bilans vode, jednadžba čiji udio zatvorenog riječnog sliva ima oblik za dugoročni period:

X = y+Z-W (prema Velikanovu),

gdje je x količina padavina po slivu, mm

y - protok rijeke, mm

Z - isparavanje minus kondenzacija, mm

W je prosječno dugotrajno punjenje dubokih akvifera zbog padavina ili oticanja podzemnih voda na površinu unutar riječnog sliva.

Unutrašnju cirkulaciju obezbjeđuje onaj dio vode koji isparava unutar kontinenata - sa vodene površine rijeka i jezera, sa kopna i vegetacije, i tamo pada u obliku padavina.

3. Vrste vode u mineralima i stijenama.

Jednu od najranijih klasifikacija tipova vode u rasnim stijenama predložio je 1936. godine A.F. Lebedev. U narednim godinama predložen je niz drugih klasifikacija. Na osnovu Lebedeve klasifikacije, većina naučnika razlikuje sljedeće vrste vode:

1. Parna voda

Nalazi se u obliku vodene pare u vazduhu, prisutna u porama i pukotinama stena i u tlu, kreće se zajedno sa vazdušnim strujama. Pod određenim uslovima može se kondenzacijom pretvoriti u tečni oblik.

Parna voda je jedina vrsta koja se može kretati u porama s malo vlage.

2. Vezana voda

Prisutan uglavnom u glinovitim stijenama, drži se na površini čestica silama koje znatno premašuju silu gravitacije.

Pravi se razlika između čvrsto vezane i slabo vezane vode.

A) snažno vezanu vodu(hidroskopski) je u obliku molekula u apsorbiranom stanju, koji se na površini čestica drže molekularnim i elektrostatičkim silama. Ima veliku gustoću, viskoznost i elastičnost, karakterističan je za fino raspršene stijene, nije sposoban otapati soli i nije dostupan biljkama.

b) labavo pletene(film) se nalazi iznad čvrsto vezane vode, drži se molekularnim silama, pokretljiviji je, gustina je bliska gustini slobodne vode, sposoban je da se kreće od čestica do čestica pod uticajem sila sorpcije, sposobnost rastvaranja soli se smanjuje.

3. Kapilarna voda

Nalazi se u kapilarnim porama stijena, gdje se drži i pomiče pod utjecajem kapilarnih (meniskusnih) sila koje djeluju na granici vode i zraka koji se nalaze u porama. Podijeljen je u 3 vrste:

A) stvarna kapilarna voda nalazi se u porama u vidu vlage iz kapilarne poplavne ravnice iznad nivoa podzemne vode. Debljina kapilarne poplavne ravnice zavisi od granulometrijskog sastava. Ona varira od nule u šljunku do 4-5 m u glinovitim stijenama. Sama kapilarna voda je dostupna biljkama.

b) suspendovana kapilarna voda nalazi se pretežno u gornjem horizontu stijene ili u tlu i nije u direktnoj vezi sa nivoom podzemne vode. Kada se sadržaj vlage u stijeni poveća iznad minimalnog kapaciteta vlage, voda teče u donje slojeve. Ova voda je dostupna biljkama.

V) voda u uglu pora se drži kapilarnim silama u porama pijeska i glinenih stijena na mjestima dodira njihovih čestica. Biljke ne koriste ovu vodu; kada se vlažnost poveća, može se pretvoriti u suspendiranu vodu ili u samu kapilarnu vodu.

4. Gravitaciona voda

Pokorava se gravitaciji. Kretanje vode nastaje pod uticajem ove sile i prenosi hidrostatički pritisak. Podijeljen je u 2 tipa:

A) curenje- slobodna gravitaciona voda u stanju kretanja naniže u obliku odvojenih tokova u zoni aeracije. Kretanje vode nastaje pod uticajem gravitacije.

b) vlaga vodonosnika, koji zasićuje vodonosnike u PV. Vlaga se zadržava zahvaljujući vodonepropusnosti vodootpornog sloja (daljnji razgovor se odnosi na temu „Gravitacijska voda“).

5. Voda kristalizacije

On je dio kristalne rešetke minerala, kao što je gips (CaS0 4 2H 2 O), i zadržava svoj molekularni oblik.

6. Čvrsta voda u obliku leda

Pored navedenih šest vrsta, postoje hemijski vezana voda, koji učestvuje u strukturi kristalne rešetke minerala u obliku H+, OH jona“, odnosno ne zadržava svoj molekularni oblik.

4. Koncept poroznosti i poroznosti.

Jedan od najvažnijih hidrogeoloških pokazatelja stijena je njihova poroznost. U peščanim stenama ima pare poroznost, a kod jakih - napukla.

Podzemne vode ispunjavaju pore i pukotine u stijenama. Zapremina svih praznina u stijeni naziva se krug duznosti. Naravno, što je veća poroznost, to stijena može zadržati više vode.

Veličina šupljina je od velike važnosti za kretanje podzemnih voda u stijenama. U malim porama i pukotinama, površina kontakta vode sa zidovima šupljina je veća. Ovi zidovi pružaju značajan otpor kretanju vode, pa je njeno kretanje u sitnom pijesku, čak i uz značajan pritisak, otežano.

Razlikuje se poroznost stijena: kapilarni(poroznost) i ne-kapilarni.

Za kapilarni radni ciklus uključuju male šupljine gdje se voda kreće uglavnom pod utjecajem površinske napetosti i električnih sila.

Nekapilarni radni ciklus uključuju velike šupljine lišene kapilarnih svojstava, u kojima se voda kreće samo pod utjecajem gravitacije i razlike tlaka.

Male šupljine u stijenama nazivaju se poroznost.

Postoje 3 vrste poroznosti:

2. otvoren

3. dinamičan

Totalna poroznost je kvantitativno određen omjerom volumena svih malih šupljina (uključujući one koje ne komuniciraju jedna s drugom) prema cjelokupnom volumenu uzorka. Izraženo u dijelovima jedinice ili u postocima.

Or

gdje je V n zapremina pora u uzorku stijene

V – zapremina uzorka

Ukupna poroznost karakterizira koeficijent poroznosti e.

Koeficijent poroznosti e izražava se omjerom volumena svih pora u stijeni prema zapremini čvrstog dijela stijene (skeleta) V c, izražen u dijelovima jedinice.

Ovaj koeficijent se široko koristi posebno u istraživanjima

glinena tla. To je zbog činjenice da glinena tla bubre kada su navlažena. Stoga je poželjno izraziti poroznost gline kroz e.

Omjer poroznosti se može izraziti na sljedeći način

, dijeleći brojilac i imenilac sa V c dobijamo

Vrijednost ukupne poroznosti je uvijek manja od 1 (100%), a vrijednost e može biti jednak 1 ili veći od 1. Za plastične gline e kreće se od 0,4 do 16.

Poroznost zavisi od prirode sastava čestica (zrna).

Nekapilarna poroznost uključuje velike pore u grubim klastičnim stijenama, pukotinama, kanalima, pećinama i drugim velikim šupljinama. Pukotine i pore mogu komunicirati jedna s drugom ili biti pokidane.

Otvorena poroznost karakterizira omjer volumena međusobno povezanih otvorenih pora prema cjelokupnom volumenu uzorka.

Za granularne, nekonsolidovane stijene, vrijednost otvorene poroznosti je blizu ukupne vrijednosti.

Dinamička poroznost izražava se kao omjer ukupne zapremine uzorka samo onog dijela volumena pora kroz koji se tekućina (voda) može kretati.

Istraživanja su pokazala da se voda ne kreće kroz cijeli volumen otvorenih pora. Dio otvorenih pora (posebno na spoju čestica) često je okupiran tankim filmom vode, koji se čvrsto drži kapilarnim i molekularnim silama i ne sudjeluje u kretanju.

Dinamička poroznost, za razliku od otvorene poroznosti, ne uzima u obzir volumen pora koje zauzima kapilarno vezana voda. Tipično, dinamička poroznost je manja od otvorene poroznosti.

Dakle, temeljna razlika između okarakteriziranih tipova poroznosti (kvantitativno) leži u činjenici da je u cementiranim stijenama ukupna poroznost otvorenija, a otvorena poroznost dinamičnija.

Kontrolna pitanja:

1. Šta proučava nauka o hidrogeologiji?

2. Kako kruženje vode funkcionira u prirodi?

3. Navedite vrste vode koje se nalaze u mineralima i stijenama.

4. Šta je poroznost? Koje su njegove vrste? Kako se određuje poroznost?

5. Šta mislim pod radnim ciklusom? Imenujte i opišite njegove vrste.

Hidrogeologija je nauka o podzemnim vodama. Podzemne vode su one koje se nalaze ispod površine zemlje, ograničene na različite stijene i ispunjavaju pore, pukotine i kraške šupljine. Hidrogeologija proučava nastanak i razvoj podzemnih voda, uslove njihovog nastanka i distribucije, zakonitosti kretanja, procese interakcije podzemnih voda sa stenama domaćinima, fizička i hemijska svojstva podzemnih voda, njihov gasni sastav; bavi se proučavanjem praktičnog korišćenja podzemnih voda za vodosnabdevanje za piće i domaćinstvo, kao i izradom mera za suzbijanje podzemnih voda prilikom izgradnje i eksploatacije različitih objekata, rudarstva i dr.

Podzemne vode su u složenom odnosu sa stenama koje čine zemljinu koru, čije je proučavanje predmet geologije; dakle, geologija i hidrogeologija su neraskidivo povezane, o čemu svjedoči i sam naziv nauke o kojoj je riječ.

Hidrogeologija pokriva značajan dijapazon tema koje proučavaju druge nauke i usko je povezana sa meteorologijom, klimatologijom, hidrologijom, geomorfologijom, naukom o tlu, litologijom, tektonikom, geohemijom, hemijom, fizikom, hidraulikom, hidrodinamikom, hidrotehnikom, rudarstvom itd.

Značaj podzemnih voda u geološkim procesima je izuzetno velik. Pod uticajem podzemnih voda menja se sastav i struktura stena (fizičko i hemijsko trošenje), dolazi do razaranja padina (klizišta) itd.

Hidrogeologija je kompleksna nauka i podeljena je na sledeće samostalne oblasti:

1. “Opšta hidrogeologija” - proučava kruženje vode u prirodi, porijeklo podzemnih voda, fizička svojstva i hemijski sastav vode kao složenih dinamičkih prirodnih sistema i njihovu klasifikaciju.

2. “Dinamika podzemnih voda” - proučava obrasce kretanja podzemnih voda, koji omogućavaju rješavanje pitanja vodosnabdijevanja, navodnjavanja, odvodnje, prilikom određivanja dotoka vode u rudnike i mnoga druga.

3. “Regionalna hidrogeologija” - proučava obrasce distribucije podzemnih voda na teritoriji i, shodno tome, generalnost hidrogeoloških uslova određenih teritorija, proizvodi zoniranje ovih potonjih.

4. “Hidrogeohemija” - proučava formiranje hemijskog sastava podzemnih voda.

5. “Mineralne vode” - proučava obrasce nastanka i formiranja ljekovitih voda i voda od industrijskog značaja (za vađenje soli, joda, broma i drugih supstanci iz njih), distribuciju ovih voda i najbolje načine za njihovu eksploataciju.

Predavanje 1. Hidrosfera

Plan:

Hidrosfera i ciklus vode u prirodi

Vrste vode u stijenama

Svojstva stijena u odnosu na vodu

Koncept zone aeracije i zasićenja

I. Hidrosfera i ciklus vode u prirodi.Voda na planeti je u stalnom ciklusu. Postoje veliki i mali vrtlozi. Proces prirodnog ciklusa u kvantitativnom smislu karakteriše vodni bilans (Sl. 1). čiji nivo prema B.I. Kudelin izražava

x=y+z±w

x – padavine, mm

y – riječni otjecanje, mm

z – isparavanje, mm

w – prosječno dugotrajno punjenje dubokih horizonata, mm

Dio atmosferskih padavina koji prodiru u stijene dospijeva na površinu vodonosnika i odlazi da ih hrani. Površinski i podzemni tok zajedno čine ukupni riječni tok. Podzemno otjecanje i ukupno isparavanje čine vlaženje bruto teritorije, jednako razlici između padavina i površinskog oticanja. Od 5-7 do 15-20% padavina se koristi za hranu na teritoriji Republike Bjelorusije. Podzemna ishrana (infiltracija) zavisi od klimatskih uslova teritorije, sloja zemljišta i vegetacije, geomorfoloških i geoloških faktora.

II. Vrste vode u stijenama.Razlikuju se sljedeće vrste vode u stijenama: parna, higroskopna, filmska, gravitacijska, kristalizacijska, kemijski vezana.

Rice. 1. Dijagram ravnoteže vode

Parna – nalazi se u obliku vodene pare u vazduhu, prisutna u porama i pukotinama planinskih gradova. Kada se ohladi kondenzacijom pretvara se u tečnu vodu.

Higroskopna(jako vezana) voda se drži na površini čestica molekularnim i elektrostatičkim silama. Ne prenosi hidrostatički pritisak, nema sposobnost rastvaranja i ne smrzava se do 78ºC. Kada se zagrije na 100-105ºS potpuno se uklanja. Sadrži u pijesku 1%, pješčanim ilovačama 8%, glinama do 18%, nepristupačnim biljkama.

Film (labavo vezana) voda nastaje kondenzacijom vodene pare. Pokriva površinu čestica tankim filmom od 0,01 mm, drži se molekularnim silama, gustina je bliska gustini slobodne vode, sposobna je da se kreće od čestice do čestice pod uticajem sila sorpcije i ne prenosi hidrostatski pritisak. Sadržaj u pijesku je 1-7%, pješčanim ilovačama 9-13%, ilovači 15-23%, glinama 25-45%. Sadržaj ove vode dramatično mijenja svojstva čvrstoće glinovitih stijena.

Kapilara voda (samokapilarna, suspendirana kapilarna voda) se nalazi u tankim porama u obliku kapilarnog ruba iznad nivoa podzemne vode u rasponu vlažnosti od najniže vlažnosti (LH) do ukupne vlažnosti (TH). Visina kapilarnog uspona je za šljunak, šljunak, krupnozrni pijesak-0, srednjezrni pijesak 15-35 cm, sitnozrni pijesak - 35-100 cm, pjeskovitu ilovaču - 100-150, glinu - 400-500 cm. cm.

Gravitacijski voda je podložna gravitaciji. Kretanje se dešava pod uticajem gravitacije i gradijenta pritiska, prenoseći hidrostatički pritisak. Općenito, hidrogeologija proučava ove vode.

Kristalizacijavoda je dio kristalne rešetke minerala (CaSO 4 2H 2 O).

Hemijski vezanvoda (konstitucijska) učestvuje u strukturi kristalne rešetke minerala.

III. Glavna svojstva stijenasu: gustina, nasipna gustina, poroznost, vodopropusnost, kapacitet vlage, rastvorljivost, gubitak vode. One zavise od mineralnog sastava stijena, njihove strukture, sastava, lomljenosti i poroznosti.

Ocjenjivanje– postotak sadržaja čestica različitih veličina u rastresitoj stijeni. Granulometrijski sastav nekohezivnih stijena prema GOST 12536-67 određuje se analizom sita, koja se sastoji od uzastopnog prosijavanja stijene kroz set sita i vaganja materijala koji ostaje na svakom situ. Za prosijavanje pješčanih stijena koristi se set sita s promjerom rupa od 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,25, 0,1 mm. Radi jasnoće, granulometrijski sastav stijena prikazan je u obliku krivulje granulometrijskog sastava iscrtane na polulogaritamskoj skali (slika 2).

Rice. 2. Tabela raspodjele veličine čestica

Kriva heterogenosti vam omogućava da izračunate vrijednost koeficijenta heterogenosti: gdje je koeficijent heterogenosti, su prečnici čestica, manji od kojih data stijena sadrži 60 odnosno 10% čestica po težini.

Raspodjela veličine čestica povezanih stijena određuje se hidrometrijskom metodom ili metodom pipete, na osnovu različitih brzina taloženja čestica u vodi.

Gustina (γ-gama) – odnos mase čvrstih čestica i njihove zapremine. Gustina čestica pijeska i gline je u rasponu (g/cm 3 ) od 2,5 do 2,8 g/cm³, peskovita ilovača 2,70, ilovača – 2,71, glina – 2,74.

Volumetrijska masa mokra stijena (γ O ) je masa po jedinici zapremine stijene pri prirodnoj vlažnosti i poroznosti:

gdje je P masa uzorka, g; V – zapremina uzorka, cm³,

γ o – varira od 1,3-2,4, g/cm³.

Konstantnija vrijednost je volumetrijska masa skeleta stijene - masa čvrste komponente po jedinici volumena stijene. Izračunato

Gdje je w sadržaj vlage u stijeni, %

Poroznost – ukupni volumen svih pora u jedinici zapremine stijene. Poroznost se definira kao omjer volumena pora u stijeni (Vp) prema ukupnoj zapremini koju zauzima stijena (V), izražen kao postotak; p= Vp/ V·100%. Osim toga, često se koristi koeficijent poroznosti ε (epsilon) = n/(1-n). Poroznost glinovitih stijena dostiže 50-60%, pijeska - 35-40%, pješčenjaka - 2-38%, krečnjaka, laporca - 1,5-22%, granita, gnajsa, kvarcita 0,02-2%.

Apsolutna vlažnost– odnos mase vode i mase apsolutno suvog tla u datoj zapremini, izražen u procentima.

Prirodna vlažnost– količina vode sadržana u porama stijena u prirodnim uvjetima. Vlažnost izražena u odnosu na zapreminu stijene naziva se relativna vlažnost.

Kapacitet vlage – maksimalni molekularni karakterizira količinu vode koja se zadržava u stijeni zbog molekularnih sila prianjanja između čestica tla i vode (pokazuje sadržaj vezane vode). Postoje ukupni, kapilarni i minimalni kapacitet vlage.

Vodopropusnost– sposobnost stijena da propuštaju vodu kroz sebe, kretanje vode u tlu pod pritiskom naziva se filtracija. Rastvorljivost - sposobnost kamenja da se otapa u vodi, zavisi od temperature, brzine protoka vode, sadržaja CO 2 itd.

IV. Koncept zone zasićenja.U rastresitim stijenama ispod nivoa podzemne vode, sve pore su ispunjene vodom - zona zasićenja, gornji sloj se naziva zona aeracije - njegova debljina je jednaka dubini podzemne vode.

vodonosnik– slojevi stijena koji su homogeni po litološkom sastavu i hidrogeološkim svojstvima.

Kompleks vodonosnika– kompleks vodozasićenih stijena ograničen na slojeve određene starosti.

Predavanje 2. Nastanak i dinamika podzemnih voda

Plan:

Poreklo podzemnih voda

Zakoni filtracije podzemnih voda

Određivanje smjera i brzine kretanja podzemnih voda

Osnovni hidrogeološki parametri.

I. Po poreklu podzemne vode se dele na:

Infiltracija– voda nastaje kao rezultat prodiranja padavina sa površine zemlje, površinske vode u pore i pukotine u stijenama. Ovo je glavna grupa infiltracijskih voda sadržanih u zemljinoj kori

Kondenzacija– voda nastaje kondenzacijom vodene pare u zoni aeracije, pećinama itd.

Sedimentacija– nastaju zbog voda rezervoara u kojima su se nakupile sedimentne stijene.

Magmatsko porijeklo -nastaju tokom vulkanskih erupcija.

II. Filtracija – kretanje podzemnih voda u porama i pukotinama stijena. Ako se kretanje vode događa u stijenama koje nisu potpuno zasićene vodom, onda se to naziva infiltracijom (kroz zonu aeracije). Protok sedimenta ili površinske vode kroz pukotine u stijenama naziva se inflacija. Postoje laminarna i turbulentna kretanja vode.

Osnovni zakon laminarnog kretanja fluida u poroznim stijenama uspostavio je Darsú (1856), a na osnovu ovog zakona Dupuú (1857) je razvio odnos za određivanje brzine protoka podzemne vode i njenog dotoka u vodozahvate.

N.E. je dao veliki doprinos proučavanju dinamike podzemnih voda. Žukovski, N.N. Pavlovsky, P.Ya. Polubarinova-Kochina, G.N. Kamensky, S.N. Numerov, M.E. Altovsky, V.M. Šestakov, N.N. Verigin, A.I. Silin-Bekchurin, A.N. Mjatijev, S.F. Averyanov i drugi.

Laminar (paralelni mlaz) kretanje se dešava bez pulsiranja brzine. Ravnomjerno kretanje podzemne vode karakterizira konstantnost tokom vremena u bilo kojoj dionici snage, gradijent tlaka brzine filtracije i protoka. Nestalno kretanje podzemne vode je kretanje u kojem se brzina protoka, smjer i nagib toka mijenjaju tokom vremena.

Turbulentno kretanje (vorteks) karakterizira pulsiranje brzine, uslijed čega se miješaju različiti slojevi toka (kraške vode, duž pukotina).

Zakoni filtracije podzemnih voda. Zakon linearne filtracije.

Laminarno kretanje podzemnih vodapoštuje linearni zakon filtracije (Darcyjev zakon - po imenu francuskog naučnika koji je 1856. godine uspostavio ovaj zakon za porozne zrnaste stijene). Ovaj zakon je formuliran na sljedeći način: brzina filtracije tokom laminarnog toka je proporcionalna hidrauličkom nagibu na prvu snagu.

V=KI, gdje,

V – brzina filtracije;

K – koeficijent filtracije;

I – hidraulični nagib gradijenta pritiska;

I=(H 1 -H 2 )/e

Ako je e=1, tada je V=K, tj. sa gradijentom pritiska =1, koeficijent filtracije je jednak brzini filtracije.

Q=KIω, gdje

Q – brzina protoka filtracije – količina vode koja protiče kroz dati poprečni presjek protoka u jedinici vremena, m³/dan, K – koeficijent filtracije, I – gradijent pritiska, ω – poprečni presjek.

Q – određuje se mjernim posudama. Q=V/t, l/s.

Određivanje protoka izvora pomoću brana.

Potrošnja vode trapeznog presjeka:

Q=0,0186bh√h, l/sec, gdje

Q – protok izvora, l/sec;

b – širina donjeg rebra brane u cm;

h – visina vodostaja ispred preljevnog rebra, cm.

Trouglasti presjek:

Q=0,014h 2 √h, l/s.

Pravougaoni presjek:

Q=0,018bh√h, l/s.

Brana trapeznog poprečnog presjeka koristi se za mjerenje velikih brzina protoka - više od 10 l/sec (100-200 l/sec), i manje od 10 l/sec - trokutastog ili pravokutnog poprečnog presjeka.

Gradijent pritiska mogu se odrediti hidroizohipsama - linijama koje spajaju identične oznake površine podzemne vode ili hidroizopijezom - linijama koje spajaju tačke jednakog pritiska vode pod pritiskom. Gradijent pritiska nije konstantan tokom vremena; može se povećati kada se dopuna podzemne vode povećava i smanjiti kada oslabi.

Kretanje podzemnih voda se ne odvija kroz sve dijelove toka, već samo kroz dio koji odgovara području pora ili pukotina. Stvarna brzina filtrirane vode je:

V=Q/nω, gdje je:

Q – protok filtracije, m³/dan;

n – poroznost stijene;

ω – poprečni presjek protoka, m 2 .

U glinovitim stijenama, n – predstavlja aktivnu poroznost, koja karakterizira dio poprečnog presjeka stijene sposoban da propušta gravitacijsku vodu.

Prema G.N. Kamenskyjev linearni zakon filtracije vrijedi pri brzinama kretanja podzemnih voda do 400 m/dan.

Filtracija kroz glinovite stijene može započeti samo ako gradijent tlaka premašuje početni gradijent tlaka. Za gline i ilovače ovaj početni gradijent je drugačiji.

Nelinearni zakon filtracije (Chezy-Krasnopolsky zakon)karakterizira turbulentno kretanje, karakteristično za visoko napuknute stijene sa velikim šupljinama: , V – brzina filtracije m/dan. K – koeficijent filtracije, m/dan, I – gradijent pritiska.

III. Određivanje pravca i brzine kretanja podzemnih voda.Kretanje podzemnih voda u porama rastresitih stijena ne može se smatrati kretanjem potoka, čiji se svi tokovi kreću istom ili približno istom brzinom. Nije moguće napraviti preciznu razliku između linija strujanja vode u porama različitih stijena, stoga, kada se razmatraju pitanja kretanja podzemnih voda, možemo govoriti samo o prosječnoj brzini kretanja vode unutar određenog medija. Određivanje brzine kretanja podzemne vode (stvarne brzine Vd) vrši se na terenu. Za određivanje se koriste indikatori koji mijenjaju boju ili hemijski sastav i električnu provodljivost vode.

Za provođenje eksperimenata odabiru se dva bunara (jame), ponekad četiri, smještene duž smjera kretanja vode. Radnja koja se nalazi uzvodno služe za uvođenje indikatora u vodu, naziva se eksperimentalna. Radnje koje se nalaze nizvodno nazivaju se posmatranjem. Udaljenost između njih se bira ovisno o stijenama od 0,5-1,5 do 2,5-5,0 m. Kao indikator se koriste boje (fluorescencija itd.). Osim toga, kuhinjska so se koristi kao indikator (hemijska metoda), postoje radioindikatorske metode, metoda prirodnih izotopa itd. Široko se koristi geofizička metoda - metoda ekvipotencijalnih linija (metoda naelektrisanog tijela). Vrijednosti stvarne brzine kretanja (Vd) mogu se koristiti za izračunavanje koeficijenta filtracije stijena, kada se odlučuje o pitanju sufuzije ispod konstrukcija itd.

Da bi se utvrdio smjer kretanja podzemnih voda na velikim površinama, izrađuju se karte hidroizohipsa i hidroizopije. Prilikom rješavanja hidrotehničkih i drenažnih problema (navodnjavanje, drenaža) izrađuju se hidroizohipse i na osnovu njih izrađuju karte dubina podzemnih voda. Smjer toka podzemne vode je okomit na hidroizohipse.

IV. Osnovni hidrogeološki parametri.

Najvažnija svojstva stijena su filtracija, koju karakterišu sljedeći parametri: koeficijent filtracije, koeficijent propusnosti, koeficijent gubitka vode, provodljivost vode, koeficijent nivoa provodljivosti itd.

Koeficijent filtracije (K)predstavlja najvažniju karakteristiku stijena, ima široku primjenu u projektantskoj praksi pri proračunu protoka podzemne vode, pri određivanju gubitaka vode iz akumulacija, bara itd. Koeficijent filtracije stijena može se odrediti iz podataka o sastavu i poroznosti stijena (koristeći empirijske formule), laboratorijske metode i na terenu.

Određivanje koeficijenata stijena korištenjem empirijskih formula. Eksperimentalnim radom utvrđena je ovisnost koeficijenta od mehaničkog (granulometrijskog) sastava stijene (uglavnom od veličine i broja finih frakcija), njene poroznosti i temperature vode. Određivanje koeficijenta stijene granulometrijskim sastavom je najjeftinija i najjednostavnija metoda koja se koristi u hidrogeološkim istraživanjima za početne faze projektovanja. Za detaljne studije, ova metoda je dodatna uz terensku metodu. Koristi se Hazenova formula (za pijesak prečnika od 0,1 do 3 mm, sa koeficijentom uniformnosti l manjim od 5). Koeficijent uniformnosti je odnos veličine zrna. Efektivni prečnik (d 10 ) je prečnik čestica u mm, manji od kojeg tlo sadrži 10% ukupne mase tla. Drugim riječima, dn je jednak promjeru otvora sita kroz koji prođe 10% mase tla.

Hazinova formula

K=Sdn 2 (0,70+0,03t), m/dan,

C je empirijski koeficijent koji zavisi od stepena homogenosti i poroznosti tla. Za čist, homogen pijesak C=1200, prosječna homogenost i gustina C=800, heterogeni i gust pijesak C=400,

dn – efektivni prečnik, mm,

t je temperatura filtrirane vode.

Vrijednosti d60 i dn se uzimaju iz krivulje granulometrijskog sastava tla i crtaju u obliku krive na jednostavnoj ili polulogaritamskoj skali.

Sauerbrey formula za temperaturu vode 10º

M/dan

β – empirijski koeficijent u zavisnosti od uniformnosti i veličine čestica peska od 1150 do 3010, prosečno 2880-3010

n – poroznost

d17 – prečnik čestica u mm, manji od kojeg je u datom tlu prisutno 17% masenih čestica. Koristi se za određivanje koeficijenata finog, srednjeg i krupnog pijeska.

Određivanje u laboratorijskim uslovima. Za opterećenje ispitnih uzoraka stijena poremećene i prirodne strukture koriste se različiti uređaji. Princip određivanja koeficijenata u većini uređaja zasniva se na mjerenju količine vode koja se filtrira kroz stijenu pod različitim pritiscima. Na osnovu brzine protoka pri poznatom pritisku i površini uređaja, nalazi se koeficijent filtracije. Koriste se Kamensky cijevi, Tomov uređaj itd.

Potrebno je dobro zapamtiti da se koeficijenti filtracije stijena zone aeracije, određeni u prirodnim terenskim uvjetima i laboratorijskim metodama, često razlikuju i do 1-2 reda veličine. To se objašnjava podcjenjivanjem anizotropije stijena i malom površinom identificiranih stijena.

Odlučnost na terenu. Prilikom određivanja koeficijenta filtracije na terenu dolazi do kretanja vode u stijenama koje se javljaju u prirodnim uvjetima i čuvaju svoju prirodnu strukturu. Stoga terenske metode daju rezultate koji su najbliži stvarnosti. Koriste se metode punjenja u jame i bunare u zoni aeracije. Unutar akvifera koeficijent se utvrđuje crpljenjem iz bunara i jama.

Način izlivanja u jame.Proces infiltracije u tla nezasićena vodom vrlo je složen i odvija se uz istovremeno djelovanje hidrauličkog pritiska vode koja se izlijeva u jame i kapilarnog usisavanja vode u tlo. Trenutno se često koristi metoda punjenja prema N.S. Nesterov.

M/dan

Q – stalni protok vode, m 3 ;

F – donja površina malog prstena, m 2 ;

Tačnije, vrijednost Kf je određena:

l je dubina infiltracije vode sa dna jame;

z – visina sloja vode;

h k – kapilarni pritisak jednak ≈50% maksimalne visine kapilarnog uspona, m

Po Nesterovljevom metoduU dno jame do dubine od 3-4 cm ugrađuju se 2 čelična prstena prečnika 25 i 50 cm. U prsten se ulije voda i na visini od 10 cm se održava sloj od 10 cm. eksperiment se nastavlja sve dok se brzina protoka ne stabilizira.

Eksperimentalne injekcije se široko koriste za određivanje Kf nevodonosnih pukotinskih i kraških stijena na različitim nivoima, izolirajući intervale posebnim tamponima. Eksperiment se izvodi dok se protok vode ne stabilizuje. Kao rezultat eksperimenta, određena je specifična apsorpcija vode (q = l/min), tj. potrošnja vode u l/min po 1 m bunara i 1 m pritiska prema formuli:

P – pritisak na manometru,

H – vertikalno rastojanje od manometra do tampona, m,

Z – dužina ispitivanog intervala (između tampona).

Približne vrijednosti Kf (m/dan):

Glina – 0,001, u zoni aeracije do 0,3-0,7;

Ilovača – 0,05, u zoni aeracije 0,5-1;

Peščana ilovača – 0,1-0,5 u zoni aeracije do 1-2;

Pijesak – od 1-5 do 20-50;

Šljunak – 20-150;

Šljunak - 100-500 ili više.

Vodopropusnost glinovitih stijena ovisi o sadržaju izmjenjivih kationa. Ca i Mg povećavaju vodopropusnost, a Na smanjuje. Ova vrijednost se mijenja ovisno o temperaturi. Pri filtriranju slatke vode čestice gline bubre i Kf se smanjuje, dok se u slanoj vodi, posebno natrijum-hloridnoj, Kf povećava, jer čestice gline ne bubre, soli kristaliziraju i poroznost se povećava.

Kada je specifična apsorpcija vode manja od 0,01 l/min, općenito je prihvaćeno da su stijene blago slomljene i nije potrebna cementacija da bi se spriječila filtracija. Na osnovu specifične zasićenosti vodom, može se pronaći

Gdje je r radijus bunara, m

Za određivanje se obično približno i brzo koriste ekspresne metode punjenja i crpljenja iz bunara i jama. Oni omogućavaju da se uz masovno uzorkovanje u kratkom vremenskom periodu karakterišu filtraciona svojstva sedimenata na velikom području. Pogodni su uglavnom za potrebe ekstrapolacije podataka dobijenih na crpištima klastera na odgovarajuću teritoriju.

Najprecizniji podaci o koeficijentu filtracije, kao i drugim parametrima, dobijaju se pri pumpanju iz bunara različitog trajanja.

Gubitak vode u stijenama(B) svojstvo stijena zasićenih vodom da slobodno odustaju od gravitacijske vode. Količina gubitka vode karakterizira koeficijent gubitka vode - omjer volumena tekuće vode koja je prethodno ispunila praznine i volumena cijele stijene. Izražava se kao postotak ili udio jedinice zapremine i promjenjiva je vrijednost. Koeficijent gubitka vode šljunka, šljunka i krupnog pijeska jednak je njihovoj poroznosti ili ukupnom kapacitetu vlage. Prinos vode glinovitih stijena i treseta jednak je razlici u ukupnom minimalnom kapacitetu vlage.

Koeficijent gubitka vode određuje se: 1) razlikom između različitih kapaciteta vlage; 2) zasićenjem stene i dreniranjem vode; 3) terenska osmatranja, način ispumpavanja podzemnih voda iz bunara i dr.

Prinos vode (%) nekih stena: pesak c/z - 0,25-0,35, c/z - 0,2-0,25, m/z - 0,15-0,2, peskovita ilovača 0,1-0,15, ilovača manje od 0,1, gline blizu 0, treset 0-0,15, peščari - 0,02-0,05, krečnjaci - 0,008-0,1.

Za rješavanje niza praktičnih problema široko se koristi koeficijent nedostatka zasićenosti (µ), koji je jednak razlici između ukupnog kapaciteta vlage i prirodne vlage stijene prije infiltracije, izražene u dijelovima jedinične zapremine.

Provodljivost vode– sposobnost vodonosnika debljine (W) i širine 1 m da propušta vodu u jedinici vremena sa gradijentom pritiska = 1. Provodljivost vode (T) jednaka je umnošku Kf (koeficijenta filtracije) i debljine formacije T=KW i izražava se u (m/dan). Što je veći (T), veći su operativni resursi podzemnih voda. T>100 m 2 /dan T 2 /dan vodni horizont je neperspektivan za korištenje u svrhe vodosnabdijevanja.

Eksperimentalni rad na filtraciji se široko koristi za određivanje hidrogeoloških parametara. Ove metode se uglavnom baziraju na jednačinama nestalnog kretanja podzemnih voda u zoni uticaja crpljenja. Ovi obrasci su određeni filtracionim i kapacitivnim svojstvima proučavanog vodonosnika, što omogućava procjenu vodljivosti vode, koeficijenta filtracije, nivoa provodljivosti, nedostatka zasićenosti, izdašnosti vode itd. Kada se obrasci kretanja podzemnih voda određuju ne samo prema svojstva filtracije i kapacitivnosti, ali i po graničnim uslovima, parametri se izračunavaju po formulama stacionarnog kretanja. Eksperimentalno pumpanje se dijeli na jednostruko i klastersko.

Pojedinačna crpljenja (bez opservacijskih bunara) se izvode u nekoliko faza redukcije kako bi se utvrdila zavisnost protoka bunara od pada nivoa podzemne vode.

Klaster pumpanje se vrši opremanjem eksperimentalnog prostora sa osmatračkim bunarima, koji se nalaze jedan ili dva u jednom ili drugom trenutku do centralnog bunara iz kojeg se vrši pumpanje. Prilikom pumpanja mjeri se protok bunara i pad nivoa vode u centralnim i osmatračkim bunarima. Osnovna svrha klaster crpljenja je određivanje izračunatih hidrogeoloških parametara.

U teškim uslovima, kada je potrebno proučiti odnos vodonosnika ili efikasnost vertikalnog drenažnog bunara, itd., Izvodi se eksperimentalno pumpanje. Trajanje pumpanja varira od jednog dana do 30-40 dana ili više. Način crpljenja zavisi od svrhe crpljenja i hidrogeoloških uslova područja.

Da bi se odredio koeficijent filtracije, crpljenje se provodi pri konstantnom protoku (promjenom nivoa vode u bušotini i lijevu, što odgovara nestalnom načinu filtracije) ili pri konstantnom smanjenju razine (stalni režim filtracije). Da bi se utvrdila zavisnost protoka od smanjenja, pumpanje se vrši pri 2-3 smanjenja nivoa.

Za procjenu vodopropusnosti višeslojnih vodonosnika, koje karakteriziraju međuslojnost vodonosnika i slabo propusni razdjelni slojevi, svaki vodonosnik se ispituje zasebno. Istovremeno se određuju vrijednosti protoka iz donjeg i gornjeg vodonosnika kroz niskopropusne slojeve gline.

Koeficijent protoka (B) određuje se formulom:

Km – provodljivost vode glavnog vodnog horizonta m 2/dan,

K1, K11 – koeficijent filtracije stijena, m/dan,

m 1, m 11 – debljina ovih slojeva, m.

Određivanje protoka podzemnih voda.

1) Ravni tok i njegov protok.Ravan je tok podzemne vode čiji tokovi teku manje-više paralelno. Primjer bi bio tok podzemne vode koji se kreće prema rijeci. Protok tla u horizontalnom vodonosniku po 1 m širine je jednak

Kod nagnutog akvitarda jedinični protok podzemnog toka jednak je:

Vrste vertikalnih slivova.

Vertikalni slivovi se mogu podijeliti na bunare (jame) i bušotine. Na osnovu prirode eksploatisanih vodonosnika dijele se na podzemne i arteške (pritiske). Na osnovu prirode njihovog položaja u vodonosniku, bunari (bušotine) se dijele na savršene i nesavršene. Nesavršeni bunari mogu imati propusno dno i zidove, propusne zidove i čvrsto dno, te čvrste zidove i propusno dno (slika 3).

Rice. 3. Dijagram toka vode u nesavršen bunar

Savršeni bunari prodiru kroz cijeli vodonosnik i imaju propusne zidove. Izbor projektnih jednačina za kretanje vode do bunara ovisi o vrsti vertikalnog sliva.

Protok savršenog bunara i koeficijent filtracije stijena

– Dupuis formula, m 3 /dan, odavde

M/dan

Protok bunara s otvorenim ravnim dnom izračunava se prema Forchheimeru:

Q=4rSK, m 3 /dan.

Koeficijent filtracije, m/dan.

Protok bunara sa propusnim zidovima i otvorenim dnom

M 3 / dan,

M/dan

Prema Zamarinu, za bunar sa otvorenim dnom i propusnim zidovima (pod uslovom da je dubina vodonosnika nepoznata) sa ravnim dnom izračunava se Kf (vidi sliku 3):

M/dan, gdje

Q – protok bušotine, m 3 /dan

Formula za protok vode u kanalizaciju.

Odvodi su napravljeni da snize nivo podzemnih voda. Dotok vode u savršen horizontalni odvod dužine B u uslovima vode bez pritiska prema Dupuisovoj jednačini jednak je

M 3 /dan.

Za pritisak, m 3 /dan;

m – debljina tlačnog sloja, m.

Proračunske formule pokazuju ovisnost protoka bušotine od smanjenja (S). Stoga se produktivnost bunara može uporediti po specifičnom protoku

Predavanje 3. Hemijski sastav podzemnih voda

Plan:

Fizička svojstva podzemnih voda

Reakcija vode

Opća mineralizacija vode

Hemijski sastav vode

Oblici izražavanja hemijskog sastava vode

Procjena pogodnosti vode za različite namjene

Procjena agresivnosti svojstava podzemnih voda

Formiranje hemijskog sastava podzemnih voda

Zonacija podzemnih voda

I. O fizičkim svojstvimapodzemne vode uključuju prozirnost, boju, miris, ukus, temperaturu.

Prirodna voda može biti bistra ili mutna. Zamućenost vode je uzrokovano prisustvom suspendiranih čestica mineralnog i organskog porijekla. Mehaničke nečistoće mogu ući u izvorišnu vodu zbog kvara na vodozahvatu ili prodiranja kišnice, poplavne vode ili riječne vode (kraška područja) u vodonosnik. Ponekad je zamućenje podzemne vode uzrokovano hemijskim jedinjenjima koja su u njoj otopljena (gvožđe, itd.).

Boja. Čista voda je bezbojna. Boja se objašnjava prisustvom određenih nečistoća u njoj (gvožđe daje hrđavu nijansu, sumporovodik daje plavkastu nijansu).

Miris. Podzemne vode su obično bez mirisa. Prisustvo mirisa ukazuje na prisustvo raznih hemijskih jedinjenja (sumporovodik daje miris pokvarenih jaja, itd.)

Taste. Pojavljuje se pri određenom sadržaju određenih spojeva u vodi (slani - NaCl, kiseli - u područjima sulfidnih naslaga).

Temperatura – varira od 4-5ºS do 60-90ºS. Na temperaturama iznad 20ºS, vode se nazivaju subtermalnim. U Republici Baškortostan temperatura plitkih podzemnih voda kreće se od 5 do 20ºS. Najveću gustinu ima slatka voda na tº=4ºS.

II. Reakcija vode (pH vrijednost). Za procjenu hemijskog sastava podzemnih voda potrebno je prije svega poznavati reakciju vode, tj. koncentracija vodikovih jona. Prema teoriji elektrolitičke disocijacije, voda se disocira na vodikove () i hidroksil () ione, čija je vrijednost proizvoda uvijek konstantna na datoj temperaturi. Ako je reakcija neutralna, tada je koncentracija ista i jednaka 10–7 mEq/L Dakle, stepen kiselosti ili alkalnosti vode karakteriše koncentracija vodikovih jona. Za izražavanje koncentracije vodikovih jona uobičajeno je koristiti logaritam njihove koncentracije (tj. broj gram-ekvivalenata ovog jona u 1 litru vode), uzet suprotnim predznakom i označen pH = –log(H+ ). Sa neutralnom reakcijom, pH = 7, sa kiselim pH - manjim od 7, a sa alkalnim pH više od 7. Određivanje pH vrši se posebnim uređajima (pH metara) kalorimetrijskom metodom, na terenu lakmusom koristi se papir.

III. Opća mineralizacija vodeizražava se zbirom hemijskih elemenata sadržanih u vodi, njihovim jedinjenjima i gasovima. Procjenjuje se suhim ostatkom, koji se dobije nakon isparavanja vode na temperaturi od 105ºC, ili zbrajanjem mase svih jona dobijenih hemijskom analizom. Izraženo u miligramima (gramima) po litri (dm 3 ), grama po kg (mg/l, g/kg). Prema mineralizaciji se dijele na:

do 0,2 g/l – ultrasvježe, do 1,0 g/l – svježe,

1-10 – slano: 1-3 – slabo, 3-5 – srednje, 5-10 – jako bočato, 10-35 – slano, više od 35 g/l – salamuri.

IV. Glavne hemijske komponente u podzemnim vodamaobično su: anioni (hidrokarbonatni joni, sulfatni joni, joni hlora), kationi (). Voda često sadrži karbonatne jone, nitritne jone, nitratne jone (), ugljični dioksid, sumporovodik, metan, 2- i 3-valentno željezo itd. Sadržaj azotnih jedinjenja u podzemnim vodama je obično nizak (1-2 mg/l) , ali ponekad dostiže 0,5-0,8 mg/l. Prisutnost čak i male količine ukazuje na kontaminaciju vode i mogućnost da se u njoj nađu štetne opasne bakterije. Ako je prisutan nitrit ion (), kontaminacija je svježa, a nitratni ion je kontaminacija stara. Općenito, podzemne vode sadrže do 60-80 različitih hemijskih elemenata u otopljenom stanju.

Tvrdoća vode zbog prisustva jona kalcijuma i magnezijuma. Prema GOST 2874-73 i SanPiN 2.1.4.1074-01, tvrdoća vode se izražava u miligramskim ekvivalentima po 1 litru vode. 1 mEq. tvrdoća odgovara sadržaju od 20,04 mg/l i 12,6 mg/l. Prema tvrdoći vode dijele se na:

veoma mekana – do 1,5 mEq/l,

meki – 1,51-3,0 mEq/l,

umjereno tvrda – 3,01-6,0 mEq/l,

tvrda – 6,01-9,0 mEq/l,

vrlo tvrda – više od 9,0 mEq/l.

V. Postoji nekoliko oblika izražavanja analize vode:jonski, ekvivalent, postotni ekvivalent.

U jonskom obliku, sadržaj jona je dat u gramima ili miligramima po litru (g/l, mg/l).

Ekvivalentni oblik nam omogućava da prosudimo moguće kombinacije kationa i anjona. Zbir ekvivalentnih jedinica kationa i anjona izražava se u miligramskim ekvivalentima po 1 litri i dobija se množenjem mg/l faktorom konverzije (tablice 1, 2).

Tabela 1

Atomske težine jona i faktori za pretvaranje miligrama jona u miligramske ekvivalente

K+

39,100

0,02558

Na+

22,997

0,04348

NH4+

18,040

0,05543

Ca2+

20,040

0,04990

Mg 2+

12,160

0,08224

Cl –

35,457

0,02820

NE 3 –

62,008

0,01613

NE 2 –

46,008

0,02174

ekv

51,5

48,1

U obliku procentualnog ekvivalenta, sadržaj jona, uzetih u ekvivalentima, izražava se kao procenat zbira kationa i anjona, svaki uzet kao 100%.

Vizuelna forma za snimanje rezultata je formula M.G. Kurlova.

Ime vodi je dato prema preovlađujućim anionima i kationima, čiji je sadržaj veći od 20% (ponekad 25% ili 33%) u rastućem redoslijedu. Na primjer, data formula glasi: sulfat-hidrokarbonat, magnezijum-kalcijum voda.

U formuli Kurlova, lijevo od linije označava sadržaj plina (CO 2 , H 2 S, itd.), ukupna mineralizacija vode (g/l), u brojiocu su anjoni, čiji sadržaj prelazi 10% ekvivalenata (% ekvivalenata u opadajućem redosledu) u nazivniku - kationi istim redom, tºC od voda je upisana iza linije, protok (l/s), pH i drugo. Rezultati hemijske analize vode se ponekad izražavaju u grafičkom obliku u obliku dijagrama – pravougaonik, kvadrat, trougao, itd. Svi oblici izražavanja i metode konstrukcije dati su u (Abdrakhmanov, Metodološki..., 2008).

Klasifikacija podzemnih voda prema hemijskom sastavu.Postoji nekoliko desetina klasifikacija koje se temelje na različitim principima i imaju različite praktične primjene i značenja. Najpopularnije klasifikacije uključuju Palmer, N.I. Tostikhina, V.A. Sulina, O.A. Alekina, E.V. Posokhova i drugi. U hidrogeologiji i hidrologiji se uglavnom koristi hidrohemijska klasifikacija O.A. Alekina.

Sve prirodne vode se dijele u tri klase prema dominantnom anjonu: 1) hidrokarbonatne, 2) sulfatne, 3) hloridne. Identifikovane 3 klase odmah daju skicu hidrohemijskog izgleda vode. Klasa hidrokarbonata uključuje većinu slatkih (nisko-mineraliziranih) voda rijeka, jezera i nešto podzemnih voda. Klasa hlorida uključuje vode okeana, mora i podzemne vode dubokih horizonata. Vode sulfatne klase su srednje u distribuciji i veličini mineralizacije između hidrokarbonata i hlorida.

Svaki razred je podijeljen po O.A. Alekin prema dominantnom katjonu u grupe kalcijum, magnezijum i natrijum vode. Osim toga, sve vode se kombiniraju u vrste, razlikuju se 4 vrste voda.

Prvi tip karakterizira omjer (NHCO 3 – soda)

Tip II (natrijum sulfat)

III tip ili podeljen:

Na III a (–magnezijum hlorid) i

III b (– kalcijum hlorid).

Kao što je utvrđeno, jonski oblik je karakterističan samo za vode niske mineralizacije. Kako se koncentracija otopljenih soli povećava, uspostavljaju se interakcije između jona. U rastvoru nastaju neutralni joni itd.

Zbog složenosti hemijskog sastava prirodnih voda, pri ocjenjivanju pitkih, ljekovitih, tehničkih, meliorativnih i drugih kvaliteta, važno je uzeti ne samo apsolutni sadržaj pojedinih jona, već i očekivane asocijacije anjona i katjona (soli). ). Računaju se prema Freseniusovom pravilu (prvo se talože slabo rastvorljive soli, a zatim one rastvorljivije).

VI. Procjena pogodnosti vode za različite namjene.

Vodovod. Prema GOST 2874-73 „Voda za piće“ i SanPiN 2.1.4.1074-01, voda mora ispunjavati sljedeće zahtjeve: Mineralizacija do 1 g/l (prema SES ocjeni do 1,5 g/l); tvrdoća 7 mEq/l. do 350 mg/l; do 500 mg/l (Abdrakhmanov, Chalov, Abdrakhmanova, 2007).

Navodnjavanje. Voda za navodnjavanje, u smislu mineralizacije i hemijskog sastava, mora biti fiziološki dostupna biljkama i ne smije uzrokovati zaslanjivanje i alkalizaciju tla. Važno je proučavati sadržaj mikrokatjona biološki aktivnih mikroelemenata: I, Br, B, Co, Cu, Mn, Mo (Abdrakhmanov, Metodološki..., 2008).

VII. Agresivna svojstva podzemnih voda.Oni znače sposobnost vode da uništava različite građevinske materijale, djelujući na njih otopljenim solima, plinovima ili ispiranjem njihovih komponenti. Od posebnog značaja je agresivno dejstvo vode na betonske konstrukcije. Glavno vezivo u betonu je cement. Praktični značaj agresivnog djelovanja vode na beton konstrukcije je toliko velik da se niti jedna značajna konstrukcija ne može završiti bez preliminarne hidrohemijske studije vodenog okoliša. Prema CH-249-63 razlikuju se sljedeće vrste agresivnog djelovanja vode na beton: ispiranje, ugljični dioksid, opća kiselina, sulfat, magnezij.

Agresivnost ispiranja očituje se u otapanju kalcijum karbonata, koji je dio betona. Moguće je sa niskim sadržajem u vodi (0,4-1,5 mg-eq/l), a višak se otapa.

Agresivnost ugljičnog dioksida je posljedica njegovog djelovanja na beton.

U najopasnijim uslovima maksimalno dozvoljeni sadržaj agresivnog ugljen-dioksida () je 3 mg/l, u manje opasnim uslovima do 8,3 mg/l.

Opća kiselinska agresivnost karakteristična je za kisele vode i ovisi o sadržaju slobodnih vodikovih jona. Na pH 5,0-6,8 ova vrsta agresije je moguća.

Sulfatna agresivnost se manifestira kada postoji visok sadržaj jona, koji, prodirući u tijelo betona tokom kristalizacije, formiraju soli. Formiranje ovih soli u porama betona je praćeno povećanjem njihovog volumena i uništavanjem betona. Agresivnost se manifestuje kod običnih cementa više od 250 mg/l, kod sulfatno-otpornih cementa - 4000 mg/l.

Magnezijumski tip agresivnosti se manifestuje, baš kao i sulfatni, u razaranju betona kada voda prodre u telo betona. Ova vrsta se javlja na visokim nivoima. U zavisnosti od cementa, pojavljuje se sa sadržajem magnezijuma od 1,0 do 2,5 g/l.

VIII. Formiranje hemijskog sastava podzemnih voda.Faktori formiranja hemijskog sastava podzemnih voda shvataju se kao pokretačke sile koje određuju tok različitih procesa koji menjaju mineralizaciju i hemijski sastav vode. Hemijski sastav podzemnih voda formira se pod uticajem sledećih faktora: ispiranja tla i stena, potpunog rastvaranja minerala i stena, koncentracije soli u vodi kao posledica isparavanja, taloženja soli iz prirodnih rastvora pri promeni termodinamičkih uslova, izmjena katjona u apsorpcionom kompleksu mulja, tla, glinovitih stijena (na i dalje), difuzijski i mikrobiološki procesi, miješanje voda različitog porijekla. Proces izmjene se uočava između katjona glinenih stijena - voda i ovisi o kapacitetu upijajućeg kompleksa (tabela 3).

Tabela 3

Kapacitet apsorpcije nekih minerala gline

Ovi procesi zavise od klimatskih, geomorfoloških, geoloških, hidrodinamičkih i drugih uslova. Sastav padavina igra značajnu ulogu u formiranju hemijskog sastava podzemnih voda. Poznata je uloga atmosferskih padavina u formiranju sastava niskomineralizovanih voda. Značajna količina otopljenih soli dolazi iz atmosfere na površinu zemlje. U Republici Baškortostan u anjonskom sastavu kišnice dominiraju hidrokarbonatni joni (41-85%), rjeđe sulfat i hlorid. Među katjonima dominira natrijum (40-75%), kalcijum je rjeđi. Mineralizacija kišnice kreće se od 23 do 88 mg/l, pH -6,0-6,7, – 9-16 mg/l, mineralizacija snježne vode je 19-54 mg/l. Prema proračunima po 1 km 2 Teritorija Baškortostana prima 25-27 tona soli godišnje. Na teritoriji evropskog dijela SSSR-a dostiže 50-85 na 1 km 2 .

Padavine se postepeno infiltriraju dublje i zasićuju se solima u horizontu tla, a zatim u zoni aeracije. To nastaje kao rezultat rastvaranja soli, minerala, stijena u skladu sa njihovom topljivošću. Rastvorljivost varira u velikoj mjeri, ovisno o temperaturi vode i sadržaju drugih soli. Rastvorljivost soli u destilovanoj vodi na 7ºS je (g/l) – 0,013, – 2,01, – 193,9, – 168,3, – 358,6, – 329,3, – 354,3, – 558,1. Rastvorljivost u prisustvu se povećava 4 puta. Ako ima CO u vodi 2 povećava se rastvorljivost karbonata.

U rastresitim pokrovnim formacijama formiraju se prvi vodonosnici tipa tla sa površine. Analiza vodenih ekstrakata iz stijena zone aeracije pokazuje da se pri izlaganju atmosferskih voda koje imaju blago kiselu reakciju uočavaju soli iz zone aeracije. Glavne soli koje ulaze u podzemne vode su kalcijum karbonati i sulfati i magnezijum karbonati. Višak kalijum nitrata, koji se koristi na poljima kao đubrivo, uklanja se iz tla. Sadržaj dostiže 200 mg/l.

U stepskim područjima Rusije, kao rezultat isparavanja, u zoni aeracije akumulira se velika količina soli. Što se podzemna voda nalazi bliže površini, to je veća, pod jednakim uvjetima, njena mineralizacija. Uz plitke podzemne vode do 1 m, moguće je nakupljanje soli na površini zemlje. U pustinjskim i polupustinjskim područjima često se formiraju podzemne vode s visokom mineralizacijom (do 10-20 ili više) sulfatno-kloridnog i kloridnog sastava.

Bikarbonatne kalcijum vode (oblik) nastaju otapanjem kalcijum karbonata (krečnjaka). Kalcijum sulfat vode prilikom rastvaranja gipsa. Hidrokarbonatne natrijumske vode kao rezultat izmene katjona između vode hidrokarbonatno-kalcijum sastava + apsorpcija. tlo Na kompleks. tlo.

Na navodnjavanim poljima stvara se povoljan ambijent za pojavu reakcije.

Prilikom soljenja sodom, da se soda pretvori u manje štetnu sol, dodajte

Anioni i kationi. Primarni izvori anjona i kationa.

Primarni izvori mineralnog sastava prirodnih voda su:

1) gasovi koji se oslobađaju iz utrobe zemlje tokom procesa degazacije.

2) produkti hemijskog dejstva vode sa magmatskim stenama. Ovi primarni izvori sastava prirodnih voda postoje i danas. Trenutno je povećana uloga sedimentnih stijena u hemijskom sastavu vode.

Poreklo anjona se uglavnom vezuje za gasove koji se oslobađaju tokom degazacije plašta. Sastav im je sličan savremenim vulkanskim gasovima. Zajedno sa vodenom parom, u atmosferu ulaze gasovita vodonička jedinjenja hlora (HCl), azota (), sumpora (), broma (HBr), bora (HB), ugljenika (). Kao rezultat fitokemijske razgradnje CH 4 CO 2 nastaje:

Saturation

Kao rezultat oksidacije sulfida nastaje ion.

Porijeklo kationa je povezano sa stijenama. Prosječan hemijski sastav magmatskih stijena (%): – 59, – 15,3, – 3,8, – 3,5, – 5,1, – 3,8, – 3,1, itd.

Kao rezultat trošenja stijena (fizičkog i kemijskog), podzemne vode su zasićene katjonima prema sljedećoj shemi: .

U prisustvu kiselih anjona (karbonske, hlorovodonične, sumporne) nastaju kisele soli: .

Mikroelementi. Tipični kationi: Li, Rb, Cs, Be, Sr, Ba. Joni teških metala: Cu, Ag, Au, Pb, Fe, Ni, Co. Amfoterni kompleksi (Cr, Co, V, Mn). Biološki aktivni elementi u tragovima: Br, I, F, B.

Mikroelementi igraju važnu ulogu u biološkom ciklusu. Nedostatak ili višak fluora uzrokuje bolesti karijesa i fluoroze. Nedostatak joda – bolesti štitne žlijezde itd.

Hemija atmosferskih padavina.Trenutno se razvija nova grana hidrohemije - atmosferska hemija. Atmosferska voda (bliska destilovanoj) sadrži mnogo elemenata.

Pored atmosferskih gasova (), vazduh sadrži nečistoće koje se oslobađaju iz creva, komponente zemlje (itd.), elemente biogenog porekla () i druga organska jedinjenja.

U geohemiji, proučavanje hemijskog sastava atmosferskih padavina omogućava karakterizaciju razmene soli između atmosfere, površine zemlje i okeana. Posljednjih godina, uslijed atomskih eksplozija, radioaktivne tvari su ispuštene u atmosferu.

Aerosoli. Izvor formiranja hemijskog sastava su aerosoli:

prašnjave mineralne čestice, visoko dispergovani agregati rastvorljivih soli, sitne kapi rastvora gasnih nečistoća (). Veličine aerosola (kondenzacionih jezgara) su različite - radijus je u prosjeku 20 μm (cm) i fluktuira (do 1 μm). Količina se smanjuje sa visinom. Koncentracija aerosola je maksimalna u urbanim sredinama, a minimalna u planinama. Aerosoli se podižu u zrak vjetrom - eolska erozija;

soli koje se dižu s površine okeana i mora, led;

proizvodi vulkanskih erupcija;

ljudska aktivnost.

Formiranje hemijskog sastava. Ogromna količina aerosola diže se u atmosferu - padaju na površinu zemlje:

u obliku kiše,

gravitaciona sedimentacija.

Formiranje počinje hvatanjem aerosola atmosferskom vlagom. Mineralizacija se kreće od 5 mg/l do 100 mg/l ili više. Prvi delovi kiše su mineralizovaniji.

Ostali elementi u sedimentima:

– od stotinke do 1-3 mg/l. Radioaktivne supstance: itd. One uglavnom potiču od testiranja atomskih bombi.

Mineralna voda

Ljekovita svojstva mineralnih voda određuju: mineralizacija, jonsko-solni sastav, sadržaj biološki aktivnih komponenti, gasni i redoks potencijal (Eh), aktivna reakcija sredine (pH), radioaktivnost, temperatura, sadržaj vodonik sulfida ().

Minimalna koncentracija elemenata za mineralne ljekovite vode (mg/l): sumporovodik – 10, brom – 25; jod 5, fluor – 2, gvožđe – 10, radon – 14 jedinica. Mahe.

Industrijske vode uključuju vode koje sadrže komponente najmanje:

Tabela 4

Regulatorni zahtjevi za mineralne industrijske vode

Predavanje 4. Zoniranje podzemnih voda

Zoniranje podzemnih voda manifestira se na globalnom nivou i spada u kategoriju temeljnih svojstava hidrolitosfere. Podrazumijeva se kao obrazac u prostorno-vremenskoj organizaciji podzemne hidrosfere, određeni smjer promjene hidrogeodinamičkih, hidrogeohemijskih, hidrogeotermalnih i hidrogeohronoloških parametara.

U sedimentnom pokrivaču, na primjer, Volga-Uralskog basena razlikuju se dva hidrogeokemijska nivoa, koji po svom volumenu općenito odgovaraju hidrogeodinamičkim razinama. Gornji sprat (300–400 m, rijetko više) sadrži pretežno infiltrativne kisikovo-azotne (azotne) vode različitog ionsko-slanog sastava čija mineralizacija obično ne prelazi 10-12 g/l. U donjem spratu leže visokotlačne, uglavnom hloridne salamure različitog porekla (sedimentogene, infiltogene, mešane) sa koncentracijom soli do 250–300 g/l ili više, i gasovi otopljeni u vodi (H 2 S, CO 2, CH 4, N 2 ) odgovaraju reduktivnoj geohemijskoj sredini, uslovima veoma otežane razmene vode i kvazi stagnirajućem režimu podzemlja. Unutar etaža, prema hemijskom sastavu i stepenu mineralizacije, izdvajaju se četiri zone - hidrokarbonatna, sulfatna, sulfatno-hloridna i hloridna, koje su pak podeljene na veći broj podzona (sl. 4).

Zona slatkih (do 1 g/l) hidrokarbonatnih voda ograničena je na stijene širokog raspona starosti (od kvartara na platformi do devona na zapadnoj padini Urala) i u hidrogeodinamičkom smislu odgovara zoni intenzivne cirkulacije . Njena debljina (H) kreće se od 20–50 m u dolinama reka do 150–200 m na slivovima, a na Ufskoj visoravni dostiže 500–800 m. Brzina kretanja vode (v), u zavisnosti od filtracionih svojstava stena i hidraulički gradijent, varira od desetina i stotina metara do desetina kilometara godišnje, a period potpune izmjene vode (t) je od desetina do nekoliko stotina godina.

Rice. 4. Hidrogeohemijski presek Južnog Urala

1–9 – hemijski sastav i mineralizacija podzemnih voda, g/l: 1 – kalcijum bikarbonat (do 0,5), 2 – natrijum bikarbonat (0,5–1), 3 – hidrokarbonat, rjeđe sulfatno-hidrokarbonat i hlorid-bikarbonat raznih katjonski sastav (do 1), 4 – kalcijum sulfat (1–3), 5 – natrijum sulfat i kalcijum-natrijum (3–10, retko više), 6 – sulfat-hlorid (3–10), 7 – sulfat- natrijum natrijum hlorid (10–36), 8 – natrijum hlorid (36–310), 9 – kalcijum-natrijum i natrijum-kalcijum hlorid (250–330); 10 – relativno vodootporne halogene stijene Kungura; 11–13 – granice: 11 – hidrogeohemijska, 12 – stratigrafska, 13 – gornja granica distribucije vodonik sulfida u podzemnim vodama; 14 – bunar: a – na liniji profila, b – projektovan za nju (slika – salinitet vode (g/l) u ispitivanom intervalu), 15 – izolinije sadržaja broma, 16 – hidroizoterme.

Unutar hidrokarbonatne zone razlikuju se dvije podzone: gornja - kalcijum (magnezijum-kalcijum) i donja - natrijumske vode. Debljina potonjeg obično se kreće od 20 do 100 m, a rijetko i više (Yuryuzano-Ai depresija). Mineralizacija natrijum bikarbonatnih (soda) voda je obično 0,5–0,9 g/l, ali u nekim slučajevima dostiže 1,2–1,7 g/l. Genetski, čiste soda vode usko su povezane sa terigenim, suštinski glinovitim permskim formacijama, predstavljenim međuslojnim peščarima, alevrom, muljcima i glinama. Imaju prilično niska svojstva filtracije i malo vode. Gasni sastav hidrokarbonatnih voda odgovara oksidacionoj geohemijskoj sredini: N 2 30–35, CO 2 5–30, O 2 do 10 mg/l. Zasićenost gasom je obično 15–50 ml/l, Eh +100…+650 mV, pH 6,7–8,8, T 4–6 C. Sadržaj helijuma (He) odgovara atmosferskom (5×10–5 ml/l).

Zona sulfatnih bočatih i slanih voda je svuda razvijena, isključujući džepove prirodnog i umjetnog (područja nekih naftnih polja) utjecaja dubokih slanica. Obuhvata sulfatne i hidrokarbonatno-sulfatne klase voda sa mineralizacijom od 1–3 do 15–20 g/l, nastalih u oksidacionoj geohemijskoj sredini uglavnom u permskim naslagama gipsa. U hidrogeodinamičkom smislu, odgovara i zoni intenzivne cirkulacije (iznad useka erozione mreže) i zoni otežane razmjene vode, gdje se brzina kretanja podzemnih voda smanjuje na desetine metara godišnje, i vremenu potpunog vodostajanja. razmjena se, naprotiv, povećava na stotine i hiljade godina.

Dubina sulfatne vode varira od 0 do 250 m ili više. Prosječna debljina zone je oko 100–150 m (vidi sl. 4). Unutar zone nalaze se glavni resursi ljekovite vode za piće infiltracionog porijekla, u čijem formiranju sastava vodeću ulogu imaju procesi ekstrakcije gipsa iz stijena i pojave jonske izmjene uz učešće apsorbiranog kompleksa stijena. .

Kiseoničko-azotni i azotni sastav sulfatnih voda nastaje usled ulaska vazdušnih gasova zajedno sa infiltracionim vodama, a samo u retkim slučajevima, kada je osnova zone duboko uronjena i njena debljina je velika, H je prisutan u gasna faza 2 S, genetski povezan s biohemijskim procesima u sulfatnim i bitumenskim permskim stijenama. O koncentracija 2 niz dio zone, zbog potrošnje na oksidaciju organske tvari, željeza i sulfida, opada sa 4–5 mg/l na nulu, a vrijednost Eh opada sa +250 na –150 mV. Kiselinsko-bazni potencijal pH varira od 7,3 do 8,8; T 4–10 C. Povećava se sadržaj helijuma (do 30–100×10–5 ml/l)

Prema kationskom sastavu, vode sulfatne zone pripadaju dvije glavne grupe - kalcijum (magnezijum-kalcijum) i natrijum (kalcijum-natrijum), koje odgovaraju hidrogeohemijskim podzonama gipsanih i glauberijskih voda.

Mineralizacija voda u gornjoj podzoni obično ne prelazi 2,5–2,6 g/l. To su tipične vode za ispiranje gipsa, gipsanih terigenih i karbonatnih stijena u kojima dominiraju sulfatni joni (do 80–90%), kalcijum i magnezijum (ukupno do 90–98%). Debljina podzone varira od 10 do 100 m.

Sulfat natrijumske vode donje podzone ograničene su na isključivo terigene permske sedimente sa gipsom lagunsko-morskog porekla, koji leže ispod dna glavnih reka regiona. Najrazvijeniji su u gornjopermskim naslagama na zapadu regije, gdje dubina krova podzone varira od 10-20 m u riječnim dolinama do 200 m na slivovima. Njegova debljina je u prosjeku 100 m. U slivu Cis-Urala, sulfatne natrijumske vode se otvaraju na dubini od 100–300 m; Debljina podzone ovdje može doseći 120-150 m.

Mineralizacija natrijum-sulfatnih voda kreće se od 1,4 do 20, obično 3-10 g/l, i raste sa dubinom. Sa vrijednošću mineralizacije do 6,0–6,5 g/l, kationski sastav vode je obično kalcijum-natrijum ili miješan (trokomponentni). U mineralizovanijim vodama vodeću ulogu među kationima ima natrijum (do 85–90%), koji u apsolutnom iznosu iznosi 4–5 g/l. Formiranje natrijum sulfatnih voda je posledica dva međusobno povezana i međusobno zavisna procesa koji stimulišu jedan drugog: ekstrakcija CaSO 4 i adsorpciju izmene između kalcijuma iz rastvora i natrijuma apsorbovanog kompleksa kamena.

Zona sulfatno-hloridnih voda sa salinitetom od 5-36 g/l, kao i ova iznad, povezana je uglavnom sa permskim naslagama i karakterišu je uslovi teškog hidrogeodinamičkog režima. Geohemijski, zona zauzima srednji položaj, razlikuje se po redoks uslovima (Eh od +100 do 180 mV; pH 6,7–7,5), atmosferskim gasovima (O 2, N 2 ) i biohemijski (H 2 S) porijeklo. Zbog toga se mineralne sulfatno-hloridne vode, ovisno o sastavu plina, mogu koristiti za ljekovito piće ili u balneološke svrhe.

Istočno od meridijana grada Ufe, u rubnom dijelu sliva Volga-Kama i u preduralskom basenu, sumporovodikove sulfatno-hloridne vode (5-30 g/l) su uspostavljene u karbonatnim i terigenskim -karbonatne naslage donjeg perma, au basenu zapadnog Urala - u karbonatnim i devonskim naslagama karbonata. Debljina zone ovdje dostiže 250 m.

Zona hloridnih slanica razvijena je svuda, zauzima najveći interval hidrogeohemijskog odseka (od 3 km na Ufskoj visoravni do 10-11 km u Preduralskom koritu) i u potpunosti odgovara donjem nivou arteskog basena.

Zona sadrži dvije glavne podzone: natrijum (CaCl 2 manje od 20%) i natrijum-kalcijum (CaCl 2 do 50–70%, odnosno 100–150 g/l) salamuri. Ove podzone se razlikuju ne samo po opštem sastavu jona i soli, već i po mikrokomponentnom i gasnom sastavu voda, kao i po hidrogeodinamičkim uslovima.

Glavne komponente gasa donje podzone - CH 4 i N 2. H 2 U njemu nema slova S. Naprotiv, N 2 S je obavezna komponenta gasnog sastava slanih rastvora u gornjoj (natrijum) podzoni. Jedan od neophodnih uslova za biohemijsko stvaranje H 2 Poznato je da je S pokretljivost podzemnih voda, koja osigurava otapanje CaSO 4 i aktivnost bakterija koje redukuju sulfat. Ova okolnost, kao i podaci o stepenu metamorfizacije slanih rastvora (rNa/rCl), vrednostima gradijenta broma (Br/H), koeficijentima Br/M, He/Ar, daju osnovu za povezivanje gornjeg podzona sa uslovima veoma otežane razmene vode, a donja podzona sa uslovima kvazi stajaćeg vodnog režima.

Predavanje 5. Geološka aktivnost podzemnih voda

Plan:

Karst

Frakturiranje stijena

Suffusion

I. Karst. Prema definiciji D.S. Sokolova (1962) karst je proces razbijanja i uništavanja propusnih topljivih stijena prvenstveno ispiranjem pokretnim vodama. Razlikuju se kraške stijene - slane stijene (njihova površina u svijetu je 4 miliona km 2 ), anhidrit gipsa (7 miliona km 2 ) i karbonatnih stijena (40 miliona km 2 ). Ima slanog krša, gipsa, karbonata. Da bi nastao krš, moraju biti prisutni sljedeći uslovi:

prisustvo rastvorljivih stena,

prisutnost pukotina koje omogućavaju da voda cirkulira u stijenama,

prisustvo pokretnih voda,

moć rastvaranja pokretnih voda.

Tek kada se ovi uslovi spoje, nastaje krš.

Glavni karstni oblici:

pukotine, kraške vrtače, bunari, slijepe jaruge, doline itd.,

kraške pećine, kanali i druge velike kraške šupljine,

šupljine i sekundarna poroznost.

Prema stepenu preklapanja kraških stijena razlikuju se podklase zatvorenog, pokrivenog, prekrivenog i golog krša. Gotovo 50% teritorije Baškortostana je krš (Sl. 5, Tabela 5).

Rice. 5. Šema zoniranja krša

Za simbole pogledajte tabelu. 5

Tabela 5

Zoniranje krša u Baškortostanu

Kraj tabele 5

II. Frakturiranje stijena.Pukotina je oblik narušavanja kontinuiteta stijena, rasprostranjen u sedimentnim, magmatskim i metamorfnim formacijama zemljine kore. Pukotina je važan faktor koji određuje vodopropusnost stijena.

U skladu sa poznatom klasifikacijom D.S. Sokolova postoje četiri kategorije pukotina: litogenetske, tektonske, rasterećene i vremenske.

Litogenetske pukotinenastaju tokom procesa litogeneze zbog unutrašnje energije stijene (sedimenta). Njihova karakteristična karakteristika je njihova lokalizacija unutar datog sloja (unutarslojne pukotine); njihov smjer može biti različit: paralelno s posteljinom, okomito ili nagnuto na nju.

Tektonske pukotinerezultat su naprezanja i kretanja zemljine kore, formirajući plikativne (nabrane) i disjunktivne (diskontinuirane) deformacije stijena. Podijeljeni su u dvije vrste: unutarslojni i rezanje više slojeva. Tektonske i litogenetske unutarslojne pukotine su vrlo slične i stoga ih je praktički teško razlikovati.

Pukotine za istovar i vremenske uslovepripadaju egzogenoj grupi. Oni se, po pravilu, nadograđuju na rešetku već postojećih lomova endogenog porijekla (litogenetskog i tektonskog) i na planetarno lomljenje.

Nivo znanja o lomljenju stijena u Baškortostanu nije isti u različitim regijama. Najveća kompletnost informacija o ovom pitanju dostupna je za sedimentni pokrivač platformske teritorije Južnog Urala (Zapadni Baškortostan), gdje je lomljenje proučavano u procesu hidrogeoloških istraživanja, istraživanja i eksploatacije naftnih polja i traženja vodosnabdijevanja. izvori. Lomljenje stijena u naboranoj planinskoj regiji Baškortostana je slabo proučavano.

Među pukotinama u stijenama platformnog područja Baškortostana ističu se tektonske, litogenetske unutarslojne i sekantne pukotine. Uobičajeni su u svim litološkim varijantama permskih stijena koje formiraju sedimentni pokrivač platforme - gips, krečnjak, lapor, alevrit, muljnjak i gline nalik muljici, pješčenici, itd. °) su prilično rijetke. Površina ravnih, otvorenih i zjapećih pukotina je glatka (kod gipsa i krečnjaka) i hrapava (kod pješčanika), vrlo glatka, a na mjestima kao uglačana (u glinama sličnim argilitu). Na zidovima se nalaze naslage hidroksida gvožđa i mangana, naslage kalcita i gipsa.

Najrazbijenije su gline i gline nalik muljici (gustina pukotina 0,1–0,3 m). U masivnim srednje i debeloslojnim krečnjacima pukotine se nalaze jedna od druge na udaljenosti od 0,5–2,5 do 5–9 m, a u tankoslojnim i lisnatim krečnjacima - od 0,1 do 0,4 m, rjeđe do 1,5 m. , u gipsu - od 0,5 do 2,0 m ili više. Gustoća pukotina u pješčenicima ovisi o sastavu i vrsti njihovog cementa. Pješčenjaci koji su slabo cementirani i srednje gustoće s glinovitim cementom bazalnog tipa lome se intenzivnije od jakih sorti pješčenjaka sa karbonatnim cementom.

Maksimalna širina unutarslojnih i poprečnih pukotina nalazi se u masivnim, čistim krečnjacima i jakim pješčanicima (1–20, ponekad i do 50 cm). U tankoslojnim glinovitim krečnjacima i laporcima širina pukotina je od 0,2 do 3 cm.

U kungurskom gipsu, unatoč svojoj masivnosti, širina unutarslojnih i sekantnih pukotina je mala (do 1-1,5 cm), što je povezano s visokom plastičnošću stijena. Istovremeno, pukotine u njima služe kao početni uzrok razvoja kraškog procesa duž njih, uzrokujući naglo povećanje vodopropusnosti (do 100 m/dan). U dolinskim zonama kraške stijene su također komplikovane rasterećenjem pukotina.

U permskim naslagama južnog Cis-Urala utvrđena su dva preovlađujuća smjera unutarslojnih i usjecajućih pukotina, orijentiranih pod pravim kutom jedna na drugu i na ravninu ležišta. Ovi pravci su: na visoravni Bugulma-Belebeevska - SZ 320–340° i NE 40–60° ili SZ 290–300° i NE 25–30° (Sl.6a), u depresiji Kama-Belsky - NW 290–335° i NE 45–70°, na visoravni Ufa (sl.6b) - SZ 320–340° i NE 40–60° ili SZ 270–280°, u depresiji Yuryuzan-Ai (regija Yangan-Tau) - SZ 310–320° i NE 40–55° ili SZ 270–290 ° i NE 15–25°, u južnom dijelu Belske depresije - NW 340–350° i NE 60–70°. Na sjeverozapadni pravac otpada 40–52%. od ukupnog broja izmjerenih pukotina, a udio sjeveroistočnih pukotina je do 35%.

Rice. 6. Rose dijagrami pravca unutarslojnih i sekantnih pukotina u permskim naslagama južnog Cis-Urala (u %)

a - Bugulma-Belebeevska visoravan; b - Ufska visoravan

Vodeća uloga tektonskih procesa u formiranju lomljenja stijena na platformskim strukturama utvrđena je i priznata od strane mnogih istraživača. Stvarni materijal o lomljenju gornjopermskih naslaga visoravni Bugulma-Belebeevska i donjopermskih stijena Ufske visoravni i Pribelske ravnice ukazuje na slaganje maksimuma lomljenja i elemenata pojave stijena.

Lokacija hidrografske mreže razmatrane teritorije je također u skladu sa preovlađujućim pravcima lomljenja. Intenzivna karstifikacija karbonatnih naslaga također je ograničena na linearne zone tektonskog lomljenja.

Vrsta litogenetskih pukotina suisušivanje pukotina. Nastaju u subaeralnim uslovima uz učešće agenasa za vremenske uticaje, otvoreni su na površini i brzo se sužavaju sa dubinom. Što je debljina sloja manja, to je veći broj takvih pukotina. Pukotine koje se suše mogu se pratiti do dubine od 2,5–3 m od površine, njihova širina se kreće od 1–2, rijetko 2,5–3 cm u gornjem dijelu presjeka do 1–2 mm u donjem dijelu. Pukotine su otvorene ili ispunjene rastresitim humusnim materijalom.

Prijelomi litogenetskog slojajasno izražena u krečnjacima i pješčarama, najveće gustine (0,03–0,1 m) i najmanje otvorenosti (0,1–0,3 cm) karakteristične za tankoslojne krečnjake. Pukotine u njima obično su ispunjene glinenim materijalom. U krečnjacima srednje i debele ploče gustina pukotina je 0,5–0,8 m, a širina 0,5–2,0 cm.U pješčanicima gustina naslage pukotina varira od 0,05 do 0,3 m, a širina od 0 . 05–0,1 do 1–3 cm Gotovo sve pukotine imaju rastresito pjeskovito glinasto punilo.

Iskrcavanje pukotina(bočni i donji pritisak) razvijeni su u riječnim dolinama. Njihovo formiranje povezano je s dekompresijom stijena uzrokovanom oslobađanjem geostatskog pritiska pod utjecajem erozije. Debljina zone istovara u riječnim dolinama istočnoevropske i sibirske platforme, prema literaturnim podacima, iznosi nekoliko desetina metara. U sedimentnim stijenama dubina distribucije dekompaktiranih stijena ovisi o njihovoj čvrstoći i varira od 30 do 50 m.

Pukotine pri rasterećenju je najdetaljnije proučavao A.G. Lykoshin u dolini rijeke.Ufa tokom istraživanja za hidroelektranu Pavlovsk. U jami je uočio pukotine širine od 3 do 25 cm, na nekim mjestima ispunjene glinovitim materijalom. Sa dubinom, broj pukotina i njihova širina naglo se smanjuju. U dolini rijeke Belaya u regiji Ufa, pukotine u bočnom zidu razbijaju gips u zasebne blokove paralelno sa padinom.

Pukotine na rasterećenju u područjima Bugulma-Belebeevske uzvišenja, Kama-Belsky i Yuryuzano-Aisky depresije praktički nisu vizualno proučavane. Međutim, treba napomenuti da u riječnim dolinama južnog Cis-Urala, u uslovima međustratnih silaznih tokova vode, bočne tlačne pukotine, prelazeći i vodopropusne i vodootporne stijene na padinama, doprinose drenaži vode. vodonosnika do nivoa rijeke. Ovo objašnjava niske protoke izvora, njihov mali broj, kao i slabo izraženu spratnost na strmim padinama dolina Belaja, Ika, Ufa, Jurjuzan, Aja, Čermasan, Useni, Dema itd. koji se nalaze u rubnim dijelovima dolina i ne dostižu nivo rijeke često se ispostavi da su malovodni ili čak bezvodni.

Prisutnost pukotina u bočnom zidu, koje izoluju masiv vrućim plinovima iz vodonosnika sliva Yuryuzan-Ai, također objašnjava "fenomen" Yangantau (gasni termalni fenomen) Baškortostana.

Obimni materijal hidrogeoloških istraživanja i vodoistražnih radova na ovoj teritoriji ukazuje da je vodopropusnost gustih stijena, koja, kao što je poznato, zavisi od njihove lomljenosti, znatno (u prosjeku 10 puta) veća u riječnim dolinama nego u slivovima. Na primjer, u dolinama rijeka Syun, Baza, Chermasan i drugih, koeficijenti filtracije vodonosnih Ufa pješčara kreću se od 1–5 do 10–15 m/dan, ponekad i više, dok na slivovima ne prelaze desetine m. /dan.

Slična ovisnost vodopropusnosti od orografskih uvjeta uočena je i za glinovite stijene. Ovaj obrazac je, po svemu sudeći, opće prirode i ukazuje na prisutnost oslabljenih zona ispod riječnih dolina s povećanom vodopropusnošću stijena, a time i većom lomljenošću, u čijem nastanku faktor rasterećenja nesumnjivo igra značajnu ulogu.

Punjenje stijena u naboranoj planinskoj regiji Baškortostana proučavali su brojni istraživači (Yu.E. Zhurenko, I.K. Zinyakhina, A.P. Rozhdestvensky, V.A. Romanov, G.S. Senchenko, R.A. Fatkullin, itd.). Oni ukazuju na dominantan razvoj pukotina tektonskog i litogenetskog tipa na ovom području.

Pukotina stijena se nalazi u gotovo svakoj stijeni, bez obzira na strukturni položaj, petrografski sastav, starost, formirajući složen sistem (mrežu) malih i većih pukotina koje prosijeku stijensku masu do znatne dubine (do 300–400 m). Najveće pukotine, grupisane u sisteme određenih pravaca, odvajaju masivne i guste sedimentne, magmatske i metamorfne stijene u blokove - pojedinačne jedinice različitih oblika i veličina.

Među sistemima lomljenja koji prodiru u stijene Južnog Urala postoje neke generalno beznačajne razlike u orijentaciji lomljenja u stijenama različite starosti i petrografskog (litološkog) sastava koje se otkrivaju statističkom obradom terenskih mjerenja. Dakle, prema R.A. Fatkullin, u pretkambrijskim stijenama metamorfnog kompleksa Uraltauskog antiklinorija (škriljci, kvarciti), pukotine nastaju u azimutima od 20°, 50°, 280°, 320°, 340°, u pješčanicima formacije Zilair (D 3 fm – C 1 t) - 0°, 40°, 80°, 350°, u magmatskim stenama silurske i devonske starosti uzvisine Irendik - 0°, 20°, 40°, 80°, 350°, u devonskim magmatskim stenama Kizila -Urtazym synclinorium - 30°, 60°, 90°, 280–300°, 350°.

Glavni pravci hidrografske mreže regije poklapaju se sa lomljenjem stijena.

Rastvorljivost stijena. Ovaj proces igra vitalnu ulogu u formiranju krša. Rastvorljivost stijena uvelike varira u prisustvu drugih soli (tablice 6, 7, 8).

Tabela 6

Rastvorljivost u prisustvu (V. M. Levchenko, 1950)

G/l

2,085

2,25

3,14

4,35

7,48

6,96

6,64 ,% zapremine

0,00

0,03

0,30

10,00

100,00

III. Suffusion – mehaničko uklanjanje sitnih čestica iz rastresitih stijena i pukotina kretanjem podzemnih voda.

Sufuzija je rezultat hidrodinamičkog pritiska koji filtrirana voda vrši na stijenu. Sufuzija se obično javlja u pješčanim stijenama. Uklanjanje čestica počinje kada gradijent pritiska dostigne kritičnu vrijednost. Kritični gradijent prema E.A. Zamarin je jednak

γ je gustina pijeska, n je poroznost pijeska u frakcijama jedinica.

Do sufozije dolazi ispod temelja hidrauličnih objekata i kanala i može dovesti do razaranja konstrukcija.

Predavanje 6. Procjena rezervi podzemnih voda

Za razvoj i vađenje podzemnih voda potrebno je poznavati rezerve podzemnih voda (ponekad se nazivaju resursi). Sastoje se od nekoliko vrsta:

Vekovima star

Q veka = F×H×µ, gdje je F površina distribucije vodnog horizonta, km 2 ; H – debljina vodnog horizonta, m, µ – izdašnost vode.

Obnovljivi prirodni resursi (rezerve).

Q WHO = MF, gdje je M modul podzemnog protoka l/s×km 2 .

Operativne rezerve

Q ex = +0,7Q exc , gde je α koeficijent ekstrakcije, maksimalna dozvoljena vrednost sniženja nivoa vodnog horizonta (obično ne više od polovine debljine vodonosnog sloja, α = 0,5), t je navedeno radno vreme, godine (obično se računa za 15 , 25, 50 godina).

Za korištenje podzemnih voda morate znatioperativni resursi. Ovo je zapremina podzemne vode u m 3 /dan, koji se može dobiti tehnički i ekonomski racionalnim vodozahvatnim objektima pod zadatim režimom rada i kvalitetom vode koji zadovoljava zahtjeve tokom cijelog predviđenog perioda potrošnje vode.

Operativne rezerve (resurse) obezbjeđuju:

prirodne (vekovne) kapacitivne rezerve;

prirodni (obnovljivi) resursi;

privučeni resursi;

vještačke rezerve (formirane tokom hidrotehničke izgradnje, navodnjavanja, vještačkog dopunjavanja).

Operativne rezerve su podijeljene u 4 kategorije: A, B, C 1, C 2 . Kategorije A i B su industrijske rezerve.

Predavanje 7. Režim podzemnih voda

Pod modom podzemne vode treba shvatiti kao promjene njenog nivoa, temperature, hemijskog sastava i protoka u vremenu i prostoru pod uticajem prirodnih i vještačkih faktora.

Pod prirodnim faktorima, utičući na režim podzemnih voda, razumeju promenu uslova prihranjivanja i ispuštanja podzemnih voda u zavisnosti od režima površinskih voda, kao i od količine padavina, temperature i vazdušnog pritiska. Brojni istraživači povezuju promjene u režimima podzemnih voda sa sunčevom aktivnošću.

Veštački faktori, koji utiču na režim podzemnih voda povezani su sa praktičnim ljudskim aktivnostima. To uključuje pumpanje, podizanje horizonta vode u rezervoarima, navodnjavanje, drenažu itd.

Potrebno je razlikovati dnevne, sezonske, godišnje i dugoročne promjene elemenata režima podzemnih voda.

Najpotpunije su proučavane dnevne fluktuacije nivoa; zavise od deficita vlage u zoni aeracije i reda su 0,7-3,2.

Sezonske varijacije uglavnom zavise od padavina i temperature tla; Utjecaj ovih faktora jasno je zabilježen u proljeće i jesen.

Godišnja kolebanja nivoa podzemnih voda zavise od količine padavina, njihovog intenziteta, deficita vlage i temperature tla. Godišnje amplitude fluktuacija su 0,78-3,05 m. Prema 60-godišnjim zapažanjima, bilježi se niz maksimuma i minimuma koji se ponavljaju svakih 10-13 godina. Minimalni vodostaji poklapaju se sa sušnim godinama, a maksimalni sa vlažnim godinama.

Uobičajeno je razlikovati dvije vrste režima podzemnih voda: obalni i sliv.

U područjima sliva, režim podzemnih voda uglavnom zavisi samo od klimatskih faktora; Fluktuacije nivoa površinske vode imaju mali efekat.

Režim podzemnih voda u obalnim riječnim i morskim područjima ili u blizini akumulacija je u direktnoj vezi sa režimom površinskih voda; njihov uticaj utiče na udaljenosti do 5-11 km. Amplituda kolebanja nivoa podzemne vode u bunaru koji se nalazi 1 km od rijeke doseže 6,5 m.

Na režim podzemnih voda utiču plimne struje koje se protežu i do 15 km od obale.

U područjima sa vlažnom klimom, amplituda kolebanja nivoa podzemnih voda daleko od reka obično ne prelazi 1-1,5 m i retko dostiže 2-2,5 m. Najveća amplituda se primećuje u proleće tokom perioda topljenja snega, a najmanja zimi . Produktivnost vodonosnika, kao i hemijski sastav i temperatura podzemnih voda, malo se mijenjaju tijekom godine.

U planinskim područjima, fluktuacije nivoa podzemnih voda i promjene u produktivnosti vodonosnika tokom cijele godine su veoma dramatične.

U aridnim područjima, kao iu vlažnim, režim podzemnih voda zavisi od meteoroloških faktora. Razlika u režimu ovih područja je u tome što u aridnim područjima godišnja amplituda kolebanja nivoa podzemnih voda dostiže 6-8 m uz značajno smanjenje produktivnosti vodonosnika.

Pod uticajem veštačkih faktora, režim podzemnih voda može se dramatično promeniti. To se najjasnije očituje u područjima vodozahvata i rudarstva, gdje je smanjenje nivoa podzemnih voda godišnje najmanje 1,5-2 m.

Promjena režima podzemnih voda, posebno kolebanja njenog nivoa, od velike je praktične važnosti: kada nivo poraste, može doći do plavljenja objekata ili zamočvarenja područja, a u aridnim područjima gdje podzemne vode leže na maloj dubini od 1,5 m, a podizanje nivoa može uzrokovati isparavanje s površine podzemnih voda i nakupljanje soli u tlu uz stvaranje solonaca ili solončaka.

Predavanje 8. Osnovi inženjerske geologije

Plan:

Pojam inženjersko-geoloških svojstava stijena.

Metode za proučavanje inženjersko-geoloških svojstava stijena.

Osnovna inženjersko-geološka svojstva stijena.

Tehnička rekultivacija stijena.

Stene koje se koriste kao temelji za različite strukture su tla. Tla su stijene i tla koji se proučavaju kao višekomponentni sistemi koji se mijenjaju tokom vremena, s ciljem razumijevanja kao objekta ljudskog inženjerskog djelovanja. Zbog razlika u poreklu i geološkom razvoju, stijene nisu iste. Neka svojstva se mogu promijeniti tokom rada struktura. Inženjersko-geološka svojstva su pod uticajem geomorfoloških uslova, savremenih geoloških procesa, hidrogeoloških uslova (dubina podzemnih voda, hemijski sastav) itd.

Proučavaju se inženjersko-geološka svojstva stijena:

geološke metode (starost stijena, porijeklo, priroda pojave, debljina) sa bušenjem bušotina i jama.

korištenjem terenskih metoda (žigova). Zasnivaju se na korištenju posebnih instalacija koje omogućavaju procjenu svojstava stijena u uvjetima njihove prirodne pojave (nasipanje, pumpanje itd.).

laboratorijske metode (granulometrijski sastav, plastičnost, prirodna vlažnost, poroznost, stepen gustine, zapreminska težina, dijagram tla, itd.).

Pri proučavanju stijena proučava se njihovo stanje (lomi, trošenje, punjenje pukotina, tlačna čvrstoća itd.). Klasifikacija svojstava čvrstoće stijena data je u tabeli. 9.

Tabela 9

Klasifikacija stijena prema čvrstoći na pritisak 60-100

100-150

150-230

230-350

350-520

520-800

800-1200

1200-1800

1800-2700

>2700

Glavna inženjersko-geološka svojstva stijena uključuju sljedeće pokazatelje:

1. Granulometrijski sastav nekohezivnih (utvrđen analizom sita) i kohezivnih stijena određuje se hidrometrijskom metodom - na osnovu različitih brzina taloženja čestica u vodi). Stopu poravnanja određuje Stokes. Koeficijent heterogenosti i prečnika čestica, manji od kojih data stijena sadrži 60 odnosno 10% čestica. Kada je K > 3, stijene se nazivaju heterogene.

2. Gustina stijena - odnos mase čvrstih čestica prema njihovoj zapremini (gustina pješčanih stijena je obično 2,5-2,8 g/cm³).

3. Poroznost stijene - odnos volumena svih pora i ukupnog volumena stijene: .

4. Za pijesak i šljunak određuje se ugao mirovanja. Ovo je ugao koji formira površina pješčanog stošca s horizontalnom ravninom kada se pijesak slobodno sipa na ravan u zračno suhom stanju.

5. Plastičnost - sposobnost stijene da mijenja oblik pod utjecajem vanjskih sila bez razaranja ili lomljenja. Određuje se u opsegu vlažnosti. Gornja granica plastičnosti je vlažnost, s povećanjem koje stijena gubi svoja plastična svojstva.

Tehnička rekultivacija stijena sastoji se od regulacije i transformacije stanja i svojstava stijena u datom smjeru, promjene granulometrijskog sastava, strukture kristalne rešetke i stepena čvrstoće. Određene metode tehničke rekultivacije proizvode tako duboke i radikalne promjene da potpuno gube svoja prirodna svojstva. Kao rezultat silicizacije u dva rješenja, pijesak se pretvara u monolitne stijene. Glinene stijene se nakon pečenja, smrzavanja, cementiranja pretvaraju u kamen.

Metode rekultivacije stijena: ojačanje granulometrijskim aditivima, mehaničko zbijanje (vibraciono zbijanje), valjanje, seizmičko zbijanje, redukcija vode itd.

Književnost

Main

Vsevolozhsky V.A. Osnovi hidrogeologije: Udžbenik. - 2nd ed. M: Izdavačka kuća Moskovskog državnog univerziteta, 2007. 448 str.

Bogomolov G.V. Hidrogeologija sa osnovama inženjerske geologije. M.: Izdavačka kuća "Viša škola", 1966. 316 str.

Dodatno

Abdrakhmanov R.F. Hidrogeoekologija Baškortostana. Ufa: Informreklama, 2005. 344 str.

Abdrakhmanov R.F. Metodičko uputstvo za izvođenje praktičnih vežbi iz predmeta „Hidrogeologija“. Ufa, IG UC RAS, 2008. 44 str.

Abdrakhmanov R.F., Martin V.I., Popov V.G. i dr. Karst Baškortostana. Ufa: Informreklama, 2002. 383 str.

Abdrakhmanov R.F., Chalov Yu.N., Abdrakhmanova E.R. Svježe podzemne vode Baškortostana. Ufa: Informreklama, 2007. 184 str. pdf U knjizi su sumirani rezultati istraživanja u oblasti upotrebe geotermalnih metoda za rješavanje teorijskih i primijenjenih problema...

Strokova L.A. (komp.) Inženjerske konstrukcije

• 1.33 MB
• dodano 03.12.2011

Tutorial. – Tomsk: Izdavačka kuća. TPU, 1999. – 114 str.

Udžbenik je posvećen razmatranju različitih tipova inženjerskih objekata (građevinskih i industrijskih, hidrauličnih, linearnih).
Priručnik je pripremljen na Katedri za hidrogeologiju i inženjersku geologiju Tomskog politehničkog univerziteta i namenjen je studentima...

Tema: Hidrogeologija kao nauka. Voda u prirodi.

1. Hidrogeologija. Faze razvoja hidrogeologije.

Prisjetimo se definicije nauke o hidrogeologiji. Hidrogeologija- nauka o podzemnim vodama, proučavanje njenog porekla, uslova nastanka i rasprostranjenja, zakona kretanja, interakcije sa vodonosnim stenama, formiranja hemijskog sastava itd.

Razmotrimo ukratko istoriju razvoja ove nauke.

1.1 Faze razvoja hidrogeologije

U istoriji proučavanja podzemnih voda u SSSR-u postoje 2 perioda:

1) predrevolucionarni;

2) postrevolucionarni.

U predrevolucionarnom periodu mogu se razlikovati tri faze u proučavanju podzemnih voda:

1. akumulacija iskustva u korišćenju podzemnih voda (X - XVII st.)

2. prvi naučni generalizovani podaci o podzemnim vodama (XVII - sredina XIX veka)

3. formiranje hidrogeologije kao nauke (druga polovina 19. i početak 20. veka)

Godine 1914. na Inžinjerskom fakultetu Moskovskog poljoprivrednog instituta (danas Moskovski institut za navodnjavanje) organiziran je prvi odjel hidrogeologije u Rusiji.

Postrevolucionarni period se može podijeliti u 2 faze:

1. predratni (1917-1941)

2. poslijeratni

Za obuku hidrogeoloških inženjera, 1920. godine osnovana je hidrogeološka specijalnost na Moskovskoj rudarskoj akademiji: nešto kasnije uvedena je i na drugim institutima i univerzitetima. Na institutima su predavali najistaknutiji hidrogeolozi F.P. Savarensky, N.F. Pogrebov, A.N. Semihatov, B.C. Ilyin et al.

Do početka prvog petogodišnjeg plana (1928), kao i tokom narednih petogodišnjih planova, hidrogeološka istraživanja su obavljena u Donbasu, Istočnom Zakavkazju, Centralnoj Aziji, Severnoj Ukrajini, Kazahstanu, Turkmenistanu i mnogim drugim regionima zemlja.

Veliki značaj za dalji razvoj hidrogeologije imao je Prvi svesavezni hidrogeološki kongres, održan 1931. godine. u Lenjingradu.

Tridesetih godina 20. stoljeća prvi put su izrađene zbirne karte (hidrogeološke, mineralne vode, hidrogeološko zoniranje), koje su imale veliki značaj za planiranje daljnjih hidrogeoloških istraživanja. Istovremeno, pod uredništvom N.I. Tolstikhina, počeli su objavljivati ​​svesci "Hidrogeologija SSSR-a". Prije Velikog domovinskog rata objavljeno je 12 brojeva ovog višetomnog djela.

Poslijeratnu fazu karakterizira nakupljanje materijala u dubokim vodama.

Za dublju naučnu analizu i široku regionalnu generalizaciju materijala o podzemnim vodama, odlučeno je da se pripremi za objavljivanje 45 svezaka „Hidrogeologije SSSR-a“, a pored toga, sastavi 5 konsolidovanih svezaka.

2. Voda u prirodi. Kruženje vode u prirodi.

Na planeti, voda se nalazi u atmosferi, na površini zemlje i u zemljinoj kori. U atmosferi voda se nalazi u njenom donjem sloju - troposferi - u različitim stanjima:

1. para;

2. kapljica tečnosti;

3. teško.

Površno voda je u tečnom i čvrstom stanju. U zemljinoj kori Voda se nalazi u pari, tečnosti, čvrstom stanju, a takođe iu obliku higroskopne i filmske vode. Zajedno, površinske i podzemne vode čine vodenu školjku - hidrosfera.

Podzemna hidrosfera je odozgo ograničena površinom zemlje, njena donja granica nije pouzdano proučena.

Postoje veliki, unutrašnji i mali krugovi. Tokom velikog ciklusa, vlaga isparava sa površine okeana, prenosi se u obliku vodene pare vazdušnim strujama na kopno, pada ovde na površinu u obliku padavina, a zatim se vraća u mora i okeane površinskim putem i podzemno oticanje.

Uz malu cirkulaciju, vlaga isparava sa površina okeana i mora. Ovdje također pada u obliku padavina.

Okarakterisan je proces ciklusa u prirodi u kvantitativnom smislu bilans vode, jednadžba čiji udio zatvorenog riječnog sliva ima oblik za dugoročni period:

X = y+Z-W (prema Velikanovu),

gdje je x količina padavina po slivu, mm

y - protok rijeke, mm

Z - isparavanje minus kondenzacija, mm

W je prosječno dugotrajno punjenje dubokih akvifera zbog padavina ili oticanja podzemnih voda na površinu unutar riječnog sliva.

Unutrašnju cirkulaciju obezbjeđuje onaj dio vode koji isparava unutar kontinenata - sa vodene površine rijeka i jezera, sa kopna i vegetacije, i tamo pada u obliku padavina.

3. Vrste vode u mineralima i stijenama.

Jednu od najranijih klasifikacija tipova vode u rasnim stijenama predložio je 1936. godine A.F. Lebedev. U narednim godinama predložen je niz drugih klasifikacija. Na osnovu Lebedeve klasifikacije, većina naučnika razlikuje sljedeće vrste vode:

1. Parna voda

Nalazi se u obliku vodene pare u vazduhu, prisutna u porama i pukotinama stena i u tlu, kreće se zajedno sa vazdušnim strujama. Pod određenim uslovima može se kondenzacijom pretvoriti u tečni oblik.

Parna voda je jedina vrsta koja se može kretati u porama s malo vlage.

2. Vezana voda

Prisutan uglavnom u glinovitim stijenama, drži se na površini čestica silama koje znatno premašuju silu gravitacije.

Pravi se razlika između čvrsto vezane i slabo vezane vode.

A) snažno vezanu vodu(hidroskopski) je u obliku molekula u apsorbiranom stanju, koji se na površini čestica drže molekularnim i elektrostatičkim silama. Ima veliku gustoću, viskoznost i elastičnost, karakterističan je za fino raspršene stijene, nije sposoban otapati soli i nije dostupan biljkama.

b) labavo pletene(film) se nalazi iznad čvrsto vezane vode, drži se molekularnim silama, pokretljiviji je, gustina je bliska gustini slobodne vode, sposoban je da se kreće od čestica do čestica pod uticajem sila sorpcije, sposobnost rastvaranja soli se smanjuje.

3. Kapilarna voda

Nalazi se u kapilarnim porama stijena, gdje se drži i pomiče pod utjecajem kapilarnih (meniskusnih) sila koje djeluju na granici vode i zraka koji se nalaze u porama. Podijeljen je u 3 vrste:

A) stvarna kapilarna voda nalazi se u porama u vidu vlage iz kapilarne poplavne ravnice iznad nivoa podzemne vode. Debljina kapilarne poplavne ravnice zavisi od granulometrijskog sastava. Ona varira od nule u šljunku do 4-5 m u glinovitim stijenama. Sama kapilarna voda je dostupna biljkama.

b) suspendovana kapilarna voda nalazi se pretežno u gornjem horizontu stijene ili u tlu i nije u direktnoj vezi sa nivoom podzemne vode. Kada se sadržaj vlage u stijeni poveća iznad minimalnog kapaciteta vlage, voda teče u donje slojeve. Ova voda je dostupna biljkama.

V) voda u uglu pora se drži kapilarnim silama u porama pijeska i glinenih stijena na mjestima dodira njihovih čestica. Biljke ne koriste ovu vodu; kada se vlažnost poveća, može se pretvoriti u suspendiranu vodu ili u samu kapilarnu vodu.

4. Gravitaciona voda

Pokorava se gravitaciji. Kretanje vode nastaje pod uticajem ove sile i prenosi hidrostatički pritisak. Podijeljen je u 2 tipa:

A) curenje- slobodna gravitaciona voda u stanju kretanja naniže u obliku odvojenih tokova u zoni aeracije. Kretanje vode nastaje pod uticajem gravitacije.

b) vlaga vodonosnika, koji zasićuje vodonosnike u PV. Vlaga se zadržava zahvaljujući vodonepropusnosti vodootpornog sloja (daljnji razgovor se odnosi na temu „Gravitacijska voda“).

5. Voda kristalizacije

On je dio kristalne rešetke minerala, kao što je gips (CaS0 4 2H 2 O), i zadržava svoj molekularni oblik.

6. Čvrsta voda u obliku leda

Pored navedenih šest vrsta, postoje hemijski vezana voda, koji učestvuje u strukturi kristalne rešetke minerala u obliku H+, OH jona“, odnosno ne zadržava svoj molekularni oblik.

4. Koncept poroznosti i poroznosti.

Jedan od najvažnijih hidrogeoloških pokazatelja stijena je njihova poroznost. U peščanim stenama ima pare poroznost, a kod jakih - napukla.

Podzemne vode ispunjavaju pore i pukotine u stijenama. Zapremina svih praznina u stijeni naziva se krug duznosti. Naravno, što je veća poroznost, to stijena može zadržati više vode.

Veličina šupljina je od velike važnosti za kretanje podzemnih voda u stijenama. U malim porama i pukotinama, površina kontakta vode sa zidovima šupljina je veća. Ovi zidovi pružaju značajan otpor kretanju vode, pa je njeno kretanje u sitnom pijesku, čak i uz značajan pritisak, otežano.

Razlikuje se poroznost stijena: kapilarni(poroznost) i ne-kapilarni.

Za kapilarni radni ciklus uključuju male šupljine gdje se voda kreće uglavnom pod utjecajem površinske napetosti i električnih sila.

Nekapilarni radni ciklus uključuju velike šupljine lišene kapilarnih svojstava, u kojima se voda kreće samo pod utjecajem gravitacije i razlike tlaka.

Male šupljine u stijenama nazivaju se poroznost.

Postoje 3 vrste poroznosti:

2. otvoren

3. dinamičan

Totalna poroznost je kvantitativno određen omjerom volumena svih malih šupljina (uključujući one koje ne komuniciraju jedna s drugom) prema cjelokupnom volumenu uzorka. Izraženo u dijelovima jedinice ili u postocima.

Or

gdje je V n zapremina pora u uzorku stijene

V – zapremina uzorka

Ukupna poroznost karakterizira koeficijent poroznosti e.

Koeficijent poroznosti e izražava se omjerom volumena svih pora u stijeni prema zapremini čvrstog dijela stijene (skeleta) V c, izražen u dijelovima jedinice.

Ovaj koeficijent se široko koristi posebno u istraživanjima

glinena tla. To je zbog činjenice da glinena tla bubre kada su navlažena. Stoga je poželjno izraziti poroznost gline kroz e.

Omjer poroznosti se može izraziti na sljedeći način

, dijeleći brojilac i imenilac sa V c dobijamo

Vrijednost ukupne poroznosti je uvijek manja od 1 (100%), a vrijednost e može biti jednak 1 ili veći od 1. Za plastične gline e kreće se od 0,4 do 16.

Poroznost zavisi od prirode sastava čestica (zrna).

Nekapilarna poroznost uključuje velike pore u grubim klastičnim stijenama, pukotinama, kanalima, pećinama i drugim velikim šupljinama. Pukotine i pore mogu komunicirati jedna s drugom ili biti pokidane.

Otvorena poroznost karakterizira omjer volumena međusobno povezanih otvorenih pora prema cjelokupnom volumenu uzorka.

Za granularne, nekonsolidovane stijene, vrijednost otvorene poroznosti je blizu ukupne vrijednosti.

Dinamička poroznost izražava se kao omjer ukupne zapremine uzorka samo onog dijela volumena pora kroz koji se tekućina (voda) može kretati.

Istraživanja su pokazala da se voda ne kreće kroz cijeli volumen otvorenih pora. Dio otvorenih pora (posebno na spoju čestica) često je okupiran tankim filmom vode, koji se čvrsto drži kapilarnim i molekularnim silama i ne sudjeluje u kretanju.

Dinamička poroznost, za razliku od otvorene poroznosti, ne uzima u obzir volumen pora koje zauzima kapilarno vezana voda. Tipično, dinamička poroznost je manja od otvorene poroznosti.

Dakle, temeljna razlika između okarakteriziranih tipova poroznosti (kvantitativno) leži u činjenici da je u cementiranim stijenama ukupna poroznost otvorenija, a otvorena poroznost dinamičnija.

Kontrolna pitanja:

1. Šta proučava nauka o hidrogeologiji?

2. Kako kruženje vode funkcionira u prirodi?

3. Navedite vrste vode koje se nalaze u mineralima i stijenama.

4. Šta je poroznost? Koje su njegove vrste? Kako se određuje poroznost?

5. Šta mislim pod radnim ciklusom? Imenujte i opišite njegove vrste.

Hidrogeologija (od grč. kshog- vodu i geologija- Nauka o Zemlji) je nauka o podzemnim vodama, koja proučava njen sastav i svojstva, porijeklo, obrasce distribucije i kretanja, kao i interakciju sa stijenama. Hidrogeologija je usko povezana sa hidrologijom, geologijom (uključujući inženjersku geologiju), meteorologijom, geohemijom, geofizikom i drugim naukama o Zemlji. Oslanja se na podatke iz matematike, fizike i hemije i uveliko koristi njihove istraživačke metode.

Istorijska referenca. Akumulacija praktičnog znanja o podzemnim vodama, započeta u antičko doba, ubrzala se pojavom gradova i navodnjavane poljoprivrede. Umjetnost izgradnje iskopanih bunara dubokih nekoliko desetina metara bila je poznata 2-3 hiljade godina prije nove ere. e. u Egiptu, Centralnoj Aziji, Indiji, Kini i drugim zemljama. Postoje podaci o tretmanu mineralnim vodama u istom periodu.

U 1. milenijumu pne. e. pojavili su se začeci naučnih ideja o svojstvima prirodnih voda, njihovom poreklu, uslovima akumulacije i kruženju vode na Zemlji (u staroj Grčkoj - Tales (VII-VI vek pne), Aristotel (IV vek pne); u Starom Rimu - Lukrecije , Vitruvije (1. vek pne), itd.).

Proučavanje podzemnih voda olakšano je proširenjem poslova vezanih za vodosnabdijevanje, izgradnjom zahvatnih struktura (na primjer, kariz među narodima Kavkaza i srednje Azije) i vađenjem slane vode za isparavanje soli kopanjem bunara. a zatim bušenje (teritorija Rusije, XII-XVII vek). Pojavili su se koncepti vode bez pritiska, pritiska (dizanje odozdo prema gore) i samotekuće vode. Potonji je dobio u 12. vijeku. naziv arteški (iz provincije Artois u Francuskoj). Tokom renesanse i kasnije, radovi zapadnoevropskih naučnika Agricole, Palissy, Steno i drugih posvećeni su podzemnim vodama i njihovoj ulozi u prirodnim procesima.U Rusiji su prve naučne ideje o podzemnim vodama kao prirodnim rešenjima, njihovom formiranju kroz infiltraciju atmosferskih padavine i geološku aktivnost podzemnih voda izrazio je M. V. Lomonosov u svom eseju „O slojevima zemlje“ (1763). Krajem 19. - početkom 20. vijeka. Identifikovani su obrasci distribucije podzemnih voda (V.V. Dokuchaev, P.V. Ototsky) i sastavljena je karta zona podzemnih voda u evropskom dijelu Rusije. Sve do sredine 19. vijeka. Proučavanje podzemnih voda razvilo se kao sastavni dio geologije. Zatim se izoluje u zasebnu disciplinu, koja se kasnije sve više diferencira. U formiranju hidrogeologije veliku ulogu su imali francuski inženjeri L. Darcy, J. Dupuis, Chezy, njemački naučnici E. Prinz, K. Keilhack, H. Hoefer i drugi, američki naučnici A. Hazen, C. Slichter, O. Meinzer, A. Lane i drugi, ruski geolozi S.P. Nikitin, I.V. Mushketov, itd. Sistematska geološka istraživanja koja je sprovodio Geološki komitet odigrala su veliku ulogu u razvoju hidrogeologije u Rusiji. Nakon toga su hidrogeološka istraživanja postala široko rasprostranjena. Proučavanje podzemnih voda postalo je sistematično, stvorena je mreža hidrogeoloških institucija i organizovana obuka hidrogeoloških stručnjaka. Industrijalizacija zemlje dala je poticaj razvoju hidrogeoloških istraživanja za centralizirano vodosnabdijevanje novih gradova, velikih pogona i tvornica. Tokom narednih godina, hidrogeologija se razvila u višestruko polje geološkog znanja, u kojem su se počele razvijati brojne grane:

• - opšta hidrogeologija;
• - dinamika podzemnih voda;
• - doktrina režima i ravnoteže podzemnih voda;
• - hidrogeohemija;
• - doktrina mineralnih, industrijskih i termalnih voda;
• - doktrina pretraživanja i istraživanja podzemnih voda;
• - hidrogeologija melioracije;
• - hidrogeologija mineralnih ležišta;
• - regionalna hidrogeologija.

Opća hidrogeologija proučava porijeklo podzemne vode, njene fizičke i hemijske osobine i interakciju sa stenama koje se nalaze. Kreativni doprinos ovoj oblasti hidrogeologije dali su sovjetski naučnici A. F. Lebedev, A. N. Buneev, V. I. Vernadsky i drugi, austrijski geolog E. Suess, američki naučnik A. Lane, njemački hidrogeolog X. Höfer i drugi. podzemnih voda u vezi s istorijom tektonskih kretanja, procesima sedimentacije i diageneze omogućili su razjašnjavanje povijesti njihovog formiranja i doprinijeli pojavi 30-40-ih godina. XX vijek nova grana opće hidrogeologije - paleohidrogeologija(proučavanje podzemnih voda prošlih geoloških era).

Hidrogeohemija proučava procese formiranja hemijskog sastava podzemnih voda i obrasce migracije hemijskih elemenata u njoj. Teorijske premise zasnivaju se na savremenim idejama o strukturi prirodnih voda, rasprostranjenosti hemijskih elemenata u zemljinoj kori i stenama, konceptu klarka, faktorima migracije, akumulacije, sedimentacije i disperzije različitih elemenata i njihovih izotopa u prirodnim vodama, gasni sastav podzemnih voda i druge karakteristike. Osnove hidrogeohemije postavili su radovi V. I. Vernadskog 30-ih godina. XX vijek Ova industrija se konačno oblikovala 40-ih godina. XX vijek

Dinamika podzemnih voda je grana hidrogeologije koja razmatra teorijske osnove i metode proučavanja kvantitativnih obrazaca režima i ravnoteže podzemnih voda. Sa stanovišta metodoloških konstrukcija zasnovanih na teoriji filtracije, ova grana je neraskidivo povezana sa hidraulikom i hidromehanikom. U stranoj literaturi koncept dinamike podzemnih voda često izostaje, a većinu pitanja vezanih za to razmatra hidrologija podzemnih voda.

Veliku ulogu u razvoju teorije dinamike podzemnih voda u našoj zemlji imali su N. E. Žukovsky, N. N. Pavlovsky, G. N. Kamensky i drugi, a u inostranstvu J. Dupuis i L. Darcy (Francuska), A. Till (Nemačka), F. Forchheimer (Austrija), C. Slichter, C. Hayes, M. Masket, R. de Uist (SAD).

Mnogi principi dinamike podzemnih voda, koji se odnose uglavnom na hidromehaničke probleme, postavljeni su u drugoj polovini 19. - početkom 20. stoljeća. istraživači koji rade u oblasti hidraulike i teorijske mehanike - francuski naučnici D. Darcy i J. Dupuis, koji su ustanovili linearni zakon filtracije, ruski naučnik N. E. Žukovski, koji je radio na teoriji kretanja podzemnih voda, itd. Savremeni temelji teorije i praksu podzemne dinamike voda postavili su uglavnom sovjetski naučnici koji su vršili istraživanja 20-30-ih godina. XX vijek istraživanja o rješavanju problema hidrotehnike. N. N. Pavlovsky je identifikovao probleme dinamike podzemnih voda u vezi sa hidrotehničkom gradnjom, G. N. Kamensky je proučavao probleme povezivanja dinamike podzemnih voda sa geološkim uslovima, pitanja kretanja podzemnih voda u heterogenim slojevima, razvio metod za proračun rukavaca podzemnih voda, itd. dinamike podzemnih voda, od velikog je značaja proučavanje problematike podzemne naftne hidraulike (gas-hidrodinamike), koju je kod nas započeo L. S. Leibenzon.

U modernom periodu:

• - karakterizira aktivno korištenje hidrodinamičkih proračuna i predviđanja zasnovanih na njima u gotovo svim hidrogeološkim studijama;
• - završena je izrada metodologije za proračun stacionarne filtracije i izrađena teorijska osnova za prognozu povratnih voda podzemnih voda u područjima hidrotehničkih objekata i navodnjavanih površina;
• - utemeljene su metode procjene operativnih rezervi podzemnih voda;
• - formulisani su glavni pravci istraživanja regionalne dinamike dubokih i međusobno povezanih vodonosnika.

Utjecaj ljudske ekonomske aktivnosti na podzemne vode dovodi do potrebe za razmatranjem složenih proračunskih shema, stoga se, pored analitičkih metoda proračuna, široko koriste metode matematičkog modeliranja na računalu. Ovo omogućava izvođenje hidrogeoloških proračuna uz što potpuniji uvid u prirodnu situaciju i sve operativne faktore.

Uz rješavanje direktnih hidrogeodinamičkih problema, u kojima se daje prognoza režima i ravnoteže podzemnih voda, u dinamici podzemnih voda razmatraju se rješenja inverznih problema - obnavljanje parametara filtracijske šeme na osnovu podataka o režimu. podzemnih voda (na primjer, tokom dugotrajnog rada velikih zahvata podzemnih voda, u područjima akumulacija, kamenoloma). Za proučavanje zagađenja podzemnih voda i utemeljenje hidrogeohemijskih metoda traženja minerala postaje značajan novi pravac koji proučava fizičko-hemijske procese koji nastaju pri interakciji podzemne vode sa stenama domaćinima.

Sredinom 20. vijeka. izdvojio kao samostalan pravac radiohidrogeologija- proučavanje migracije radioaktivnih elemenata u podzemnim vodama (radovi A.P. Vinogradova, A.V. Shcherbakova).

Doktrina mineralnih, industrijskih i termalnih voda.

Proučavanje mineralnih voda ispituje pitanja hemijskog sastava i porijekla mineralnih voda, njihovu klasifikaciju u glavne genetske tipove, stvara ideju o nalazištima i resursima mineralnih voda i rješava probleme njihove praktične upotrebe (uglavnom za odmarališta). i sanatorijsko liječenje). Vode s visokim sadržajem različitih elemenata (joda, broma, bora, stroncijuma, litijuma, radijuma itd.), koje se nazivaju industrijske, proučavaju se kako bi se iz njih izdvojili navedeni elementi. Proučavanje, traženje i istraživanje ležišta termalnih i pregrijanih voda vrši se u cilju njihovog korištenja za daljinsko grijanje gradova i mjesta.

Proučavanje pretraživanja i istraživanja podzemnih voda povezano je sa razvojem metoda za identifikaciju naslaga podzemnih voda pogodnih za organizovanje vodosnabdijevanja, navodnjavanja i druge praktične svrhe; njihova kvantitativna i kvalitativna procjena; rješavanje problema nastalih prilikom izgradnje inženjerskih objekata, drenaže i navodnjavanja. Metodologija hidrogeoloških istraživanja razvijena je u vezi sa traženjem i istraživanjem podzemnih voda.

Hidrogeologija melioracije razvija metode za poboljšanje hidrogeoloških uslova navodnjavanih i dreniranih teritorija u cilju njihovog najracionalnijeg poljoprivrednog razvoja. Pitanja hidrogeologije melioracije (određivanje normi za navodnjavanje, vodosnabdijevanje poljoprivrednih kultura, predviđanje režima podzemnih voda, suzbijanje zaslanjivanja tla, itd.) važna su za ogromnu teritoriju aridne zone svijeta.

Hidrogeologija mineralnih ležišta bavi se proučavanjem podzemnih voda u vezi sa zadacima geološke i industrijske procjene ležišta, njihovog razvoja i razvoja. Razvijaju se dva pravca: hidrogeologija ležišta čvrstih minerala I hidrogeologija naftnih i gasnih polja, što se objašnjava specifičnostima istraživanja, razvoja i proizvodnje ovih minerala. Izdvaja hidrogeologija rudnika, razvijanje mjera za borbu protiv podzemnih voda.

Regionalna hidrogeologija proučava obrasce distribucije podzemnih voda u različitim prirodnim uslovima u vezi sa geološkim strukturama. Razvija se na osnovu hidrogeološkog kartiranja različitih razmera - od 1:500.000 do 1:10.000, na osnovu geoloških istraživanja. Uz karte pojedinih regiona sastavljaju se i konsolidovane hidrogeološke karte teritorije naše zemlje. Kao rezultat regionalnih studija nastaju brojne opšte i posebne karte (sl. 43, 44). Na osnovu regionalne hidrogeologije razvijena je doktrina horizontalnog i vertikalnog zoniranja.

Rice. 43.

Podzemna voda je voda koja se nalazi u slojevima stijena gornjeg dijela zemljine kore u tečnom, čvrstom i parovitom stanju. U zavisnosti od prirode šupljina u vodonosnim stijenama, podzemne vode se dijele na poraste vode - u pijesku, šljunku i drugim klastičnim stijenama, pukotine (žile) - u stijenama (graniti, pješčenjaci) i krške (pukotine-karst) - u rastvorljivim stenama (krečnjaci, dolomiti, gips, itd.).

Podzemne vode koje se kreću pod uticajem gravitacije nazivaju se gravitacioni, ili besplatno, za razliku od voda vezanih i držanih molekularnim silama - higroskopna, filmska, kapilarna I kristalizacija. Slojevi stijena zasićeni gravitacijskom vodom formiraju vodonosnike, odnosno slojeve. Podzemne vode imaju različite stepene propusnosti i izdašnosti (sposobnost izlivanja iz vodonosnih slojeva pod uticajem gravitacije). Prvi trajno postojeći neograničeni vodonosnik sa površine Zemlje naziva se horizont podzemnih voda. Direktno iznad njihove površine - podzemnih voda- česte su kapilarne vode, koje mogu biti suspendovan, odnosno ne komuniciranje sa njim. Cijeli prostor od površine Zemlje do podzemnih voda naziva se zona aeracije, u kojoj se odvija

22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 1 1 Yu 9 8 7 6 5 4 3 2

2 4 6 8 10 12 14 16 18

Rice. 44. Karta dubine površine podzemne vode, izrađena GIS tehnologijom.

curenje vode sa površine. U ovoj zoni nastaju privremene akumulacije podzemnih voda koje se nazivaju visoka voda. Vodonosnici koji leže ispod podzemnih voda odvojeni su od njih slojevima vodonepropusnih ( vodootporan) ili stijene niske propusnosti i nazivaju se horizonti međustratnih voda. Obično su pod hidrostatskim pritiskom (arteške vode), rjeđe imaju slobodnu površinu i bez pritiska (slobodne vode). Područje prihranjivanja interstratalnih voda nalazi se na mjestima gdje vodonosne stijene dopiru do površine (ili na mjestima gdje su plitke); dopuna se takođe dešava kroz protok vode iz drugih vodonosnih slojeva.

Podzemna voda je prirodna otopina koja sadrži preko 60 hemijskih elemenata (u najvećim količinama - K, N3, Ca, IU, Fe, Al, Cl, 8, C, 81, Li, O, H), kao i mikroorganizme (oksidirajuće i smanjenje raznih supstanci). Po pravilu, podzemne vode su zasićene gasovima (CCb, Cb, N2, C2H2 itd.). Prema stepenu mineralizacije, podzemne vode se dijele (prema V. I. Vernadskom) na slatke (do 1 g/l), boćate (od 1 do 10 g/l), slane (od 10 do 50 g/l) i podzemne slane vode (preko 50 g/l). U kasnijim klasifikacijama, podzemne slane vode uključuju vode sa mineralizacijom većom od 36 g/l. Prema podacima o temperaturi razlikuju prehlađeno (ispod 0 °C), vrlo hladno (od 0 do -4 °C), hladno (od -4 do -20 °C), toplo (od 4 do 37 °C), vruće (od 37 do 50 °C), vrlo vruće (od 50 do 100 °C) i pregrijane (preko 100 °C) podzemne vode.

Na osnovu njihovog porijekla, postoji nekoliko vrsta podzemnih voda.

Infiltracione vode nastaju zbog prodiranja kišnih, otopljenih i riječnih voda sa površine Zemlje. Po sastavu su pretežno hidrokarbonat-kalcijum I magnezijum Kada se stene koje sadrže gips izluže, kalcijum sulfat, a tokom rastvaranja minerala koji sadrže soli - natrijum hloridne vode.

Kondenzacijska podzemna voda nastaje kao rezultat kondenzacije vodene pare u porama ili pukotinama stijena.

Sedimentacione vode nastaju u procesu geološke sedimentacije i obično predstavljaju modifikovane zatrpane vode morskog porekla - natrijum hlorid, kalcijum-natrijum hlorid i dr. Tu spadaju i zatrpane slane slane bazena, kao i ultrasvježe vode pješčanih sočiva u morenske naslage. Vode nastale iz magme tokom njene kristalizacije i metamorfizma stena nazivaju se magmatogene, tj. juvenile(prema terminologiji E. Suessa).

Jedan od pokazatelja prirodnih uvjeta za nastanak podzemnih voda je sastav plinova otopljenih u njima i slobodno otpuštenih. Gornje vodonosne slojeve sa oksidirajućim okruženjem karakteriše prisustvo kiseonika i azota, a donji delovi preseka, gde preovlađuje redukciona sredina, tipični su gasovi biohemijskog porekla (vodonik sulfid, metan). U tektonski aktivnim područjima uobičajene su vode zasićene ugljičnim dioksidom (ugljični dioksid vode Kavkaza, Pamira, Transbaikalije). Možda je zasićenje vode ugljičnim dioksidom povezano s termometamorfizmom, koji oslobađa CO2. U blizini kratera vulkana nalaze se kisele sulfatne vode (tzv. fumarolne kupke).

U mnogim sistemima pod pritiskom, koji su često veliki arteški bazeni, razlikuju se tri zone koje se razlikuju po intenzitetu razmjene vode sa površinskim vodama i sastavu podzemnih voda. Gornji i rubni dijelovi sliva obično su okupirani infiltrirajućim slatkim vodama. Postoje zone aktivne izmjene vode (prema N.K. Ignatovich), odnosno aktivne cirkulacije. U centralnim dubokim dijelovima kotlina postoji zona vrlo spore izmjene vode, odnosno stagnacije, gdje su uobičajene visoko mineralizirane vode. U međuzoni relativno spore ili otežane izmjene vode razvijaju se mješovite vode različitog sastava.

Obrasci distribucije podzemnih voda zavise od mnogih geoloških i fizičko-geografskih faktora. Arteški bazeni i padine razvijeni su u okviru platformi i rubnih korita (na primjer, zapadnosibirski, moskovski i baltički arteški baseni). Na platformama se nalaze velika područja sa visoko uzdignutim pretkambrijskim kristalnim temeljom, koje karakterizira razvoj pukotinskih voda (Ukrajinski kristalni masiv, Anabarski masiv itd.), u naboranim planinskim područjima - podzemne vode pukotinskog tipa.

Posebni hidrogeološki uslovi koji određuju prirodu cirkulacije i sastav podzemnih voda stvaraju se u područjima razvoja permafrostnih stijena, gdje se formiraju suprapermafrost, interpermafrost i subpermafrost vode.

Podzemne vode su dio Zemljinih vodnih resursa. Ukupne rezerve podzemnih voda na kopnu iznose preko 60 miliona km3 i smatraju se mineralnim resursom. Za razliku od drugih vrsta minerala, rezerve podzemnih voda su obnovljive tokom eksploatacije. Područja vodonosnih slojeva ili njihovih kompleksa, u okviru kojih postoje uslovi za odabir podzemnih voda određenog sastava koji zadovoljavaju utvrđene standarde, u količinama dovoljnim za njihovo ekonomski izvodljivo korištenje, nazivaju se ležištima podzemnih voda.

Na osnovu prirode upotrebe, podzemne vode se u Rusiji dijele na vode za domaćinstvo, pitke, tehničke, industrijske, mineralne vode I termalne vode. Podzemne vode domaćeg i pijaćeg tipa obuhvataju slatku vodu koja ispunjava uslove (sa određenim kvalitetima ukusa i ne sadrži supstance i mikroorganizme štetne po zdravlje ljudi). Industrijske vode sa visokim sadržajem pojedinih hemijskih elemenata (I, Br, B, 1L itd.) su od interesa za različite industrije. Podzemne vode koje sadrže specifične komponente (gasove, mikrokomponente) koriste se u medicinske svrhe i kao stona pića.

U nekim slučajevima, podzemne vode uzrokuju zamagljivanje i plavljenje teritorija, klizišta, slijeganje tla ispod inženjerskih objekata, te otežavaju rudarske radove i rudarske radove u rudnicima i kamenolomima. Za smanjenje dotoka podzemnih voda u područje industrijskih objekata koriste se drenaža, drenaža I drenaža nanosa.

Mnogi kvalitativni i kvantitativni pokazatelji parametara podzemnih voda (nivo, pritisak, protok, hem I sastav gasa, temperature itd.) podložni su kratkoročnim, sezonskim, dugoročnim i sekularnim promjenama koje određuju režim podzemnih voda. Ovo posljednje odražava proces formiranja podzemnih voda u vremenu i unutar određenog prostora pod utjecajem različitih faktora koji formiraju prirodni režim: klimatskih, hidroloških, geoloških, hidrogeoloških i faktora nastalih kao rezultat ljudske djelatnosti.

Najveće fluktuacije u elementima režima uočavaju se u plitkim podzemnim vodama.

U Rusiji se godišnje sastavljaju prognoze režima podzemnih voda za predproljetne minimalne, maksimalne i jesenje vodostaje u zoni intenzivne razmjene vode. Prognoze se izdaju u obliku karata koje prikazuju promjene nivoa podzemnih voda.

Izvori podzemnih voda - izvori, izvori i prirodni ispusti podzemnih voda na površini zemlje (na kopnu ili pod vodom). Formiranje izvora može biti uzrokovano različitim faktorima: ukrštanjem vodonosnika sa negativnim oblicima savremenog reljefa (na primjer, riječne doline, jaruge, jaruge i jezerski baseni), geološkim i strukturnim karakteristikama područja (prisutnost pukotina, zona tektonskih poremećaja, kontakta magmatskih i sedimentnih stijena), filtracijske heterogenosti vodonosnih stijena itd.

Konkretno, na teritoriji grada Penze i okoline pronađeno je nekoliko aktivno živih neotektonskih zona, koje su autori identificirali (Klimov, Klimova, 1997, 2006). Ove zone su razvijene u područjima reljefnih krivina i trasirane su opružnim ispustima duž cijele dužine rasjeda. Dužina ovih diskontinuiranih objekata kreće se od nekoliko metara do 15 km. Potonja struktura se proteže duž potoka Bezymyanny na sjeveru Penze i vidljiva je na satelitskom snimku od infiltracionog isparavanja iz tla. Maksimalni protok izvora u Penzi je 4 l/s (izvor Samovarnik). Dubina pojave prizemnih rasjeda nije veća od 50 m, rjeđe - dublje, na primjer, duž korita rijeke Staraya Sura, na što ukazuje prisustvo mineraliziranih voda u Akhunyju, podignutih bunarom iz dubine nekoliko stotina metara.

Postoji nekoliko klasifikacija izvora. Prema klasifikaciji domaćeg hidrogeologa A. M. Ovchinnikova, razlikuju se tri grupe izvora prema vrsti opskrbe podzemnim vodama.

• 1. Izvori koji se napajaju spuštenim vodama obično se nalaze u zoni aeracije i imaju oštre fluktuacije u protoku (do potpunog nestanka u sušnoj sezoni), hemijskom sastavu i temperaturi vode.
• 2. Izvori koji se napajaju podzemnom vodom odlikuju se velikom postojanošću tokom vremena, ali su takođe podložni sezonskim fluktuacijama protoka, sastava i temperature; dijele se na erozione (nastaju kao rezultat produbljivanja riječne mreže i otvaranja vodonosnika), kontaktne (povezane s kontaktima stijena različite propusnosti) i prelivne (obično uzlazne, povezane s facijskom promjenljivošću slojeva ili tektonskim poremećajima).
• 3. Izvori arteških voda odlikuju se najvećom postojanošću režima; nalaze se u ispustima arteških bazena.

Prema karakteristikama načina rada, svi izvori se mogu podijeliti na stalno, sezonski I ritmički glumeći. Proučavanje režima izvorišta je od velike praktične važnosti kada se koriste za snabdijevanje pijaćom i ljekovitom vodom.

Prema hidrodinamičkim karakteristikama izvori se dijele na dva tipa: silazni, koji se napajaju slobodnim vodama, i uzlazni, napajani tlačnim (arteškim) vodama.

Izvori povezani s poroznim stijenama raspoređeni su manje-više ravnomjerno na mjestima gdje vodonosnik dopire do površine. Izvori u nalomljenim stijenama nalaze se na sjecištu pukotina sa površinom Zemlje. Izvorišta kraških područja karakteriziraju značajne fluktuacije u režimu povezane s količinom padavina.

Temperatura vode u izvorištima zavisi od dubine podzemne vode, prirode dovodnih kanala, geografskog i hipsometrijskog položaja izvora i temperaturnog režima podloge u kojoj se nalazi podzemna voda. U području razvoja permafrost stena postoje izvori sa temperaturom od oko 0 °C. U područjima mladog vulkanizma, vrući izvori su uobičajeni, često sa pulsirajućim režimom.

Hemijski i gasni sastav izvorske vode je veoma raznolik; određen je uglavnom sastavom ispuštenih podzemnih voda i opštim hidrogeološkim uslovima područja. Registriranje prirodnog ispuštanja vode iz različitih izvora naziva se njihovo zahvatanje.

Vodopropusnost stijena je sposobnost stijena da propušta vodu. Stepen vodopropusnosti zavisi od veličine i broja međusobno povezanih pora i pukotina, kao i od lokacije kamenih zrna. Dobro propusne stijene uključuju šljunak, šljunak, krupni pijesak, intenzivno krške i pukotine. Gotovo nepropusne (vodootporne) stijene su gline, guste ilovače, nepukotine kristalne, metamorfne i guste sedimentne stijene.

Vodopropusnost stijena može se odrediti brzinom filtracije koja je jednaka količini vode koja teče kroz jediničnu površinu poprečnog presjeka filtarske stijene. Ova zavisnost se izražava Darcyjevom formulom:

gdje je V brzina filtracije; To- koeficijent filtracije; / -Gradijent pritiska jednak omjeru pada tlaka N na dužinu puta filtracije b

I = Iʹ.

Koeficijent filtracije ima dimenziju brzine (cm/s, m/dan). Dakle, brzina filtracije s gradijentom tlaka jednakim jedinici je identična koeficijentu filtracije.

Zbog činjenice da se voda u stijenama može kretati pod utjecajem različitih razloga (hidraulički pritisak, gravitacija, kapilara, adsorpcija, kapilarno-osmotske sile, temperaturni gradijent itd.), mogu se izraziti kvantitativne karakteristike vodopropusnosti stijena. ne samo koeficijentom filtracije, već i koeficijentima provodljivost vode I piezoelektrična provodljivost. U hidrogeološkim studijama i proračunima koeficijent provodljivosti vode (proizvod koeficijenta filtracije i debljine akvifera) je pokazatelj filtracijskog kapaciteta stijene.

U zavisnosti od geološke strukture, vodonosnici u smislu filtracije mogu biti izotropna, kada je provodljivost vode ista u bilo kojem smjeru, i anizotropno, karakterizira prirodna promjena vodopropusnosti u različitim smjerovima.

Proučavanje vodopropusnosti stijena neophodno je pri traženju i istraživanju podzemnih voda za vodosnabdijevanje, pri izgradnji hidrotehničkih objekata, eksploataciji raznih vrsta podzemnih voda, pri proračunu dozvoljenih padova vodostaja i radijusa uticaja bunara, pri projektovanju i izvođenju drenaže. i mjere navodnjavanja.

Vodonosni sloj je sloj ili više slojeva propusnih stijena čije su pore, pukotine ili druge šupljine ispunjene podzemnom vodom. Nekoliko vodonosnika, hidraulički povezanih jedni s drugima, čine kompleks vodonosnika.

Verkhovodka je podzemna voda slobodnog protoka koja leži najbliže površini zemlje i nema kontinuiranu distribuciju. Spuštena voda nastaje zbog infiltracije atmosferskih i površinskih voda koje zadržavaju nepropusni ili slabo propusni slojevi i sočiva, kao i kao rezultat kondenzacije vodene pare u stijenama. Takve podzemne vode karakterizira sezonsko postojanje: u sušnim vremenima često nestaju, au periodima kiše i intenzivnog topljenja snijega ponovo se pojavljuju; podložni su oštrim fluktuacijama u zavisnosti od hidrometeoroloških uslova (količina padavina, vlažnost vazduha, temperatura itd.). Visoka voda je i voda koja se privremeno pojavljuje u močvarnim formacijama zbog prekomjerne ishrane močvara. Često se nagomilana voda javlja kao rezultat curenja vode iz vodovodnih sistema, kanalizacije, bazena i drugih uređaja za vođenje vode, što može rezultirati zamočenjem područja, plavljenjem temelja i podruma. U području rasprostranjenosti vječnih leda, vodene vode spadaju u vode suprapermafrosta.

Vode smuđene vode su obično slatke, blago mineralizirane, ali su često onečišćene organskim tvarima i imaju visok sadržaj željeza i silicijumske kiseline. Verkhodka, po pravilu, ne može poslužiti kao dobar izvor vodosnabdijevanja. Međutim, ako je potrebno, poduzimaju se mjere za vještačko očuvanje vode na mjestu: izgradnja ribnjaka; skretanja sa rijeka koja obezbjeđuju stalnu snagu za rad bunara; sadnja vegetacije koja odlaže otapanje snijega; stvaranje vodonepropusnih mostova i sl. U pustinjskim područjima, izgradnjom žljebova u glinovitim područjima - takirama, atmosferske vode se preusmjeravaju na susjedni dio pijeska, gdje se stvara sočivo natopljene vode, koja sadrži određenu zalihu svježe vode.

Gravitacione vode - vode u podzemnim rezervoarima, vodotocima i cevima kada nisu u potpunosti napunjene, kao i podzemne vode koje imaju slobodnu površinu (vodeno ogledalo). Podzemne vode slobodnog toka se ili nalaze u prvom propusnom sloju od zemljine površine, formirajući kopnene vode i podzemne vode, ili zasićuju propusni sloj stijena koji se nalazi između vodootpornih stijena (slojeva), ne dostižući njegov vodootporni krov - tj. -zvane međuslojne vode sa slobodnim protokom. Za praksu je važno da se nivo slobodnog toka vode u podzemnim rudnicima (bušotine, bunari, jame i sl.) bez crpljenja utvrdi na dubini pojave podzemne vode, za razliku od tlačne vode čiji nivo se uspostavlja ispod tačke gde je vodonosnik otvoren.

Arteške vode (iz naziva francuske pokrajine Artois (lat. AMeBsht), gdje se te vode dugo koriste) - podzemne vode zatvorene između slojeva vodonosnika i pod hidrauličkim pritiskom. Javljaju se uglavnom u predantropogenim naslagama, unutar velikih geoloških struktura, formirajući arteške basene.

Otvorene arteške vode umjetno se uzdižu iznad krova vodonosnika. Uz dovoljan pritisak, izlijevaju se na površinu zemlje, a ponekad čak i fontanu. Linija koja povezuje oznake stabilnog nivoa pritiska u bušotinama formira piezometrijski nivo.

Za razliku od podzemnih voda, koje učestvuju u savremenoj razmjeni vode sa zemljinom površinom, mnoge arteške vode su drevne, a njihov hemijski sastav obično odražava uslove nastanka. U početku su arteške vode bile povezane sa strukturama nalik na korita. Međutim, uslovi pod kojima su ove vode nastale su veoma raznoliki; Često se mogu naći u asimetričnim monoklinskim slojevima slojeva nalik na savijanje. U mnogim oblastima, arteške vode su ograničene na složen sistem pukotina i rasjeda.

Unutar arteskog basena razlikuju se tri oblasti: dovod, pritisak i pražnjenje (sl. 45, 1). U području prihranjivanja vodonosnik je obično izdignut i dreniran, tako da vode ovdje imaju slobodnu površinu; u području pritiska, nivo do kojeg voda može porasti nalazi se iznad krova vodonosnog sloja. Vertikalna udaljenost od vrha vodonosnog sloja do ovog nivoa naziva se vrh.

Pravo olakšanje

Vodonosni slojevi

horizonti

Vodootporan

Nivo vode

Rice. 45. Arteški bazen:

1 - dijagram strukture arteskog bazena: A- granice distribucije arteških voda: A- prostor za hranu, b- područje pritiska, V- prostor za istovar; B- granice distribucije podzemnih voda; N- nivo pritiska iznad površine tla; // 2 - nivo pritiska ispod površine zemlje; 2 - tipovi arteških bazena (BSE).

Za razliku od područja punjenja, gdje debljina akvifera varira u zavisnosti od meteoroloških faktora, u području pritiska debljina arteskog horizonta je konstantna tokom vremena. Na granici između područja punjenja i tlačnog područja, ovisno o količini ulazne atmosferske vode u različitim godišnjim dobima, može doći do privremenog prijelaza vode sa slobodnom površinom u vodu pod pritiskom. U području ispuštanja voda dopire do površine zemlje u obliku izvora koji se dižu. Ako postoji nekoliko vodonosnih slojeva, svaki od njih može imati svoj nivo, određen uslovima prihranjivanja i protoka vode. Kada sinklinalna pojava slojeva odgovara reljefnim depresijama, pritisci u nižim horizontima rastu; kada se reljef izdiže, pijezometrijski nivoi donjih horizonata nalaze se na nižim kotama (vidi sl. 45, 2). Ako su dva vodonosnika povezana kroz bušotinu ili bunar, tada s obrnutim reljefom arteška voda teče iz gornjeg horizonta u donji.

Postoji arteški bazen i arteška padina (sl. 46). U arteškom bazenu, područje punjenja je u blizini područja pritiska; dalje duž pravca podzemnog toka nalazi se područje pražnjenja tlačnog horizonta. Na arteškoj padini, potonji se nalazi pored područja hranjenja.

Prostor za istovar

Vodonosni

Hidroizohipse --- Hidroizopieza -

Smjer kretanja vode

Rice. 46. Arteški dijagram nagiba (ASS).

Svaki veliki arteški bazen sadrži vode različitog hemijskog sastava: od visoko mineralizovanih salamuri hloridnog tipa do svježih, blago mineraliziranih voda hidrokarbonatnog tipa. Prvi obično leže u dubokim dijelovima bazena, drugi - u gornjim slojevima. Slatke vode gornjih vodonosnih slojeva nastaju kao rezultat infiltracije atmosferskih padavina i procesa ispiranja stijena. Duboke, visoko mineralizirane arteške vode povezane su s izmijenjenim vodama drevnih morskih bazena.

Zbog širokog spektra hidrogeoloških uslova, arteški bazeni se ponekad nazivaju sistemima pod pritiskom. Najveći sistem za pumpanje vode u našoj zemlji je zapadnosibirski arteški basen sa površinom od 3 miliona km.

Arteški bazen - basen podzemnih voda unutar jedne ili više geoloških struktura koje sadrže ograničene vodonosne slojeve. Najveći arteški baseni u Rusiji su zapadnosibirski, moskovski, kaspijski itd.; u inostranstvu - australijski. Veliki bazeni vode pod pritiskom postoje u sjevernoj Africi, kao iu istočnom dijelu Australije.

Moskva arteški basen- arteški bazen koji se nalazi u centru istočnoevropske ravnice. U geostrukturnom smislu pripada jugozapadnom dijelu Moskovske sineklize. Područje sliva je oko 360 hiljada km.” Kompleksi vodonosnika su ograničeni na debljinu karbonatno-terigenih stijena od ranog kambrija do kvartarnog doba, leže na naboranoj kristalnoj osnovi; u skladu sa općim slijeganjem temelja od jugozapada prema sjeveroistoku, debljina sedimentnih naslaga varira od 100-300 do 4000-4500 m. Moskovski arteški basen karakterizira prisustvo tri vertikalne zone, koje se razlikuju po karakteristikama hidrodinamike i hidrohemijski uslovi.

Gornju zonu – zonu intenzivne razmjene vode (intenzivni podzemni tok) – karakterišu dobri uslovi za infiltraciju atmosferskih voda, interakciju pojedinačnih vodonosnika i hidrauličko povezivanje podzemnih voda sa površinskim vodotocima i akumulacijama. Uslovi ishrane, protoka, oticanja i formiranja resursa podzemnih voda usko su povezani sa karakteristikama topografije, klime i drenažnog efekta rečne mreže. Ova zona debljine 250-300 m sadrži pretežno slatke (do 1 g/l) vode hidrokarbonatne klase.

Ispod se nalazi zona otežane razmjene vode, gdje je kretanje podzemnih voda veoma sporo zbog velike dubine, slabog uticaja riječnih drenaža i blagog lomljenja stijena. Uklanjanje soli je teško, u sastavu vode prevladavaju sulfati i hloridi. Vode su bočate i slane sa mineralizacijom od 5-10 do 50 g/l. Debljina zone je 300-400 m.

U najdubljim dijelovima arteskog basena postoji zona vrlo spore izmjene vode. Brzina kretanja vode i procesi ispiranja stijena ovdje su zanemarljivi, razvijaju se slane vode visoke koncentracije - od 50 do 270 g/l, sastav vode je hlorid, natrijum, debljina varira od 400-500 do 1600- 2000 m u najopuštenijim dijelovima kotline.

Slatke podzemne vode sliva dugo su bile jedan od izvora vodosnabdijevanja Moskve i cijele Centralne industrijske regije evropskog dijela Rusije. Resursi podzemnih voda moskovskog arteškog basena čine do 40% ukupnih vodnih resursa sliva. 15-20% padavina se koristi za napajanje vodonosnika. Najveći resursi se nalaze u vodonosnicima uglja, koji se široko koriste za piće i industrijske svrhe.

Slane vode i salamuri iz zona otežane i spore razmjene vode, vezanih prvenstveno za devonske i permske naslage, koriste se u medicinske i balneološke svrhe (Stara Rusa, Kašin i dr.). Niskomineralizovane vode (4 g/l) gornjeg devonskog horizonta u Moskovskoj oblasti poznate su kao „moskovska mineralna voda“.

Podzemne slane vode - podzemne vode koje sadrže otopljene minerale u visokim koncentracijama. Prema nekim klasifikacijama, u podzemne slane vode spadaju vode sa mineralizacijom od preko 50 g/l, prema drugim - preko 36 g/l (na osnovu saliniteta voda Svjetskog okeana). Podzemne slane vode su rasprostranjene u sedimentnim bazenima, gdje obično leže ispod slatkih i slanih voda i ograničene su na najdeblji dio sedimentnog pokrivača. Na primjer, u slivovima istočnoevropske platforme debljina zone slatke podzemne vode varira od 25 do 350 m, slane vode - od 50 do 600 m, slane vode - od 400 do 3000 m. Identifikovane su i podzemne slane vode. u sedimentnim slojevima koji leže ispod dna nekih mora (Crveno i Kaspijsko, Meksički zaljev itd.) i unutar šelfa (na primjer, u blizini poluotoka Florida), kao i u zoni hipergenskog lomljenja kristalnih štitova (Baltik , ukrajinski, kanadski). U sušnim regijama, podzemne slane vode zasićuju dno sedimenta unutrašnjih drenažnih rezervoara (na primjer, slana jezera Inder) i slanih morskih uvala i laguna (Kara Bogaz Gol, Bocana de Verila u Peruu, sebkhas na mediteranskoj obali Afrike i Arabije) .

Prema dominantnom anionu razlikuju se kloridne, sulfatne i hidrokarbonatne podzemne slane vode. Od njih su rasprostranjeni samo hloridi (natrijum, kalcijum i magnezijum). U slanonosnim sedimentacionim basenima, prema uslovima nastanka, razlikuju se supraslane, unutarslane i podslane podzemne salamure (predslane podzemne salamure su pretežno natrijeve, njihov salinitet ne prelazi 300-320 g/l , unutarslane i podslane podzemne slane vode su najčešće višekomponentne, salinitet im je do 600 g/l l).

Podzemne slane vode se koriste za dobijanje kuhinjske soli, joda, broma, litijuma; su potencijalne sirovine za ekstrakciju rubidija, cezijuma, bora i stroncijuma. Neke podzemne slane vode se koriste u medicinske svrhe u obliku slanih kupki.

termalne vode (francuski) termalni- toplo, sa grčkog. termo- toplina, toplina) - podzemne vode zemljine kore s temperaturom od 20 ° C i više. Dubina izoterme od 20 °C u zemljinoj kori je od 1500-2000 m u područjima permafrosta do 100 m ili manje u suptropskim područjima; na granici s tropima, izoterma od 20 °C doseže površinu. U arteškim bazenima na dubini od 2000-3000 m, bunari vode vodu sa temperaturom od 70-100 °C ili više. U planinskim zemljama (na primjer, Alpi, Kavkaz, Tien Shan, Pamir), termalne vode izlaze na površinu u obliku brojnih toplih izvora (temperature do 50-90 °C), a u područjima modernog vulkanizma manifestuju se se u obliku gejzira i parnih mlazova (ovde bunari na dubini od 500-1000 m otkrivaju vode sa temperaturom od 150-250°C), koje proizvode parno-vodene mješavine i pare kada dođu na površinu (Pauzhetka u Kamčatka, Veliki gejziri u SAD, Wairakei na Novom Zelandu, Larderello u Italiji, gejziri na Islandu itd.).

Hemijski, gasni sastav i mineralizacija termalnih voda su raznoliki: od slatkih i bočatih hidrokarbonata i hidrokarbonat-sulfata, kalcijuma, natrijuma, azota, ugljičnog dioksida i sumporovodika do soli i slanih hlorida, natrijuma i kalcijum-natrijuma, azota- metan i metan, ponegdje vodonik sulfid.

Od davnina se termalne vode koriste u medicinske svrhe (rimske, tadžikistanske, tbilisijske kupke). U Rusiji, sveže azotne terme, bogate silicijumskom kiselinom, koriste poznata odmarališta - Belokurikha na Altaju, Kuldur na teritoriji Habarovska itd.; termalne vode ugljičnog dioksida - odmarališta kavkaskih mineralnih voda (Pjatigorsk, Železnovodsk, Essentuki), sumporovodik - odmaralište So-chi-Matsesta (Soči). U balneologiji se termalne vode dijele na tople (subtermalne) 20-37 °C, termalne 37-42 °C i hipertermalne - preko 42 °C.

U područjima modernog i novijeg vulkanizma u Italiji, Islandu, Meksiku, Rusiji, SAD-u i Japanu radi niz elektrana koje koriste pregrijane termalne vode s temperaturama iznad 100 °C. U Rusiji i drugim zemljama (Bugarska, Mađarska, Island, Novi Zeland, SAD) termalne vode se koriste i za grijanje stambenih i industrijskih zgrada, grijanje kompleksa staklenika, bazena i u tehnološke svrhe (Reykjavik se u potpunosti zagrijava toplinom vode). U Rusiji je organizovano snabdevanje toplotom za mikrookruge gradova Kizljara, Mahačkale, Čerkeska; grijanje stakleničkih kompleksa na Kamčatki i Kavkazu. U opskrbi toplinom, termalne vode se dijele na niskotermalne - 20-50 °C, termalne - 50-75 °C, visokotermalne - 75-100 °C.

Mineralne vode su podzemne (ponekad površinske) vode koje karakteriše visok sadržaj biološki aktivnih mineralnih (ređe organskih) komponenti i (ili) poseduju specifična fizičko-hemijska svojstva (hemijski sastav, temperatura, radioaktivnost i dr.), zbog čega utiču na terapeutski efekat na ljudsko telo. U zavisnosti od hemijskog sastava i fizičkih svojstava, mineralne vode se koriste kao spoljni ili unutrašnji lekovi.

Obrasci nastanka i distribucije mineralnih podzemnih voda. Proces nastanka mineralnih voda još nije dovoljno proučen. Prilikom karakterizacije njihove geneze razlikuje se porijeklo same podzemne vode, plinovi prisutni u njoj i ionsko-solni sastav.

Formiranje mineralnih voda uključuje procese infiltracije površinskih voda, zakopavanja morske vode tokom sedimentacije, oslobađanja konstitutivne vode tokom regionalnog i kontaktnog metamorfizma stijena i vulkanskih procesa. Sastav mineralnih voda određen je istorijom geološkog razvoja, prirodom tektonskih struktura, litologijom, geotermalnim uslovima i drugim karakteristikama teritorije. Najmoćniji faktori koji oblikuju gasni sastav mineralnih voda su metamorfni i vulkanski procesi. Isparljivi produkti koji se oslobađaju tokom ovih procesa (CCL, HC1, itd.) ulaze u podzemnu vodu i čine je visoko agresivnom, promovišući ispiranje stena domaćina i formiranje hemijskog sastava, mineralizaciju i zasićenje vode gasom. Jonsko-slani sastav mineralnih voda formira se uz učešće procesa rastvaranja solnih i karbonatnih naslaga, katjonske izmjene itd.

Gasovi rastvoreni u mineralnim vodama služe kao indikatori geohemijskih uslova u kojima je došlo do formiranja ove mineralne vode. U gornjoj zoni zemljine kore, gdje prevladavaju oksidativni procesi, mineralne vode sadrže plinove zračnog porijekla - dušik, kisik, ugljični dioksid (u malim količinama). Ugljovodonični gasovi i sumporovodik ukazuju na smanjenje hemijskog okruženja karakterističnog za duboku unutrašnjost Zemlje; visoka koncentracija ugljičnog dioksida nam omogućava da smatramo da je voda nastala u metamorfnim uvjetima.

Na površini Zemlje mineralne vode se pojavljuju u obliku izvora, a iz dubine se uklanjaju i bušotinama (dubina može doseći nekoliko kilometara). Za praktičan razvoj identifikovana su ležišta podzemnih mineralnih voda sa strogo definisanim operativnim rezervama.

Na teritoriji naše zemlje i stranih zemalja izdvajaju se provincije mineralnih voda, od kojih se svaka odlikuje hidrogeološkim uslovima, karakteristikama geološkog razvoja, porijeklom i fizičko-hemijskim karakteristikama mineralnih voda.

Sasvim izolovani rezervoarski sistemi arteških basena su provincije slanih i slanih voda različitog jonskog sastava sa mineralizacijom do 300-400 g/l (ponekad i do 600 g/l); sadrže redukcijske plinove (ugljovodonike, sumporovodik, dušik). Nabrane regije i područja podmlađenih platformi odgovaraju provincijama mineralnih voda ugljen-dioksida (hladnih i termalnih) različitog stepena mineralizacije. Područja ispoljavanja najnovijih tektonskih pokreta pripadaju provinciji azotnih, slabo mineralizovanih alkalnih, često silicijumskih termalnih voda itd. Teritorija Rusije posebno je bogata mineralnim vodama ugljen-dioksida (Kavkaska, Zabajkalska, Primorska, Kamčatka i druge provincije ).

U zavisnosti od strukturnog položaja i pratećih hidrodinamičkih i hidrogeohemijskih uslova u našoj zemlji, razlikuju se sledeće vrste ležišta mineralnih voda: ležišta platformskih arteskih basena (Kašinskoe, Starorusskoe, Tjumenskoe, Sestrorecko, itd.); podbrdski i međuplaninski arteški baseni i padine (Chartak, Nalchik, itd.); arteški bazeni povezani sa zonama uzlaznog ispuštanja mineralnih voda (Nagutskoye, Essentukskoye); pukotinske venske vode hidrogeoloških masiva (Belokurikhinskoe, itd.); hidrogeološki masivi povezani sa zonama uzlaznog ispuštanja mineralnih voda u horizonte podzemnih voda (Darasunskoye, Shivandinskoye, Shmakovskoye, itd.); podzemne mineralne vode (Marcijalne vode, Uvildinskoye, Kisegachskoye, Borovoe, itd.).

Terapeutski efekat mineralnih voda. Mineralne vode imaju terapeutski efekat na ljudski organizam kroz čitav kompleks materija rastvorenih u njima, a prisustvo specifičnih biološki aktivnih komponenti (CO2, NgB, Ab, itd.) i posebna svojstva često određuju metode njihove medicinske upotrebe. Glavni kriterijumi za procenu lekovitih svojstava mineralnih voda u balneologiji su karakteristike njihovog hemijskog sastava i fizička svojstva.

Mineralizacija mineralnih voda, odnosno zbir svih materija rastvorljivih u vodi - jona, biološki aktivnih elemenata (isključujući gasove), izražava se u gramima po 1 litru vode. Prema mineralizaciji razlikuju se

Imaju niskomineralizovane mineralne vode (1-2 g/l), nisku (2-5 g/l), srednju (5-15 g/l), visoku (15-30 g/l) mineralizaciju, slane mineralne vode (35-150 g/l) i jake slane vode (150 g/l i više). Za unutrašnju upotrebu obično se koriste mineralne vode sa mineralizacijom od 2 do 20 g/l.

Mineralne vode se prema ionskom sastavu dijele na hloridne (CH), hidrokarbonatne (HCO3~), sulfatne (EO/ -), natrijeve (14a), kalcijeve (Ca -), magnezijeve (M^) u različitim kombinacijama anjona i katjone. Na osnovu prisustva gasova i specifičnih elemenata razlikuju se ugljen dioksid, sulfid (vodonik sulfid), azot, bromid, jodid, gvožđe, arsen, silicijum, radioaktiv (radon) itd. Na osnovu temperature, hladnoće (do 20 Razlikuju se tople (20-37 °C), tople (termalne, 37-42 °C), veoma tople (visoke termalne, 42 °C i više) mineralne vode. U medicinskoj praksi veliki značaj pridaje se sadržaju organskih materija u niskomineralizovanim vodama, jer te supstance određuju specifična svojstva mineralnih voda. Sadržaj ovih materija iznad 40 mg/l čini mineralne vode neprikladnim za unutrašnju upotrebu.

Razvijeni su posebni standardi koji omogućavaju procjenu pogodnosti prirodnih voda za tretman (tabela 40).

Tabela 40

Standardi za klasifikaciju vode kao mineralne

Mineralne vode se koriste u odmaralištima za liječenje pića, kupanje, kupanje u terapijskim bazenima, sve vrste tuširanja, kao i za inhalaciju i grgljanje kod oboljenja grla i gornjih disajnih puteva, za navodnjavanje kod ginekoloških oboljenja i dr. koristi se i spolja.

Mineralne vode se koriste interno iu van odmaralištima, kada se koriste uvozne flaširane vode. Sada u našoj zemlji postoji bezbroj fabrika i radionica za flaširanje mineralne vode. Flaširana voda je zasićena ugljičnim dioksidom kako bi se očuvala njena kemijska svojstva i okus. Voda treba da bude bezbojna i apsolutno čista. Liječenje flaširanom mineralnom vodom mora se kombinirati s pridržavanjem određenog režima, prehrane i primjenom dodatnih terapijskih faktora (fizioterapija, liječenje lijekovima, hormonska terapija itd.).

Mineralne vode, pretežno niske mineralizacije, a sadrže i jone kalcija, imaju izražen diuretički (diuretski) učinak i pospješuju uklanjanje bakterija, sluzi, pijeska, pa čak i sitnog kamenca iz bubrega, bubrežne zdjelice i mjehura. Upotreba mineralne vode je kontraindikovana, na primjer, u slučaju suženja jednjaka i pilorusa želuca, iznenadnog prolapsa želuca, kardiovaskularnih bolesti praćenih edemom, smanjene sposobnosti izlučivanja bubrega itd. Liječenje mineralnim vodama treba obavljati prema preporuci ljekara i pod medicinskim nadzorom.

Umjetne mineralne vode prave se od kemijski čistih soli, čiji se sastav poklapa sa sastavom prirodnih. Međutim, potpuna istovjetnost sastava umjetnih i prirodnih mineralnih voda nije postignuta. Posebne poteškoće nastaju u simulaciji sastava otopljenih plinova i svojstava koloida. Od umjetnih mineralnih voda široku primjenu imaju samo ugljične, sumporovodikove i dušične vode, koje se uglavnom koriste za kupke. Centralni institut za balneologiju i fizioterapiju (Moskva) predložio je metode za pripremu nekih mineralnih voda za piće koje imaju visoku terapeutsku vrijednost (Essentuki br. 4 i 17, Borjomi, Batalinskaya). Svake godine se povećava broj balneoloških pijaca i bušotina koje proizvode mineralnu vodu.

Neke mineralne vode se koriste kao osvježavajući stoni napitak za gašenje žeđi koji povećava apetit i konzumira se umjesto slatke vode, bez ikakvih medicinskih indikacija. U brojnim regijama Rusije, obična voda za piće je prilično mineralizirana i prilično se razumno koristi kao stono piće. Kao stone mineralne vode mogu se koristiti podzemne vode tipa natrijum hlorida sa mineralizacijom ne većom od 4-4,5 g/l (za hidrokarbonatne vode oko 6 g/l).