Znanost o podzemnim vodama, njihovom postanku, uvjetima nastanka, zakonima kretanja, fizikalnim i kemijskim svojstva, veze s atmosferskim i površinskim vodama nazivaju se hidrogeologija.

Za graditelje, podzemna voda u nekim slučajevima služi kao izvor vodoopskrbe, au drugim djeluje kao čimbenik kompliciranja izgradnje. Posebno je otežano izvođenje iskopa i rudarskih radova u uvjetima nadolaska podzemnih voda koje plave jame, kamenolome, rovove, podzemne rudarske radove: rudnike, okna, tunele, galerije i sl. Podzemne vode pogoršavaju mehanička svojstva rastresitih i glinastih stijena, mogu djelovati kao agresivna okolina u odnosu na građevinske materijale, uzrokovati otapanje mnogih pora stijena (gips, vapnenac i dr.) uz stvaranje šupljina itd.

Graditelji moraju proučavati podzemne vode i koristiti ih u proizvodne svrhe, te biti sposobni oduprijeti se njihovom negativnom utjecaju tijekom izgradnje i eksploatacije zgrada.

Vodna svojstva stijena

Stijene u odnosu na vodu karakteriziraju sljedeći pokazatelji: kapacitet vlage, izdašnost vode i vodopropusnost. Pokazatelji ovih svojstava koriste se u raznim hidrogeološkim proračunima.

Kapacitet vlage - sposobnost stijene da sadrži i zadržava 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 gustoća skeleta stijene.

Najveća vrijednost W a B se podudara s vrijednošću poroznosti stijene. Prema stupnju sposobnosti zadržavanja vlage stijene se dijele na vrlo intenzivna vlaga(treset, ilovača, glina), otporan na nisku vlagu(lapor, kreda, rastresiti pješčenjaci, fini pijesci, les) i ne zahtijeva intenzivnu vlagu, ne zadržavaju vodu (šljunak, šljunak, pijesak).

Prinos vodeW e - sposobnost stijena zasićenih vodom da otpuštaju gravitacijsku vodu u obliku slobodnog strujanja. U tom slučaju se smatra da fizički vezana voda ne istječe iz pora stijene, pa prihvaćaju W z = W n .„ - W MMB .

Količina gubitka vode može se izraziti kao postotak volumena vode koja slobodno otječe iz stijene prema volumenu stijene ili količinom vode koja istječe iz 1 m 3 stijene (specifična izdašnost vode). Krupnozrnate stijene, kao i pijesci i pjeskovite ilovače, u kojima je vrijednost W B kreće se od 25 do 43%. Pod utjecajem gravitacije, ove stijene su sposobne otpustiti gotovo sav jod prisutan u njihovim porama. U glinama je gubitak vode blizu nule.

Vodopropusnost - sposobnost stijena da propuštaju gravitacijsku vodu kroz pore (rahle stijene) i pukotine (guste stijene). Što je veća veličina pora ili veće pukotine, veća je vodopropusnost stijena. Nije svaka stijena koja je sama po sebi porozna sposobna propuštati vodu, na primjer, ff glina: s poroznošću od 50-60% ona praktički ne propušta vodu.

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

Po veličini kf stijene se dijele u tri skupine: 1) vodopropusne - &f > 1 m/dan (šljunak, šljunak, pijesak, razlomljene stijene); 2) polupropusni - k li > = 1...0,001 m/dan (ilovasti pijesci, les, treset, rastresite vrste pješčenjaka, rjeđe porozni vapnenci, laporci); 3) neprobojan - & f< 0,001 м/сут (мас­сивные породы, глины). Непроницаемые породы принято назы­вать aquicludes, te polupropusni i vodopropusni - jedinstvenim pojmom vodopropusni, odn vodonosnici, horizonti

§ 3. Kemijski sastav podzemne vode.

Voda kao agresivno prirodno okruženje za građevinske objekte

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

Plinovi otopljeni u vodi (O, CO 2, CH4, H2S i dr.) određuju stupanj pogodnosti vode za piće i tehničke svrhe. Količina otopljenih soli ne smije biti veća od 1 g/l. Nije dopušten sadržaj kemijskih elemenata štetnih za ljudsko zdravlje (uran, arsen i dr.) i patogenih bakterija.

Kloridi, sulfati i karbonati su najčešći u podzemnim vodama. Podzemne vode se dijele na svježe(do 1 g/l otopljene soli), boćat(od 1 do 10 g/l), slan(10-35 g/l) i kiseli krastavci(više od 35 g/l). Količina i sastav soli utvrđuje se kemijskom analizom u miligramima po litri (mg/l) ili milimolima po litri (mmol/l).

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

Krutost podzemne vode određuje se količinom iona Ca 2+ i Mg 2+ otopljenih u vodi i izražava se u milimolima po litri. razlikovati

1. opća tvrdoća uzrokovan sadržajem svih soli kalcija i magnezija u vodi: Ca(HCO 3) 2; Mg(HCO3)2, CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCI2;

2. karbonatne, odnosno privremene, zbog sadržaja kalcijevih i magnezijevih bikarbonata, uklanja se kuhanjem (talog u obliku karbonata);

3. nekarbonatne, odnosno trajne preostalih u vodi nakon uklanjanja bikarbonata. Na osnovu ukupne tvrdoće prirodne vode se dijele u 5 grupa:

Ocjena vode Tvrdoća, mmol/l

Vrlo mekan do 1.5

Meko 1,5-3,0

Umjereno mekan 3-6

Teško 6-9

Vrlo teško iznad 9

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

Agresivnost podzemne vode izražava se u destruktivnom djelovanju soli otopljenih u vodi na građevne materijale, posebice na portland cement. U postojećim standardima koji ocjenjuju stupanj agresivnosti vode u odnosu na beton, osim kemijskog sastava vode, u obzir se uzima i koeficijent filtracije stijena.

1. Agresivnost sadržajem alkaliteta bikarbonata(agresivnost ispiranja) određena je vrijednošću karbonatne tvrdoće. Podzemna voda je agresivna na beton pri karbonatnoj tvrdoći 4-2,14 mmol/l (ovisno o vrsti cementa u betonu), a pri većim vrijednostima voda postaje neagresivna.

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

3. Agresivnost sadržajem slobodnog ugljičnog dioksida(CO 2) (agresivnost ugljika) određena je sadržajem ugljičnog dioksida.Razlikuju se slobodni, vezani i agresivni ugljikov dioksid.

Agresativ ugljični dioksid se određuje eksperimentalno, a proračunski, voda se smatra agresivnom kada je sadržaj ugljičnog dioksida >15 mmol/l u visoko propusnim tlima i >55 mmol/l u slabo propusnim tlima.

4. Agresija sadržajem magnezijevih soli određena sadržajem iona Mg 2+. U slabo filtrirajućim tlima voda je agresivna sa sadržajem magnezija >2000 mg/l, a u ostalim tlima > 1000 mg/l.

5. Agresivnost sadržajem kaustične lužine procjenjuje se brojem iona K + i Na +. Voda je agresivna za beton kada je sadržaj ovih iona >80 g/l u visokopropusnom i >50 g/l u slabo propusnom tla.

6. Sulfatna agresivnost. Ova vrsta agresivnosti određena je sadržajem SO 4 2- iona. U visoko propusnim tlima ovisi o sadržaju C1 - iona. Kada je sadržaj sulfatnih iona manji od 250-300 mg/l u svim tlima, voda je neagresivna, u svim ostalim slučajevima je agresivna, čak i prema specijalnim cementima.

Agresivnost u sadržaju klorida, sulfata, nitrata i drugih soli i kaustičnih lužina obično se povezuje s umjetnim izvorima onečišćenja podzemnih voda s ukupnim sadržajem (agresivnih iona >10 g/l.

Agresivnost podzemnih voda određuje se usporedbom podataka iz kemijskih analiza vode sa zahtjevima SNiP 2.02.11-85. Za borbu protiv njega koriste se posebni cementi, provodi se hidroizolacija podzemnih dijelova zgrada i građevina, snižava se razina podzemne vode ugradnjom drenaže itd.

4. Klasifikacija i karakteristike tipova podzemne vode

Podzemne vode se klasificiraju prema hy dravlic znak- bez pritiska i pritiska, i Uvjetipojava u zemljinoj kori - podzemna voda, podzemna voda, međuslojna voda (slika 50). Osim ovih glavnih tipova, postoji niz podzemnih voda, kao što su pukotinske, kraške, mineralne itd.

Verkhovodka.Verkhovodka su privremene nakupine vode u zoni prozračivanja, koje se nalaze iznad horizonta podzemnih voda, gdje je dio pora tla zauzet zrakom. Verhovodka se formira iznad malih vodonosnih slojeva kao što su leće gline i ilovače u pijesku, preko slojeva gušćih stijena itd. (Sl. 50), tijekom infiltracije vode u razdobljima obilnijeg topljenja snijega i kiše. Ostatak vremena, nataložena voda isparava i curi u podzemne vode.

Općenito, vodenu vodu karakterizira: privremena, često sezonska priroda, malo područje distribucije, mala snaga i nedostatak pritiska. Nalazeći se unutar podzemnih dijelova zgrada i građevina (podrumi, kotlovnice i sl.), može uzrokovati poplave ako nisu unaprijed osigurane mjere odvodnje ili hidroizolacije.

Inženjersko-geološkim istraživanjima koja se provode u sušnom razdoblju ne može se uvijek otkriti nagomilana voda. Stoga, njegov izgled može biti neočekivan za graditelje.

Podzemne vode.Neasfaltirana nazivaju se konstantnim u vremenu i značajnim u području distribucije horizonata podzemne vode koji leže na prvom aquitardu s površine.

1. Podzemne vode slobodno teče, imaju slobodnu površinu tzv ogledalo(ili razina). Položaj zrcala u određenoj mjeri odgovara topografiji područja. Dubina razine od površine varira - od 1 do 50 m ili više. Vodonosac na kojem leži vodonosnik naziva se vodootporan krevet, i udaljenost od njega do

razina podzemne vode - vlast vodonosnik (slika 51).

2. Prehrana podzemne vode nastaju zbog oborina,

akumulacije i rijeke. Područje hrane šibice s područjem distribucije podzemnih voda. Podzemna voda je otvorena za

onečišćenje raznim štetnim nečistoćama.

3. Podzemna voda tvori tokove koji su usmjereni prema kosini akvitarda (sl. 51).

4. Količina, kvaliteta i dubina podzemne vode ovise

geologija područja i klimatski čimbenici.

U građevinskoj praksi najčešće se susreće

podzemne vode. Stvaraju velike poteškoće u proizvodnji

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

normalno upravljati zgradama i građevinama.

Međuslojne vode zvani vodonosnici smješteni između akvitara. Mogu biti bez pritiska i pritiska, potonji se inače nazivaju arteškim.

Međusloj ne-pritisak vode su relativno rijetke,

vodonosnici su samo djelomično ispunjeni vodom (slika 51).

Pritisak(arteške) vode povezane su s pojavom vodonosnika

slojevi nagnuti prema horizontu ili u obliku zavoja (bora) (sl. 50.

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

Pojedini dijelovi vodonosnika leže na različitim nadmorskim visinama

oznake. To stvara pritisak podzemne vode. Područje moći poput

u pravilu se ne podudara s područjem distribucije interstratalnih voda.

Tlak vode karakterizira piezometarska razina. On može

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

kroz bušotine, voda izbija, u drugom se diže

samo do piezometrijske razine.

Mnogi arteški bazeni, na primjer Don-Donec depresija, zauzimaju velika područja, sadrže niz vodonosnika i važan su izvor pitke vode.

Tema: Hidrogeologija kao znanost. Voda u prirodi.

1. Hidrogeologija. Faze razvoja hidrogeologije.

Podsjetimo se na definiciju znanosti hidrogeologije. hidrogeologija- znanost o podzemnim vodama, koja proučava njihov nastanak, uvjete nastanka i rasprostranjenja, zakone gibanja, međudjelovanje s vododrživim stijenama, formiranje kemijskog sastava i dr.

Ukratko razmotrimo povijest razvoja ove znanosti.

1.1 Faze razvoja hidrogeologije

U povijesti istraživanja podzemnih voda u SSSR-u postoje 2 razdoblja:

1) predrevolucionarni;

2) postrevolucionarni.

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

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

2. prve znanstvene općenite informacije o podzemnim vodama (XVII. - sredina XIX. stoljeća)

3. utemeljenje hidrogeologije kao znanosti (druga polovica 19. stoljeća i početak 20. stoljeća)

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

Postrevolucionarno razdoblje može se podijeliti u 2 faze:

1. prije rata (1917.-1941.)

2. poslijeratni

Za osposobljavanje hidrogeoloških inženjera, hidrogeološka specijalnost osnovana je na Moskovskoj rudarskoj akademiji 1920. godine: nešto kasnije uvedena je na drugim institutima i sveučilištima. Na institutima su počeli predavati najistaknutiji hidrogeolozi F.P. Savarenski, N.F. Pogrebov, A.N. Semikhatov, B.C. Iljin i sur.

Do početka prvog petogodišnjeg plana (1928.), kao i tijekom sljedećih petogodišnjih planova, hidrogeološka istraživanja provedena su u Donbasu, istočnom Zakavkazju, srednjoj Aziji, sjevernoj Ukrajini, Kazahstanu, Turkmenistanu i mnogim drugim regijama zemlja.

Veliki značaj za daljnji 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, hidrogeološke rejonizacije), koje su imale veliki značaj za planiranje daljnjih hidrogeoloških istraživanja. U isto vrijeme, pod uredništvom N.I. Tolstihina počeli su izlaziti svesci "Hidrogeologija SSSR-a". Prije Velikog Domovinskog rata objavljeno je 12 brojeva ovog višetomnog djela.

Poslijeratnu fazu karakterizira akumulacija materijala u dubokim vodama.

Za dublju znanstvenu analizu i široku regionalnu generalizaciju materijala o podzemnim vodama, odlučeno je pripremiti za objavljivanje 45 svezaka "Hidrogeologije SSSR-a", a osim toga, sastaviti 5 konsolidiranih svezaka.

2. Voda u prirodi. Kruženje vode u prirodi.

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

1. para;

2. kapljica tekućine;

3. teško.

površno voda je u tekućem i čvrstom stanju. U zemljinoj kori Voda se nalazi u pari, tekućini, čvrstom stanju, a također iu obliku higroskopne i filmske vode. Površinske i podzemne vode zajedno čine vodeni omotač - hidrosfera.

Podzemna hidrosfera ograničena je odozgo površinom zemlje; njezina donja granica nije pouzdano proučena.

Postoje veliki, unutarnji i mali vrtači. Tijekom velikog ciklusa, vlaga isparava s površine oceana, prenosi se u obliku vodene pare zračnim strujama na kopno, pada ovdje na površinu u obliku oborina, a zatim se vraća u mora i oceane površinskim i podzemno otjecanje.

S malom cirkulacijom vlaga isparava s površina oceana i mora. Ovdje također pada u obliku oborina.

Kvantitativno je karakteriziran proces kruženja u prirodi ravnoteža vode,čija jednadžba udjela zatvorenog riječnog sliva ima oblik za dugoročno razdoblje:

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

gdje je x oborina po slivnom području, mm

y - protok rijeke, mm

Z - isparavanje minus kondenzacija, mm

W je prosječno dugoročno punjenje dubokih vodonosnika zbog padalina ili protoka podzemne vode na površinu unutar riječnog sliva.

Unutarnju cirkulaciju osigurava onaj dio vode koji isparava unutar kontinenata - s vodene površine rijeka i jezera, s kopna i vegetacije, i tamo pada u obliku oborina.

3. Vrste vode u mineralima i stijenama.

Jednu od najranijih klasifikacija vrsta vode u rasnim stijenama predložio je 1936. A.F. Lebedev. U narednim godinama predložen je niz drugih klasifikacija. Na temelju Lebedevove klasifikacije većina znanstvenika razlikuje sljedeće vrste vode:

1. Parna voda

Nalazi se u obliku vodene pare u zraku, prisutan je u porama i pukotinama stijena iu tlu, kreće se zajedno sa zračnim strujama. Pod određenim uvjetima može prijeći u tekući oblik kondenzacijom.

Parovita 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.

Razlikuju se čvrsto vezana i slabo vezana voda.

A) jako vezana voda(hidroskopski) nalazi se u obliku molekula u apsorbiranom stanju, koje na površini čestica drže molekularne i elektrostatske sile. Visoke je gustoće, viskoznosti i elastičnosti, karakterističan je za fino raspršene stijene, ne otapa soli i nije dostupan biljkama.

b) labavo plesti(film) nalazi se iznad čvrsto vezane vode, drži se molekularnim silama, pokretljiviji je, gustoća je bliska gustoći slobodne vode, može se kretati od čestice do čestice pod utjecajem sorpcijskih sila, sposobnost otapanja soli se smanjuje.

3. Kapilarna voda

Nalazi se u kapilarnim porama stijena, gdje se zadržava 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 obliku vlage iz kapilarne poplavne ravnice iznad razine podzemne vode. Debljina kapilarne poplavne ravnice ovisi o granulometrijskom sastavu. Varira od nule u šljunku do 4-5 m u glinovitim stijenama. Sama kapilarna voda je dostupna biljkama.

b) suspendirana kapilarna voda nalazi se pretežno u gornjem horizontu stijene ili u tlu i nije u izravnoj vezi s razinom podzemne vode. Kada se sadržaj vlage u stijeni poveća iznad minimalnog kapaciteta vlage, voda teče u slojeve ispod. Ova voda je dostupna biljkama.

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

4. Gravitacijska voda

Podlaže se gravitaciji. Kretanje vode nastaje pod utjecajem te sile i prenosi hidrostatski tlak. Podijeljen je u 2 vrste:

A) procjeđujući- slobodna gravitacijska voda u stanju kretanja prema dolje u obliku zasebnih strujanja u zoni prozračivanja. Kretanje vode događa se pod utjecajem gravitacije.

b) vlaga vodonosnika, koji zasićuje vodonosnike do PV. Vlaga se zadržava zahvaljujući vodonepropusnosti vodonepropusnog sloja (dalje se govori o temi “Gravitacijska voda”).

5. Voda kristalizacije

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

6. Čvrsta voda u obliku leda

Osim navedenih šest vrsta, postoje kemijski vezana voda, koji sudjeluje u strukturi kristalne rešetke minerala u obliku H +, OH iona”, tj. ne zadržava svoj molekularni oblik.

4. Pojam poroznosti i poroznosti.

Jedan od najvažnijih hidrogeoloških pokazatelja stijena je njihova poroznost. U pjeskovitim stijenama ima pare poroznost, a kod jakih - napuknut.

Podzemna voda ispunjava pore i pukotine u stijenama. Volumen svih šupljina u stijeni naziva se radnog ciklusa. Naravno, što je veća poroznost, stijena može zadržati više vode.

Veličina šupljina je od velike važnosti za kretanje podzemne vode u stijenama. U malim porama i pukotinama, površina kontakta vode sa zidovima šupljina je veća. Ovi zidovi pružaju značajan otpor kretanju vode, pa je njegovo kretanje u finom pijesku, čak i uz značajan pritisak, teško.

Razlikuje se poroznost stijena: kapilarna(poroznost) i nekapilarni.

Na kapilarni radni ciklus uključuju male šupljine u kojima se voda kreće uglavnom pod utjecajem površinske napetosti i električnih sila.

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

Male šupljine u stijenama nazivaju se poroznost.

Postoje 3 vrste poroznosti:

2. otvoriti

3. dinamičan

Ukupna poroznost kvantitativno se određuje omjerom volumena svih malih šupljina (uključujući one koje međusobno ne komuniciraju) prema cjelokupnom volumenu uzorka. Izraženo u dijelovima jedinice ili kao postotak.

Ili

gdje je V n volumen pora u uzorku stijene

V – volumen uzorka

Ukupnu poroznost karakterizira koeficijent poroznosti e.

Koeficijent poroznosti e izražava se omjerom volumena svih pora u stijeni i volumena čvrstog dijela stijene (skeleta) V c, izraženog u razdjelima jedinice.

Ovaj koeficijent se naširoko koristi posebno u istraživanju

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

Omjer poroznosti može se izraziti na sljedeći način

, dijeljenjem brojnika i nazivnika s V c dobivamo

Vrijednost ukupne poroznosti uvijek je 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 ovisi o prirodi sastava čestica (zrna).

Nekapilarna poroznost uključuje velike pore u grubim klastičnim stijenama, pukotine, kanale, špilje i druge velike šupljine. Pukotine i pore mogu komunicirati jedna s drugom ili biti rastrgane.

Otvorena poroznost karakteriziran omjerom volumena međusobno povezanih otvorenih pora prema cjelokupnom volumenu uzorka.

Za zrnate, nekonsolidirane stijene, otvorena poroznost je blizu ukupne vrijednosti.

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

Istraživanja su pokazala da se voda ne kreće cijelim volumenom otvorenih pora. Dio otvorenih pora (osobito na spoju čestica) često je zauzet 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 je dinamička poroznost manja od otvorene poroznosti.

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

Kontrolna pitanja:

1. Što proučava znanost hidrogeologija?

2. Kako se odvija ciklus vode u prirodi?

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

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

5. Što mislim pod radnim ciklusom? Imenuj i opiši njegove vrste.

Hidrogeologija je znanost o podzemnim vodama. Podzemne vode su one koje se nalaze ispod površine zemlje, ograničene na različite stijene i ispunjavaju pore, pukotine i krške šupljine. Hidrogeologija proučava postanak i razvoj podzemnih voda, uvjete njihova nastanka i rasprostranjenja, zakonitosti gibanja, procese međudjelovanja podzemnih voda sa stijenama domaćinima, fizikalna i kemijska svojstva podzemnih voda, njihov plinski sastav; bavi se proučavanjem praktične upotrebe podzemnih voda za pitku i kućnu vodoopskrbu, kao i razvojem mjera za suzbijanje podzemnih voda tijekom izgradnje i rada raznih objekata, rudarenja i dr.

Podzemna voda je u složenom odnosu sa stijenama koje izgrađuju zemljinu koru, čije je proučavanje predmet geologije; dakle, geologija i hidrogeologija su neraskidivo povezane, o čemu svjedoči i sam naziv dotične znanosti.

Hidrogeologija pokriva značajan krug pitanja koja proučavaju druge znanosti iu tijesnoj je vezi s meteorologijom, klimatologijom, hidrologijom, geomorfologijom, tloznanstvom, litologijom, tektonikom, geokemijom, kemijom, fizikom, hidraulikom, hidrodinamikom, hidrotehnikom, rudarstvom itd.

Važnost podzemnih voda u geološkim procesima je izuzetno velika. Pod utjecajem podzemnih voda mijenja se sastav i struktura stijena (fizičko i kemijsko trošenje), dolazi do razaranja padina (klizišta) itd.

Hidrogeologija je složena znanost i podijeljena je na sljedeće samostalne cjeline:

1. “Opća hidrogeologija” - proučava kruženje vode u prirodi, nastanak podzemnih voda, fizikalna svojstva i kemijski sastav vode kao složenih dinamičkih prirodnih sustava i njihovu klasifikaciju.

2. “Dinamika podzemnih voda” - proučava obrasce kretanja podzemnih voda, koji omogućuju rješavanje pitanja vodoopskrbe, navodnjavanja, odvodnje, pri određivanju dotoka vode u rudarske radove i mnoga druga.

3. "Regionalna hidrogeologija" - proučava obrasce distribucije podzemnih voda na teritoriju i, sukladno tome, općenitost hidrogeoloških uvjeta određenih teritorija, proizvodi zoniranje potonjih.

4. “Hidrogeokemija” - proučava nastanak kemijskog sastava podzemnih voda.

5. “Mineralne vode” - proučava obrasce nastanka i nastanka ljekovitih voda i voda od industrijskog značaja (za izdvajanje soli, joda, broma i drugih tvari iz njih), distribuciju tih voda i najbolje načine njihovog iskorištavanja.

Predavanje 1. Hidrosfera

Plan:

Hidrosfera i kruženje vode u prirodi

Vrste vode u stijenama

Svojstva stijena u odnosu na vodu

Pojam zone prozračivanja i zasićenja

I. Hidrosfera i kruženje vode u prirodi.Voda na kugli zemaljskoj je u stalnom ciklusu. Postoje veliki i mali vrtači. Proces prirodnog ciklusa kvantitativno je karakteriziran ravnotežom vode (slika 1). Razina koje prema B.I. Kudelin izražava

x=y+z±w

x – količina oborine, mm

y – otjecanje rijeke, mm

z – isparavanje, mm

w – prosječno dugotrajno punjenje dubokih horizonata, mm

Dio atmosferskih oborina koji prodiru kroz stijene dospijeva na površinu vodonosnika i odlazi ih hraniti. Površinski i podzemni tok zajedno čine ukupni riječni tok. Podzemno otjecanje i ukupno isparavanje čine vlaženje bruto teritorija, jednako razlici između oborine i površinskog otjecanja. Od 5-7 do 15-20% padalina koristi se za hranu na području Republike Bjelorusije. Podzemna ishrana (infiltracija) ovisi o klimatskim uvjetima teritorija, sloju tla i vegetacije, geomorfološkim i geološkim čimbenicima.

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

Riža. 1. Dijagram bilance vode

Parovit – nalazi se u obliku vodene pare u zraku, prisutan u porama i pukotinama planinskih gradova. Kada se ohladi kondenzacijom pretvara se u tekuću vodu.

Higroskopno(jako vezana) voda se na površini čestica drži molekularnim i elektrostatskim silama. Ne prenosi hidrostatski tlak, nema sposobnost otapanja i ne smrzava se do 78ºC. Kada se zagrije na 100-105ºS potpuno se uklanja. Sadržano u pijesku 1%, pjeskovitim ilovačama 8%, glinama do 18%, nedostupnim biljkama.

Film (labavo vezana) voda nastaje kondenzacijom vodene pare. Prekriva površinu čestica tankim filmom od 0,01 mm, drži se molekularnim silama, gustoća je bliska gustoći slobodne vode, može se kretati od čestice do čestice pod utjecajem sorpcijskih sila i ne prenosi hidrostatski tlak. Sadržaj pijeska je 1-7%, pjeskovitih ilovača 9-13%, ilovača 15-23%, gline 25-45%. Sadržaj ove vode dramatično mijenja svojstva čvrstoće glinovitih stijena.

Kapilarni voda (samokapilarna, suspendirana kapilarna voda) nalazi se u tankim porama u obliku kapilarnog ruba iznad razine podzemne vode u rasponu vlažnosti od najniže vlažnosti (LH) do ukupne vlažnosti (TH). Visina kapilarnog uspona je za šljunak, šljunak, krupnozrnate pijeske - 0, srednje zrnate pijeske 15-35 cm, sitnozrnate pijeske - 35-100 cm, pjeskovite ilovače - 100-150, gline - 400-500 cm.

Gravitacijski voda podliježe gravitaciji. Kretanje se događa pod utjecajem gravitacije i gradijenta tlaka, prenoseći hidrostatski tlak. Općenito, hidrogeologija proučava ove vode.

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

Kemijski vezanvoda (konstitucijska) sudjeluje u građi kristalne rešetke minerala.

III. Glavna svojstva stijenasu: gustoća, nasipna gustoća, poroznost, vodopropusnost, kapacitet vlage, topljivost, gubitak vode. Oni ovise o mineralnom sastavu stijena, njihovoj strukturi, sastavu, raspucalosti i poroznosti.

Ocjenjivanje– postotni sadržaj čestica različite veličine u rastresitom kamenu. Granulometrijski sastav nekohezivnih stijena prema GOST 12536-67 određuje se analizom sita, koja se sastoji od uzastopnog prosijavanja stijene kroz niz sita i vaganja materijala preostalog na svakom situ. Za prosijavanje pjeskovitih stijena koristi se set sita s promjerima otvora 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,25, 0,1 mm. Radi preglednosti, granulometrijski sastav stijena prikazan je u obliku krivulje granulometrijskog sastava iscrtane u polulogaritamskom mjerilu (slika 2).

Riža. 2. Dijagram raspodjele veličine čestica

Krivulja heterogenosti omogućuje vam izračunavanje vrijednosti koeficijenta heterogenosti: gdje je koeficijent heterogenosti, su promjeri čestica, manji od kojih određena stijena sadrži 60 odnosno 10% čestica po težini.

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

Gustoća (γ-gama) – omjer mase čvrstih čestica i njihovog volumena. Gustoća čestica pijeska i gline nalazi se u rasponu (g/cm 3 ) od 2,5 do 2,8 g/cm³, pjeskovita ilovača 2,70, ilovača – 2,71, glina – 2,74.

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

Gdje je P masa uzorka, g; V – volumen uzorka, cm³,

γ o – varira od 1,3-2,4 g/cm³.

Konstantnija vrijednost je volumetrijska masa kostura stijene – masa čvrste komponente po jedinici volumena stijene. Proračunato

Gdje je w sadržaj vlage u stijeni, %

Poroznost – ukupni volumen svih pora u jedinici volumena stijene. Poroznost se definira kao omjer volumena pora u stijeni (Vp) prema ukupnom volumenu koji zauzima stijena (V), izražen u postocima; p= Vp/ V·100%. Osim toga, često se koristi koeficijent poroznosti ε (epsilon) = n/(1-n). Poroznost glinastih stijena doseže 50-60%, pijeska - 35-40%, pješčenjaka - 2-38%, vapnenaca, lapora - 1,5-22%, granita, gnajsa, kvarcita 0,02-2%.

Apsolutna vlažnost– omjer mase vode i mase apsolutno suhog tla u određenom volumenu, izražen u postocima.

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

Kapacitet vlage – maksimalna molekularna karakterizira količinu vode zadržanu u stijeni zbog sila molekularne adhezije 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 tlima pod pritiskom naziva se filtracija. Topivost - sposobnost stijena da se rastvaraju u vodi, ovisi o temperaturi, brzini protoka vode, sadržaju CO 2 itd.

IV. Pojam zone zasićenja.U rastresitim stijenama ispod razine podzemne vode sve pore su ispunjene vodom - zona zasićenja, sloj iznad naziva se zona prozračivanja - njegova debljina je jednaka dubini podzemne vode.

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

Kompleks vodonosnika– kompleks stijena zasićenih vodom ograničenih na slojeve određene starosti.

Predavanje 2. Postanak i dinamika podzemnih voda

Plan:

Podrijetlo podzemnih voda

Zakoni filtracije podzemnih voda

Određivanje smjera i brzine kretanja podzemne vode

Osnovni hidrogeološki parametri.

I. Prema postanku podzemne vode se dijele na:

Infiltracija– voda nastaje kao posljedica procjeđivanja oborina s površine zemlje, površinske vode u pore i pukotine u stijenama. Ovo je glavna skupina infiltracijskih voda sadržanih u zemljinoj kori

Kondenzacija– voda nastaje kondenzacijom vodene pare u zoni prozračivanja, špiljama i sl.

Taloženje– nastaju zbog voda akumulacija u kojima su se nakupile sedimentne stijene.

Magmatsko podrijetlo –nastaju tijekom vulkanskih erupcija.

II. Filtriranje – kretanje podzemnih voda u porama i pukotinama stijena. Ako se kretanje vode događa u stijenama koje nisu potpuno zasićene vodom, onda se to naziva infiltracija (kroz zonu prozračivanja). Protjecanje sedimenta ili površinske vode kroz pukotine u stijenama naziva se inflacija. Postoje laminarno i turbulentno kretanje vode.

Osnovni zakon laminarnog kretanja fluida u poroznim stijenama uspostavio je Darsú (1856.) Na temelju tog zakona Dupuú (1857.) je razvio odnos za određivanje protoka podzemne vode i njezinog dotoka do vodozahvata.

Veliki doprinos proučavanju dinamike podzemnih voda dao je N.E. 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-Bekčurin, A.N. Myatiev, S.F. Averjanov i drugi.

Laminarno (paralelni mlaz) kretanje se događa bez pulsiranja brzine. Ravnomjerno kretanje podzemne vode karakterizira postojanost tijekom vremena u bilo kojem dijelu snage, gradijenta tlaka, brzine filtracije i brzine protoka. Nestacionarno kretanje podzemne vode je kretanje kod kojeg se protok, smjer i nagib protoka mijenjaju tijekom vremena.

Turbulentno kretanje (vrtložno) karakterizira pulsiranje brzine, uslijed čega dolazi do miješanja različitih slojeva toka (krške vode, po pukotinama).

Zakoni filtracije podzemnih voda. Linearni zakon filtracije.

Laminarno kretanje podzemne vodepokorava se linearnom zakonu filtracije (Darcyjev zakon - po imenu francuskog znanstvenika koji je 1856. godine ustanovio ovaj zakon za porozne zrnate stijene). Ovaj zakon je formuliran na sljedeći način: brzina filtracije tijekom laminarnog strujanja proporcionalna je hidrauličkom nagibu na prvu potenciju.

V=KI, gdje je,

V – brzina filtracije;

K – koeficijent filtracije;

I – hidraulički nagib gradijenta tlaka;

I=(H1-H2)/e

Ako je e=1, onda je V=K, tj. uz gradijent tlaka =1, koeficijent filtracije je jednak brzini filtracije.

Q=KIω, gdje je

Q – protok filtracije – količina vode koja protječe kroz određeni presjek protoka po jedinici vremena, m³/dan, K – koeficijent filtracije, I – gradijent tlaka, ω – presjek.

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

Određivanje protoka izvora pomoću ustava.

Potrošnja vode trapeznog presjeka:

Q=0,0186bh√h, l/sek, gdje je

Q – protok izvora, l/sek;

b – širina donjeg pregradnog rebra u cm;

h – visina vodostaja ispred rebra preljeva, cm.

Trokutasti presjek:

Q=0,014h 2 √h, l/s.

Pravokutni presjek:

Q=0,018 bh√h, l/s.

Ustava trapeznog presjeka koristi se za mjerenje velikih protoka - više od 10 l/s (100-200 l/s), a manje od 10 l/s - s trokutastim ili pravokutnim presjekom.

Gradijent tlaka može se odrediti hidroizohipsama - linijama koje povezuju identične oznake površine podzemne vode ili hidroizopiezama - linijama koje povezuju točke jednakog tlaka tlačne vode. Gradijent tlaka nije konstantan tijekom vremena; može se povećati kada se prihrana podzemne vode poveća i smanjiti kada oslabi.

Kretanje podzemne vode ne događa se 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 – presjek strujanja, m 2 .

U glinovitim stijenama, n – predstavlja aktivnu poroznost, koja karakterizira dio poprečnog presjeka stijene koji može propuštati gravitacijsku vodu.

Prema G.N. Kamenskijev zakon linearne filtracije vrijedi pri brzinama kretanja podzemne vode do 400 m/dan.

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

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

III. Određivanje smjera i brzine kretanja podzemne vode.Kretanje podzemne vode u porama rastresitih stijena ne može se smatrati kretanjem struje, čiji se svi tokovi kreću istom ili približno istom brzinom. Nije moguće precizno razlikovati linije toka vode u porama raznih stijena, stoga se pri razmatranju pitanja kretanja podzemnih voda može govoriti samo o prosječnoj brzini kretanja vode unutar određenog medija. Određivanje brzine kretanja podzemne vode (stvarna brzina Vd) provodi se na terenu. Za određivanje se koriste indikatori koji mijenjaju boju ili kemijski sastav i električnu vodljivost vode.

Za provođenje pokusa odabiru se dvije bušotine (jame), ponekad četiri, smještene duž smjera kretanja vode. Radnja koja se nalazi uzvodno služi za uvođenje indikatora u vodu; naziva se eksperimentalna. Radovi koji se nalaze nizvodno nazivaju se promatranjem. Udaljenost između njih odabire se ovisno o stijenama od 0,5-1,5 do 2,5-5,0 m. Kao indikator koriste se bojila (fluorescencija, itd.). Osim toga, kao indikator se koristi kuhinjska sol (kemijska metoda), postoje metode radioindikatora, metoda prirodnih izotopa i dr. Široku primjenu ima geofizička metoda - metoda ekvipotencijalnih linija (metoda nabijenog tijela). Vrijednosti stvarne brzine kretanja (Vd) mogu se koristiti za izračunavanje koeficijenta filtracije stijena, pri odlučivanju o pitanju sufozije ispod objekata i sl.

Da bi se utvrdio smjer kretanja podzemnih voda na velikim područjima, izrađuju se karte hidroizohipsuma i hidroizopieze. Pri rješavanju problema hidrotehnike i odvodnje (navodnjavanje, drenaža) izrađuju se hidroizohipse i na temelju njih izrađuju karte dubina podzemnih voda. Smjer toka podzemne vode je okomit na hidroizohipse.

IV. Osnovni hidrogeološki parametri.

Najvažnija svojstva stijena su filtracija, koja se karakteriziraju sljedećim parametrima: koeficijent filtracije, koeficijent propusnosti, koeficijent gubitka vode, vodljivost vode, koeficijent razine vodljivosti itd.

Koeficijent filtracije (K)predstavlja najvažniju karakteristiku stijena, naširoko se koristi u projektantskoj praksi pri proračunu protoka podzemne vode, pri određivanju gubitaka vode iz akumulacija, ribnjaka itd. Koeficijent filtracije stijena može se odrediti iz podataka o sastavu i poroznosti stijena (primjenom empirijskih formule), laboratorijskim metodama i na terenu.

Određivanje koeficijenata stijena empirijskim formulama. Eksperimentalnim radom utvrđena je ovisnost koeficijenta o mehaničkom (granulometrijskom) sastavu stijene (uglavnom o veličini i broju sitnih frakcija), njezinoj poroznosti i temperaturi vode. Određivanje koeficijenta stijene granulometrijskim sastavom je najjeftinija i najjednostavnija metoda koja se koristi u hidrogeološkim istraživanjima za početne faze projektiranja. Za detaljne studije, ova metoda je dodatak terenskoj metodi. Koristi se Hazenova formula (za pijeske promjera od 0,1 do 3 mm, s koeficijentom ujednačenosti l manjim od 5). Koeficijent ujednačenosti je omjer veličine zrna. Efektivni promjer (d 10 ) je promjer čestice u mm, manji od kojeg tlo sadrži 10% ukupne mase tla. Drugim riječima, dn je jednak promjeru otvora sita kroz koji prolazi 10% mase tla.

Hazinova formula

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

C je empirijski koeficijent koji ovisi o stupnju homogenosti i poroznosti tla. Za čiste, homogene pijeske C=1200, prosječna homogenost i gustoća C=800, heterogeni i gusti pijesci C=400,

dn – efektivni promjer, mm,

t je temperatura filtrirane vode.

Vrijednosti d60 i dn uzimaju se iz krivulje granulometrijskog sastava tla i crtaju u obliku krivulje u jednostavnom ili polulogaritamskom mjerilu.

Sauerbrey formula za temperaturu vode 10º

M/dan

β – empirijski koeficijent ovisno o ujednačenosti i veličini čestica pijeska od 1150 do 3010, prosjek 2880-3010

n – poroznost

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

Određivanje u laboratorijskim uvjetima. Za opterećenje ispitnih uzoraka stijena s poremećenom i prirodnom strukturom koriste se različiti uređaji. Princip određivanja koeficijenata u većini uređaja temelji se na mjerenju količine vode filtrirane kroz stijenu pod različitim pritiscima. Na temelju brzine protoka pri poznatom tlaku i površini uređaja nalazi se koeficijent filtracije. Koriste se Kamensky cijevi, Tomov uređaj i dr.

Treba dobro zapamtiti da se koeficijenti filtracije stijena zone prozračivanja, 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. Pri određivanju koeficijenta filtracije na terenu kretanje vode događa se 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 prozračivanja. Unutar vodonosnika koeficijent se utvrđuje crpljenjem iz bunara i jama.

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

M/dan

Q – ustaljeni protok vode, m 3 ;

F – površina dna malog prstena, m 2 ;

Točnije, vrijednost Kf je određena:

l je dubina infiltracije vode s dna jame;

z – visina vodenog sloja;

h k – kapilarni tlak jednak ≈50% najveće visine kapilarnog uspona, m

Prema metodi Nesterova2 čelična prstena promjera 25 i 50 cm ugrađena su u dno jame do dubine od 3-4 cm. Voda se ulijeva u prsten i sloj od 10 cm održava se na visini od 10 cm. eksperiment se nastavlja dok se protok ne stabilizira.

Eksperimentalno ubrizgavanje naširoko se koristi za određivanje Kf nevodonosnih razlomljenih i kraških stijena na različitim razinama, izolirajući intervale posebnim tamponima. Pokus se provodi dok se protok vode ne stabilizira. Kao rezultat pokusa određuje se specifično upijanje vode (q = l/min), tj. potrošnja vode u l/min po 1 m bunara i 1 m tlaka prema formuli:

P – pritisak na manometru,

H – vertikalna udaljenost od manometra do tampona, m,

Z – duljina proučavanog intervala (između tampona).

Približne vrijednosti Kf (m/dan):

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

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

Pješčana ilovača – 0,1-0,5 u zoni prozračivanja 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 se vrijednost mijenja ovisno o temperaturi. Pri filtriranju slatke vode čestice gline bubre i Kf se smanjuje, a kod slane vode, osobito natrijevog klorida, Kf raste, jer čestice gline ne bubre, soli kristaliziraju i povećava se poroznost.

Kada je specifična apsorpcija vode manja od 0,01 l/min, općenito je prihvaćeno da su stijene malo razlomljene i cementiranje nije potrebno za suzbijanje filtracije. Na temelju specifične zasićenosti vodom može se pronaći

Gdje je r radijus bušotine, m

Za određivanje se obično koriste ekspresne metode punjenja i crpljenja iz bunara i jama približno i brzo. Omogućuju, uz masovno uzorkovanje u kratkom vremenskom razdoblju, karakterizirati filtracijska svojstva sedimenata na velikom području. Prikladni su uglavnom u svrhu ekstrapolacije podataka dobivenih na točkama crpljenja klastera na odgovarajući teritorij.

Najtočniji podaci o koeficijentu filtracije, kao i drugim parametrima, dobivaju se crpljenjem iz bušotina različitog trajanja.

Gubitak vode u stijenama(B) svojstvo stijena zasićenih vodom da slobodno otpuštaju gravitacijsku vodu. Količinu gubitka vode karakterizira koeficijent gubitka vode - omjer volumena tekuće vode koja je prethodno ispunila šupljine i volumena cijele stijene. Izraženo kao postotak ili dio jedinice volumena i promjenjiva je vrijednost. Koeficijent gubitka vode šljunka, šljunka i krupnog pijeska jednak je njihovoj poroznosti ili ukupnom kapacitetu vlage. Vodonosnost glinovitih stijena i treseta jednaka je razlici ukupnog minimalnog kapaciteta vlage.

Koeficijent gubitka vode određuje se: 1) razlikom između različitih kapaciteta vlage; 2) zasićenjem stijene i odvođenjem vode; 3) terenska opažanja, način crpljenja podzemne vode iz bunara i sl.

Izdašnost vode (%) nekih stijena: pijesak c/z - 0,25-0,35, c/z - 0,2-0,25, m/z - 0,15-0,2, pjeskovita ilovača 0,1-0 ,15, ilovače manje od 0,1, gline blizu 0, treset 0-0,15, pješčenjaci - 0,02-0,05, vapnenci - 0,008-0,1.

Za rješavanje brojnih praktičnih problema široko se koristi koeficijent nedostatka zasićenja (µ), koji je jednak razlici između ukupnog kapaciteta vlage i prirodne vlažnosti stijene prije infiltracije, izražene u dijelovima jedinice volumena.

Vodljivost vode– sposobnost vodonosnika debljine (W) i širine 1 m da propušta vodu u jedinici vremena s gradijentom tlaka = 1. Vodljivost vode (T) jednaka je umnošku Kf (koeficijent filtracije) i debljine formacije T=KW i izražava se u (m/dan). Što je veći (T), to su veći operativni resursi podzemne vode. T>100 m 2 /dan T 2 /dan vodni horizont nije perspektivan za korištenje u vodoopskrbne svrhe.

Eksperimentalni filtracijski rad naširoko se koristi za određivanje hidrogeoloških parametara. Ove metode temelje se uglavnom na jednadžbama nestacionarnog kretanja podzemne vode u zoni utjecaja crpljenja. Ovi obrasci su određeni filtracijskim i kapacitivnim svojstvima proučavanog vodonosnika, što omogućuje procjenu vodljivosti vode, koeficijenta filtracije, razine vodljivosti, nedostatka zasićenja, prinosa vode itd. Kada se obrasci kretanja podzemne vode određuju ne samo filtracijskim i kapacitivnim svojstvima, ali i rubnim uvjetima, parametri se izračunavaju pomoću formula ravnomjernog gibanja. Eksperimentalno crpljenje dijeli se na pojedinačno i klastersko.

Pojedinačna crpljenja (bez promatračkih bušotina) provode se u nekoliko stupnjeva redukcije kako bi se utvrdila ovisnost protoka bušotine o smanjenju razine podzemne vode.

Klasterno crpljenje provodi se opremanjem pokusnog područja promatračkim zdencima, postavljenim po jedan ili dva do središnjeg bunara iz kojeg se izvodi crpljenje. Tijekom crpljenja mjeri se protok bušotine i pad razine vode u središnjoj i promatračkoj bušotini. Glavna svrha klasternog crpljenja je određivanje izračunatih hidrogeoloških parametara.

U teškim uvjetima, kada je potrebno proučiti odnos vodonosnika ili učinkovitost vertikalne drenažne bušotine itd., Provodi se eksperimentalno crpljenje. Trajanje ispumpavanja varira od jednog dana do 30-40 dana ili više. Način crpljenja ovisi o namjeni crpljenja i hidrogeološkim uvjetima područja.

Da bi se odredio koeficijent filtracije, pumpanje se provodi pri konstantnoj brzini protoka (promjenjiva razina vode u bušotini i lijevku, što odgovara neujednačenom načinu filtracije), ili pri stalnom smanjenju razine (ujednačeni način filtracije). Da bi se utvrdila ovisnost protoka o smanjenju, pumpanje se provodi na 2-3 smanjenja razine.

Za procjenu vodopropusnosti višeslojnih vodonosnika, karakteriziranih međusobnom slojevitošću vodonosnika i slabo propusnim razdjelnim slojevima, ispituje se svaki vodonosnik zasebno. Istodobno se određuju vrijednosti protoka iz donjih i gornjih vodonosnika kroz niskopropusne glinene slojeve.

Koeficijent protoka (B) određuje se formulom:

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

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

m 1, m 11 – debljina ovih slojeva, m.

Određivanje protoka podzemnih voda.

1) Ravni protok i njegov protok.Ravni je tok podzemne vode čiji tokovi teku više ili manje paralelno. Primjer bi bio tok podzemne vode koji se kreće prema rijeci. Stopa protoka tla u vodoravnom vodonosniku po 1 m širine jednaka je

Kod nagnute vodene cijevi jedinična brzina protoka podzemnog toka jednaka je:

Vrste vertikalnih kaptaža.

Vertikalne kaptaže možemo podijeliti na bunare (jame) i bušotine. Na temelju prirode eksploatiranih vodonosnika dijele se na podzemne i arteške (tlačne). Na temelju prirode njihovog položaja u vodonosniku, bunari (bunari) se dijele na savršene i nesavršene. Nesavršeni bunari mogu imati propusno dno i stijenke, propusne stijenke i čvrsto dno te čvrste stijenke i propusno dno (slika 3).

Riža. 3. Dijagram protoka vode u nesavršen bunar

Savršeni bunari prodiru kroz cijeli vodonosnik i imaju propusne stijenke. Izbor proračunskih jednadžbi za kretanje vode do zdenaca ovisi o vrsti vertikalnog sliva.

Protok savršene bušotine i koeficijent filtracije stijene

– Dupuisova 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 s propusnim stijenkama i otvorenim dnom

M 3 / dan,

M/dan

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

M/dan, gdje

Q – protok bušotine, m 3 / dan

Formula za protok vode u odvode.

Za snižavanje razine podzemne vode izvedeni su odvodi. Dotok vode u savršen horizontalni odvod duljine B u uvjetima netlačne vode prema Dupuisovoj jednadžbi jednak je

M 3 / dan.

Za tlak, m 3 / dan;

m – debljina tlačnog sloja, m.

Proračunske formule pokazuju ovisnost protoka bušotine o smanjenju (S). Stoga se produktivnost bušotine može usporediti s određenim protokom

Predavanje 3. Kemijski sastav podzemne vode

Plan:

Fizikalna svojstva podzemne vode

Reakcija vode

Opća mineralizacija vode

Kemijski sastav vode

Oblici izražavanja kemijskog sastava vode

Ocjenjivanje pogodnosti vode za razne namjene

Procjena agresivnosti svojstava podzemne vode

Formiranje kemijskog sastava podzemne vode

Zonalizacija podzemnih voda

I. O fizikalnim svojstvimapodzemne vode uključuju prozirnost, boju, miris, okus, temperaturu.

Prirodna voda može biti bistra ili mutna. Zamućenost vode uzrokovana je prisutnošću suspendiranih čestica mineralnog i organskog podrijetla. Mehaničke nečistoće mogu dospjeti u izvorišnu vodu zbog neispravnosti vodozahvata ili curenja kišnice, poplavne ili riječne vode (krška područja) u vodonosnik. Ponekad je zamućenje podzemne vode uzrokovano u njoj otopljenim kemijskim spojevima (željezo, itd.).

Boja. Čista voda je bezbojna. Boja se objašnjava prisutnošću određenih nečistoća u njemu (željezo daje hrđavu nijansu, sumporovodik daje plavičastu nijansu).

Miris. Podzemna voda je obično bez mirisa. Prisutnost mirisa ukazuje na prisutnost različitih kemijskih spojeva (sumporovodik daje miris pokvarenih jaja, itd.)

Ukus. Pojavljuje se pri određenom sadržaju određenih spojeva u vodi (slana - NaCl, kisela - u područjima naslaga sulfida).

Temperatura – varira od 4-5ºS do 60-90ºS. Na temperaturama iznad 20ºS, vode se nazivaju subtermalne. U Republici Baškortostan temperatura plitkih podzemnih voda kreće se od 5 do 20ºS. Slatka voda pri tº=4ºS ima najveću gustoću.

II. Reakcija vode (pH vrijednost). Za prosuđivanje kemijskog sastava podzemne vode potrebno je prije svega poznavati reakciju vode, t.j. koncentracija vodikovih iona. Prema teoriji elektrolitičke disocijacije, voda disocira na vodikove () i hidroksilne () ione, čija je vrijednost produkta uvijek konstantna na određenoj temperaturi. Ako je reakcija neutralna, tada je koncentracija ista i jednaka 10–7 mEq/L Prema tome, stupanj kiselosti ili lužnatosti vode karakterizira koncentracija vodikovih iona. Za izražavanje koncentracije vodikovih iona uobičajeno je koristiti logaritam njihove koncentracije (tj. broj gram-ekvivalenata ovog iona u 1 litri vode), uzet sa suprotnim predznakom i označen pH = –log(H+ ). S neutralnom reakcijom, pH = 7, s kiselim pH - manje od 7, a s alkalnim pH više od 7. Određivanje pH provodi se posebnim uređajima (pH metri) kalorimetrijskom metodom; na terenu, lakmus koristi se papir.

III. Opća mineralizacija vodeizražava se zbrojem kemijskih elemenata sadržanih u vodi, njihovim spojevima i plinovima. Procjenjuje se suhim ostatkom koji se dobije nakon isparavanja vode na temperaturi od 105ºC ili zbrajanjem mase svih iona dobivenih kemijskom analizom. Izraženo u miligramima (gramima) po litri (dm 3 ), grama po kg (mg/l, g/kg). Prema mineralizaciji dijele se na:

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

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

IV. Glavni kemijski sastojci podzemne vodeobično su: anioni (hidrokarbonatni ion, sulfatni ion, klorni ion), kationi (). Voda često sadrži karbonatni ion, nitritni ion, nitratni ion (), ugljični dioksid, sumporovodik, metan, 2- i 3-valentno željezo, itd. Sadržaj dušikovih spojeva u podzemnoj vodi obično je nizak (1-2 mg/l) , ali ponekad doseže 0,5-0,8 mg/l. Njihova prisutnost čak i u maloj količini ukazuje na kontaminaciju vode i mogućnost da se u njoj nalaze štetne opasne bakterije. Ako je prisutan nitritni ion (), onečišćenje je svježe, a nitratni ion znači da je onečišćenje staro. Općenito, podzemna voda sadrži do 60-80 različitih kemijskih elemenata u otopljenom stanju.

Tvrdoća vode zbog prisutnosti iona kalcija i magnezija. Prema GOST 2874-73 i SanPiN 2.1.4.1074-01, tvrdoća vode izražava se u miligramskim ekvivalentima po 1 litri vode. 1 mEq. tvrdoća odgovara sadržaju od 20,04 mg/l i 12,6 mg/l. Prema tvrdoći vode dijele se na:

vrlo mekan – do 1,5 mEq/l,

meko – 1,51-3,0 mEq/l,

umjereno tvrda – 3,01-6,0 mEq/l,

tvrda – 6,01-9,0 mEq/l,

vrlo teško – više od 9,0 mEq/l.

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

U ionskom obliku, sadržaj iona je dan u gramima ili miligramima po litri (g/l, mg/l).

Ekvivalentni oblik omogućuje nam prosuđivanje mogućih kombinacija kationa i aniona. Zbroj ekvivalentnih jedinica kationa i aniona izražava se u miligram-ekvivalentima po 1 litri i dobiva se množenjem mg/l s faktorom pretvorbe (tablica 1, 2).

stol 1

Atomske težine iona i faktori za pretvaranje miligramskih iona 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 postotnog ekvivalenta, sadržaj iona, uzet u ekvivalentima, izražen je kao postotak zbroja kationa i aniona, svaki uzet kao 100%.

Vizualni oblik za bilježenje rezultata je formula M.G. Kurlova.

Voda je dobila ime prema prevladavajućim anionima i kationima, čiji je sadržaj veći od 20% (ponekad 25% ili 33%) u rastućem redoslijedu. Primjerice, navedena formula glasi: sulfatno-hidrokarbonatna, magnezijevo-kalcijeva voda.

U Kurlovoj formuli, lijevo od crte označite sadržaj plina (CO 2, H 2 S itd.), ukupna mineralizacija vode (g/l), u brojniku su anioni čiji sadržaj prelazi 10% ekvivalenata (% ekvivalenata u silaznom redoslijedu) u nazivniku - kationi istim redom, tºC voda je napisana iza crte, protok (l / s), pH i drugo. Rezultati kemijske analize vode ponekad se izražavaju u grafičkom obliku u obliku dijagrama - pravokutnika, kvadrata, trokuta itd. Svi oblici izražavanja i načini konstrukcije navedeni su u (Abdrakhmanov, Metodološka..., 2008).

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

Sve prirodne vode dijele se u tri klase prema prevladavajućem anionu: 1) hidrokarbonatne, 2) sulfatne, 3) kloridne. Identificirane 3 klase odmah daju pregled hidrokemijskog izgleda vode. Hidrokarbonatna klasa uključuje većinu slatkih (nisko mineraliziranih) voda rijeka, jezera i nešto podzemnih voda. Klasa klorida uključuje vode oceana, mora i podzemne vode dubokih horizonata. Vode sulfatne klase su srednje u raspodjeli i veličini mineralizacije između hidrokarbonata i klorida.

Svaki razred podijeljen je po O.A. Alekin prema prevladavajućem kationu na skupine kalcijevih, magnezijevih i natrijevih voda. Osim toga, sve vode su objedinjene u tipove, razlikuju se 4 tipa voda.

Prvi tip karakterizira omjer (NHCO 3 – soda)

Tip II (natrijev sulfat)

III tip ili dalje podijeljeni:

Na III a (–magnezijev klorid) i

III b (- kalcijev klorid).

Kao što je utvrđeno, ionski oblik karakterističan je samo za vode niske mineralizacije. Povećanjem koncentracije otopljenih soli uspostavljaju se međudjelovanja između iona. U otopini se stvaraju neutralni ioni itd.

Zbog složenosti kemijskog sastava prirodnih voda, pri ocjeni pitkih, ljekovitih, tehničkih, melioracijskih i drugih svojstava važno je uzeti ne samo apsolutni sadržaj pojedinih iona, već i očekivane asocijacije aniona i kationa (soli ). Izračunavaju se prema Freseniusovom pravilu (prvo se talože slabo topljive soli, a zatim teže topljive).

VI. Ocjenjivanje pogodnosti vode za razne namjene.

Opskrba vodom. 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 ocjeni SES 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 po mineralizaciji i kemijskom sastavu mora biti fiziološki pristupačna biljkama i ne smije uzrokovati zaslanjivanje i alkalinizaciju tla. Važno je proučavati sadržaj mikrokationa biološki aktivnih mikroelemenata: I, Br, B, Co, Cu, Mn, Mo (Abdrakhmanov, Metodološki..., 2008).

VII. Agresivna svojstva podzemnih voda.Oni znače sposobnost vode da uništi različite građevne materijale, djelujući na njih otopljenim solima, plinovima ili ispiranjem njihovih komponenti. Posebno je važno agresivno djelovanje 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 gradnja ne može završiti bez prethodnog hidrokemijskog istraživanja 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 kalcijevog karbonata koji je dio betona. Moguće je s niskim sadržajem u vodi (0,4-1,5 mg-eq/l), a višak se otapa.

Agresivnost ugljičnog dioksida je zbog njegovog djelovanja na beton.

U najopasnijim uvjetima najveći dopušteni sadržaj agresivnog ugljičnog dioksida () je 3 mg/l, u manje opasnim uvjetima do 8,3 mg/l.

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

Sulfatna agresivnost očituje se kada postoji visok sadržaj iona, koji, prodirući u tijelo betona tijekom kristalizacije, tvore soli. Stvaranje ovih soli u porama betona praćeno je povećanjem njihovog volumena i razgradnjom betona. Agresivnost se očituje kod običnih cementa na više od 250 mg/l, kod cementa otpornih na sulfate - 4000 mg/l.

Magnezijev tip agresivnosti očituje se, kao i sulfatni tip, u razaranju betona prodiranjem vode u tijelo betona. Ova vrsta se javlja na visokim razinama. Ovisno o cementu, pojavljuje se pri sadržaju magnezija od 1,0 do 2,5 g/l.

VIII. Formiranje kemijskog sastava podzemne vode.Čimbenici u formiranju kemijskog sastava podzemnih voda shvaćaju se kao pokretačke sile koje određuju tijek različitih procesa koji mijenjaju mineralizaciju i kemijski sastav vode. Kemijski sastav podzemne vode formiran je pod utjecajem sljedećih čimbenika: ispiranje tla i stijena, potpuno otapanje minerala i stijena, koncentracija soli u vodi kao posljedica isparavanja, taloženje soli iz prirodnih otopina pri promjeni termodinamičkih uvjeta, ispiranje tla i stijena, potpuno otapanje minerala i stijena, koncentracija soli u vodi kao posljedica isparavanja, taloženje soli iz prirodnih otopina pri promjeni termodinamičkih uvjeta kationska izmjena u upijajućem kompleksu muljeva, tla, glinovitih stijena (na i na), difuzijski i mikrobiološki procesi, miješanje voda različitog podrijetla. Proces izmjene promatra se između kationa glinenih stijena - voda i ovisi o kapacitetu apsorbirajućeg kompleksa (tablica 3).

Tablica 3

Sposobnost upijanja nekih glinenih minerala

Ovi procesi ovise o klimatskim, geomorfološkim, geološkim, hidrodinamičkim i drugim uvjetima. Sastav oborina ima značajnu ulogu u formiranju kemijskog sastava podzemne vode. Poznata je uloga atmosferskih oborina u formiranju sastava slabomineraliziranih voda. Značajna količina otopljenih soli dolazi iz atmosfere na površinu zemlje. U Republici Baškortostan u anionskom sastavu kišnice dominiraju hidrokarbonatni ioni (41-85%), rjeđe sulfati i kloridi. Među kationima prevladava natrij (40-75%), kalcij je rjeđi. Mineralizacija kišnice je od 23 do 88 mg/l, pH -6,0-6,7, – 9-16 mg/l, mineralizacija snježne vode je 19-54 mg/l. Prema izračunima po 1 km 2 Područje Baškortostana prima 25-27 tona soli godišnje. Na području europskog dijela SSSR-a doseže 50-85 po 1 km 2 .

Padalina se postupno infiltrira dublje i postaje zasićena solima u horizontu tla, a zatim u zoni prozračivanja. To se događa kao rezultat otapanja soli, minerala, stijena u skladu s njihovom topljivošću. Topljivost uvelike varira, ovisno o temperaturi vode i sadržaju drugih soli. Topivost soli u destiliranoj vodi na 7ºS je (g/l) – 0,013, – 2,01, – 193,9, – 168,3, – 358,6, – 329,3, – 354,3, – 558,1 . Topljivost u prisutnosti povećava se 4 puta. Ako u vodi ima CO 2 povećava se topljivost karbonata.

U rahlim pokrovnim formacijama nastaju prvi vodonosnici tipa tla s površine. Analiza vodenih ekstrakata iz stijena zone prozračivanja pokazuje da se pri izlaganju atmosferskim vodama blago kisele reakcije uočavaju soli iz zone prozračivanja. Glavne soli koje ulaze u podzemne vode su kalcijevi karbonati i sulfati te magnezijevi karbonati. Višak kalijevog nitrata, koji se koristi u poljima kao gnojivo, uklanja se iz tla. Sadržaj doseže 200 mg/l.

U stepskim regijama Rusije, kao rezultat isparavanja, velika količina soli se nakuplja u zoni prozračivanja. Što je podzemna voda bliže površini, to je veća, pod jednakim uvjetima, njena mineralizacija. S plitkom podzemnom vodom 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 kalcijeve vode (oblik) nastaju otapanjem kalcijevih karbonata (vapnenaca). Kalcij sulfatne vode pri otapanju gipsa. Hidrokarbonatne natrijeve vode kao rezultat kationske izmjene između voda hidrokarbonatno-kalcijevog sastava + apsorpcija. tlo Na kompleks. tlo.

Na navodnjavanim poljima stvara se povoljno okruženje za pojavu reakcije.

Pri soljenju sodom, za pretvaranje sode u manje štetnu sol, dodajte

Anioni i kationi. Primarni izvori aniona i kationa.

Primarni izvori mineralnog sastava prirodnih voda su:

1) plinovi koji se oslobađaju iz utrobe zemlje tijekom procesa otplinjavanja.

2) proizvodi kemijskog djelovanja vode s magmatskim stijenama. Ti primarni izvori sastava prirodnih voda postoje i danas. Trenutno se povećala uloga sedimentnih stijena u kemijskom sastavu vode.

Podrijetlo aniona uglavnom je povezano s plinovima koji se oslobađaju tijekom otplinjavanja plašta. Njihov sastav sličan je modernim vulkanskim plinovima. Zajedno s vodenom parom u atmosferu ulaze plinoviti vodikovi spojevi klora (HCl), dušika (), sumpora (), broma (HBr), bora (HB), ugljika (). Kao rezultat fitokemijske razgradnje CH 4 CO 2 nastaje:

Zasićenost

Kao rezultat oksidacije sulfida nastaje ion.

Podrijetlo kationa povezuje se sa stijenama. Prosječni kemijski sastav magmatskih stijena (%): – 59, – 15,3, – 3,8, – 3,5, – 5,1, – 3,8, – 3,1 itd.

Kao rezultat trošenja stijena (fizikalnih i kemijskih) dolazi do zasićenja podzemnih voda kationima prema sljedećoj shemi: .

U prisutnosti aniona kiselina (ugljične, klorovodične, sumporne) nastaju kisele soli: .

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

Mikroelementi imaju važnu ulogu u biološkom ciklusu. Nedostatak ili višak fluorida uzrokuje bolesti karijesa i fluoroze. Nedostatak joda – bolesti štitnjače itd.

Kemija atmosferskih oborina.Trenutno se razvija nova grana hidrokemije - atmosferska kemija. Atmosferska voda (blizu destilirane) sadrži mnoge elemente.

Osim atmosferskih plinova (), zrak sadrži nečistoće otpuštene iz utrobe zemljinih komponenti (itd.), Elemente biogenog podrijetla () i druge organske spojeve.

U geokemiji, proučavanje kemijskog sastava atmosferskih oborina omogućuje karakterizaciju izmjene soli između atmosfere, površine zemlje i oceana. Posljednjih godina zbog atomskih eksplozija dolazi do ispuštanja radioaktivnih tvari u atmosferu.

Aerosoli. Izvor stvaranja kemijskog sastava su aerosoli:

prašnjave mineralne čestice, visoko dispergirani agregati topljivih soli, sitne kapljice otopina plinskih nečistoća (). Veličine aerosola (kondenzacijskih jezgri) su različite - radijus je prosječno 20 μm (cm) i varira (do 1 μm). Količina opada s visinom. Koncentracija aerosola najveća je u urbanim područjima, a najmanja u planinama. Aerosole diže vjetar u zrak – eolska erozija;

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

proizvodi vulkanskih erupcija;

ljudska aktivnost.

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

u obliku kiše,

gravitacijska sedimentacija.

Stvaranje počinje hvatanjem aerosola atmosferskom vlagom. Mineralizacija se kreće od 5 mg/l do 100 mg/l ili više. Prvi dijelovi kiše su mineraliziraniji.

Ostali elementi u sedimentima:

– od stotinki do 1-3 mg/l. Radioaktivne tvari: itd. Uglavnom dolaze od testiranja atomskih bombi.

Mineralna voda

Ljekovitost mineralnih voda određena je: mineralizacijom, ionsko-solnim sastavom, sadržajem biološki aktivnih komponenti, plinom i redoks potencijalom (Eh), aktivnom reakcijom okoline (pH), radioaktivnošću, temperaturom, sadržajem sumporovodika ().

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

Industrijske vode uključuju vode koje sadrže najmanje sastojke:

Tablica 4

Regulatorni zahtjevi za mineralne industrijske vode

Predavanje 4. Zoniranje podzemnih voda

Zonalizacija podzemnih voda manifestira se na globalnoj razini i spada u kategoriju temeljnih svojstava hidrolitosfere. Shvaća se kao obrazac u prostorno-vremenskoj organizaciji podzemne hidrosfere, određeni smjer promjena hidrogeodinamičkih, hidrogeokemijskih, hidrogeotermalnih i hidrogeokronoloških parametara.

U sedimentnom pokrivaču, na primjer, Volga-Uralskog bazena, razlikuju se dvije hidrogeokemijske razine, koje po svom volumenu uglavnom odgovaraju hidrogeodinamičkim razinama. Gornji kat (300–400 m, rijetko više) sadrži pretežno infiltrativne kisikovo-dušične (dušikove) vode različitih ionsko-solnih sastava s mineralizacijom koja obično ne prelazi 10–12 g/l. Unutar donjeg kata nalaze se visokotlačne, uglavnom kloridne slanice različitog podrijetla (sedimentogene, infiltogene, miješane) s koncentracijom soli do 250-300 g/l ili više, te u vodi otopljenih plinova (H 2 S, CO 2, CH 4, N 2 ) odgovaraju reducirajućoj geokemijskoj sredini, uvjetima vrlo teške izmjene vode i kvazistagnirajućem režimu podzemlja. Unutar etaža, prema kemijskom sastavu i stupnju mineralizacije, razlikuju se četiri zone - hidrokarbonatna, sulfatna, sulfatno-kloridna i kloridna, koje su pak podijeljene na niz podzona (slika 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. . Njegova debljina (H) kreće se od 20–50 m u riječnim dolinama do 150–200 m na vododjelnicama, a na platou Ufa doseže 500–800 m. Brzina kretanja vode (v), ovisno o svojstvima filtracije stijena i hidraulički gradijent, varira od desetaka i stotina metara do desetaka kilometara godišnje, a period potpune izmjene vode (t) je od desetaka do nekoliko stotina godina.

Riža. 4. Hidrogeokemijski odjeljak Južnog Urala

1–9 – kemijski sastav i mineralizacija podzemne vode, g/l: 1 – kalcijev bikarbonat (do 0,5), 2 – natrijev bikarbonat (0,5–1), 3 – hidrokarbonatni, rjeđe sulfatno-hidrokarbonatni i kloridno-bikarbonatni razni kationski sastavi (do 1), 4 – kalcijev sulfat (1–3), 5 – natrijev sulfat i kalcijev natrijev (3–10, rijetko više), 6 – sulfatno-kloridni (3–10), 7 – sulfatni natrijev natrijev klorid (10–36), 8 – natrijev klorid (36–310), 9 – kalcijev natrijev i natrijev kalcijev klorid (250–330); 10 – relativno vodootporne halogene stijene Kungura; 11–13 – granice: 11 – hidrogeokemijska, 12 – stratigrafska, 13 – gornja granica raspodjele sumporovodika u podzemnim vodama; 14 – bušotina: a – na liniji profila, b – predviđena za nju (slika – salinitet vode (g/l) u ispitivanom intervalu), 15 – izolinije sadržaja broma, 16 – hidroizoterme.

Unutar hidrokarbonatne zone razlikuju se dvije podzone: gornja - kalcijeve (magnezijsko-kalcijeve) i donja - natrijeve vode. Debljina potonjeg obično se kreće od 20 do 100 m, a rijetko više (depresija Yuryuzano-Ai). Mineralizacija natrijevih bikarbonatnih (sodnih) voda obično je 0,5-0,9 g/l, ali u nekim slučajevima doseže 1,2-1,7 g/l. Genetski, čiste soda vode su blisko povezane s terigenim uglavnom glinastim permskim formacijama, koje predstavljaju slojevi pješčenjaka, siltinata, muljina i gline. Imaju prilično niska svojstva filtracije i nisku količinu vode. Plinski sastav hidrokarbonatnih voda odgovara oksidacijskoj geokemijskoj sredini: N 2 30–35, CO 2 5–30, O 2 do 10 mg/l. Zasićenost plina je obično 15–50 ml/l, Eh +100…+650 mV, pH 6,7–8,8, T 4–6 C. Sadržaj helija (He) odgovara atmosferskom (5×10–5 ml/l).

Zona sulfatnih bočatih i slanih voda razvijena je posvuda, isključujući džepove prirodnog i umjetnog (područja nekih naftnih polja) utjecaja dubokih slanica. Uključuje sulfatne i hidrokarbonatno-sulfatne klase voda s mineralizacijom od 1–3 do 15–20 g/l, nastale u oksidirajućem geokemijskom okruženju uglavnom u permskim naslagama gipsa. U hidrogeodinamičkom smislu odgovara i zoni intenzivne cirkulacije (iznad usjeka erozijske mreže) i zoni otežane izmjene vode, gdje se brzina kretanja podzemne vode smanjuje na desetke metara godišnje, a vrijeme potpune vode razmjena se, naprotiv, povećava na stotine i tisuće 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 pitke vode infiltracijskog podrijetla, čiju vodeću ulogu u formiranju sastava imaju procesi ekstrakcije gipsa iz stijena i pojave ionske izmjene uz sudjelovanje apsorbiranog kompleksa stijena. .

Kisik-dušik i dušični sastav sulfatnih voda nastaje ulaskom zračnih plinova uz infiltracijske vode, a samo u rijetkim slučajevima, kada je baza zone duboko uronjena i njena debljina velika, H je prisutan u plinovita faza 2 S, genetski povezan s biokemijskim procesima u sulfatiziranim i bitumenskim permskim stijenama. O koncentracija 2 niz dio zone, zbog njegovog utroška na oksidaciju organske tvari, željeza i sulfida, opada s 4–5 mg/l na nulu, a vrijednost Eh opada s +250 na –150 mV. Kiselinsko-bazni potencijal pH varira od 7,3 do 8,8; T 4–10 C. Povećava se sadržaj helija (do 30–100×10–5 ml/l)

Prema kationskom sastavu, vode sulfatne zone pripadaju dvjema glavnim skupinama - kalcijskim (magnezij-kalcijevim) i natrijevim (kalcij-natrijevim), što odgovara hidrogeokemijskim podzonama gipsanih i glauberovih voda.

Mineralizacija voda u gornjoj podzoni obično ne prelazi 2,5–2,6 g/l. To su tipične vode ispiranja gipsa, gipsiranih terigenih i karbonatnih stijena, u kojima dominiraju sulfatni ion (do 80-90%), kalcij i magnezij (ukupno do 90-98%). Debljina podzone varira od 10 do 100 m.

Sulfatne natrijeve vode donje podzone ograničene su na isključivo terigene permske sedimente koji sadrže gips lagunsko-morskog podrijetla, a nalaze se ispod dna glavnih rijeka u regiji. Najviše su razvijeni u naslagama gornjeg perma na zapadu regije, gdje dubina krova podzone varira od 10-20 m u riječnim dolinama do 200 m na vododjelnicama. Njegova debljina je u prosjeku 100 m. U Cis-Uralskom bazenu, sulfatne natrijeve vode otvorene su na dubini od 100-300 m; Debljina podzone ovdje može doseći 120-150 m.

Mineralizacija natrijevih sulfatnih voda kreće se od 1,4 do 20, obično 3–10 g/l, a raste s dubinom. Uz vrijednost mineralizacije do 6,0–6,5 g/l, kationski sastav vode obično je kalcij-natrijev ili mješovit (trokomponentan). U mineraliziranijim vodama vodeću ulogu među kationima ima natrij (do 85-90%), koji u apsolutnom iznosu iznosi 4-5 g/l. Stvaranje natrijevih sulfatnih voda nastaje zbog dva međusobno povezana i međusobno ovisna procesa koji potiču jedan drugog: ekstrakcija CaSO 4 i izmjensku adsorpciju između kalcija iz otopine i natrija iz apsorbiranog kompleksa stijena.

Zona sulfatno-kloridnih voda sa salinitetom od 5–36 g/l, poput one koja leži iznad, povezana je uglavnom s permskim naslagama i karakterizirana je uvjetima teškog hidrogeodinamičkog režima. Geokemijski, zona zauzima srednji položaj, razlikuju se u redoks uvjetima (Eh od +100 do 180 mV; pH 6,7–7,5), atmosferskim plinovima (O 2, N 2 ) i biokemijski (H 2 S) podrijetlo. Dakle, ovisno o plinskom sastavu, mineralne sulfatno-kloridne vode mogu se koristiti ili za ljekovito piće ili u balneološke svrhe.

Istočno od meridijana grada Ufe, u rubnom dijelu Volga-Kama bazena i u Pre-Uralskom bazenu, hidrogen sulfid sulfat-kloridne vode (5-30 g / l) uspostavljene su u karbonatnim i terigenim -karbonatne naslage donjeg perma, au zapadnom Uralskom bazenu - u karbonskim i devonskim karbonatnim naslagama. Debljina zone ovdje doseže 250 m.

Zona kloridnih slanica razvijena je posvuda, zauzima najveći interval hidrogeokemijskog odjeljka (od 3 km na visoravni Ufa do 10–11 km u Pre-Uralskom koritu) i potpuno odgovara nižoj razini arteškog bazena.

Zona sadrži dvije glavne podzone: natrij (CaCl 2 manje od 20%) i natrij-kalcij (CaCl 2 do 50–70%, odnosno 100–150 g/l) slanice. Ove podzone razlikuju se ne samo po općem ionsko-solnom sastavu, već i po mikrokomponentnom i plinskom sastavu voda, kao i hidrogeodinamičkim uvjetima.

Glavne plinske komponente donje podzone - CH 4 i N 2. H 2 U njemu nema slova S. Naprotiv, N 2 S je obavezna komponenta plinskog sastava slanica u gornjoj (natrij) podzoni. Jedan od neizostavnih uvjeta za biokemijsko stvaranje H 2 Poznato je da je S pokretljivost podzemne vode, osiguravajući otapanje CaSO 4 i aktivnost sulfat reducirajućih bakterija. Ova okolnost, kao i podaci o stupnju metamorfizacije slanica (rNa/rCl), vrijednostima gradijenta broma (Br/H), te koeficijentima Br/M, He/Ar, daju osnovu za povezivanje gornja podzona s uvjetima vrlo otežane izmjene voda, a donja podzona s uvjetima kvazistagnirajućeg vodnog režima.

Predavanje 5. Geološka aktivnost podzemnih voda

Plan:

krš

Lomljenje stijena

Oblivanje

I. Kras. Prema definiciji D.S. Sokolova (1962.) krš je proces razgradnje i uništavanja propusnih topljivih stijena prvenstveno ispiranjem pokretnim vodama. Razlikuju se krške stijene - slane stijene (njihova površina u svijetu je 4 milijuna km 2 ), anhidrit gipsa (7 milijuna km 2 ) i karbonatnih stijena (40 milijuna km 2 ). Ima slanog krša, gipsa, karbonata. Za nastanak krša moraju biti prisutni sljedeći uvjeti:

prisutnost topljivih stijena,

prisutnost pukotina koje omogućuju kruženje vode u stijenama,

prisutnost pokretnih voda,

moć otapanja pokretnih voda.

Samo kada se ovi uvjeti spoje nastaje krš.

Glavni krški oblici:

pukotine, kraške vrtače, bunari, slijepe škrape, doline i sl.,

kraške špilje, kanali i druge velike kraške šupljine,

šupljina i sekundarne poroznosti.

Prema stupnju preklapanja krških stijena razlikuju se podrazredi zatvorenog, pokrivenog, pokrivenog i golog krša. Gotovo 50% teritorija Baškortostana je krš (Sl. 5, Tablica 5).

Riža. 5. Shema zoniranja krša

Za simbole pogledajte tablicu. 5

Tablica 5

Zoniranje krša u Baškortostanu

Kraj tablice 5

II. Lomljenje stijena.Lom je oblik poremećaja kontinuiteta stijena, raširen u sedimentnim, magmatskim i metamorfnim formacijama zemljine kore. Lomljivost je važan faktor koji određuje vodopropusnost stijena.

U skladu s poznatom klasifikacijom D.S. Sokolov postoje četiri kategorije pukotina: litogenetske, tektonske, rasterećenja i trošenja.

Litogenetske pukotinenastaju tijekom procesa litogeneze zahvaljujući unutarnjoj energiji stijene (sedimenta). Njihova posebnost je njihova lokalizacija unutar određenog sloja (pukotine unutar sloja); njihov smjer može biti različit: paralelno s podlogom, okomito ili nagnuto na nju.

Tektonske pukotinerezultat su naprezanja i gibanja zemljine kore, tvoreći plikativne (naborane) i disjunktivne (diskontinuirane) deformacije stijena. Podijeljeni su u dvije vrste: intralayer i rezanje nekoliko slojeva. Tektonske i litogenetske unutarslojne pukotine vrlo su slične i stoga ih je praktično teško razlikovati.

Pukotine od rasterećenja i trošenjapripadaju egzogenoj skupini. Oni su, u pravilu, superponirani na rešetku već postojećih pukotina endogenog podrijetla (litogenetskih i tektonskih) i na planetarnu pukotinu.

Znanje o lomljenju stijena Baškortostana nije isto u različitim regijama. Najveća cjelovitost informacija o ovom pitanju dostupna je za sedimentni pokrov teritorija platforme Južnog Urala (Zapadni Baškortostan), gdje je pukotina proučavana u procesu hidrogeoloških istraživanja, istraživanja i eksploatacije naftnih polja i potrage za opskrbom vodom izvori. Lomljenje stijena u naboranom planinskom području Baškortostana slabo je proučeno.

Među pukotinama u stijenama platformske regije Baškortostana ističu se tektonske, litogenetske intraslojne i sekantne pukotine. Uobičajene su u svim litološkim varijantama permskih stijena koje tvore platformski sedimentni pokrov - gips, vapnenac, lapor, alevrit, muljnjak i glina nalik muljniku, pješčenjaci, itd. Prevladavaju pukotine okomite na ravninu naslaga; kose pukotine (60-70 °) prilično su rijetki. Površina ravnih, otvorenih i zjapećih pukotina je glatka (kod gipsa i vapnenca) i hrapava (kod pješčenjaka), vrlo glatka, a mjestimično kao uglačana (kod argilitnih glina). Na zidovima su naslage željeznog i manganovog hidroksida, naslage kalcita i gipsa.

Najraspucalije su gline nalik muljevitima i muljevitima (gustoća pukotina 0,1–0,3 m). U masivnim srednje i debeloslojnim vapnencima, pukotine se nalaze jedna od druge na udaljenosti od 0,5–2,5 do 5–9 m, au tankoslojnim i lisnatim vapnencima - 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 pješčenjacima 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 varijanti pješčenjaka s karbonatnim cementom.

Najveća širina unutarslojnih i poprečnih pukotina nalazi se u masivnim, čistim vapnencima i čvrstim pješčenjacima (1-20, ponekad i do 50 cm). U tankoslojnim glinovitim vapnencima i laporima širina pukotina je od 0,2 do 3 cm.

U kungurskom gipsu, unatoč njegovoj masivnosti, širina unutarslojnih i sekantnih pukotina je mala (do 1-1,5 cm), što je povezano s visokom plastičnošću stijena. Istodobno, pukotine u njima služe kao početni uzrok razvoja krškog procesa duž njih, uzrokujući naglo povećanje vodopropusnosti (do 100 m / dan). U dolinskim zonama krške stijene su također komplicirane pukotinama rasterećenja.

U permskim naslagama južnog Cis-Urala identificirana su dva prevladavajuća pravca unutarslojnih i reznih pukotina, orijentiranih pod pravim kutom jedna na drugu i na ravninu naslaga. Ovi pravci su: na uzvisini Bugulma-Belebeevskaya - NW 320–340° i NE 40–60° ili NW 290–300° i NE 25–30° (Sl.6a), u depresiji Kama-Belsky - NW 290–335 ° i NE 45–70 °, na visoravni Ufa (Sl.6b) - NW 320–340° i NE 40–60° ili NW 270–280°, u depresiji Yuryuzan-Ai (regija Yangan-Tau) - NW 310–320° i NE 40–55° ili NW 270–290 ° i NE 15–25°, u južnom dijelu Belske depresije - NW 340–350° i NE 60–70°. Sjeverozapadni smjer čini 40–52%. od ukupnog broja izmjerenih pukotina, a udio sjeveroistočnih pukotina je do 35%.

Riža. 6. Rose dijagrami smjerova intraslojnih i sekantnih pukotina u permskim naslagama južnog Cis-Urala (u %)

a - Bugulma-Belebeevskaya Upland; b - Ufska visoravan

Vodeću ulogu tektonskih procesa u nastanku lomljenja stijena na platformskim strukturama utvrđuju i priznaju mnogi istraživači. Stvarni materijal o lomljenju gornjopermskih naslaga Bugulma-Belebeevskaya Uplanda i donjeg perma stijena Ufske visoravni i Pribelskaya nizine ukazuje na slaganje između maksimuma lomljenja i elemenata pojavljivanja stijena.

Položaj hidrografske mreže razmatranog teritorija također je u skladu s prevladavajućim smjerovima pucanja. Intenzivna karstifikacija karbonatnih naslaga također je ograničena na linearne zone tektonske raspucanosti.

Vrsta litogenetskih pukotina susušenje pukotina. Nastaju u subaerijskim uvjetima uz sudjelovanje atmosferilija, otvoreni su na površini i brzo se sužavaju s dubinom. Što je manja debljina sloja, to je veći broj takvih pukotina. Pukotine sušenja 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.

Lithogenetic bedding fracturesjasno izražena u vapnencima i pješčenjacima, s najvećom gustoćom (0,03–0,1 m) i najmanjom otvorenošću (0,1–0,3 cm) karakterističnom za tankoslojne vapnence. Pukotine u njima obično su ispunjene glinovitim materijalom. U srednje i debelim pločastim vapnencima, gustoća pukotina je 0,5-0,8 m, a širina je 0,5-2,0 cm, au pješčenjacima gustoća slojnih pukotina varira od 0,05 do 0,3 m, a širina - od 0 . 05–0,1 do 1–3 cm Gotovo sve pukotine imaju rastresitu pjeskovito-glinastu ispunu.

Istovar pukotina(bočni i pridneni pritisak) razvijeni su u riječnim dolinama. Njihov nastanak povezan je s dekompresijom stijena uzrokovanom oslobađanjem geostatskog tlaka pod utjecajem erozije. Debljina zone istovara u riječnim dolinama istočnoeuropske i sibirske platforme, prema literaturnim podacima, iznosi nekoliko desetaka metara. U sedimentnim stijenama dubina rasporeda dekompaktiranih stijena ovisi o njihovoj čvrstoći i varira od 30 do 50 m.

Pukotine rasterećenja najdetaljnije je proučavao A.G. Lykoshin u dolini rijeke.Ufa tijekom istraživanja za hidroelektranu Pavlovsk. U prokopu je uočio pukotine širine od 3 do 25 cm, mjestimično ispunjene glinovitim materijalom. S dubinom se broj pukotina i njihova širina naglo smanjuju. U dolini rijeke Belaya u regiji Ufa, pukotine u bočnom zidu razbijaju gips u zasebne blokove paralelne s nagibom.

Iskrcajne pukotine u područjima Bugulma-Belebeevskaya Upland, Kama-Belsky i Yuryuzano-Aisky depresije praktički nisu vizualno proučavane. Međutim, treba napomenuti da u riječnim dolinama južnog Cis-Urala, u uvjetima interstratalnih silaznih tokova vode, bočne tlačne pukotine, koje prelaze i vodopropusne i vodootporne stijene na padinama, doprinose drenaži vodonosnika do razine rijeke. To objašnjava male protoke izvora, njihov mali broj, kao i slabo izražen broj katova na strmim padinama dolina Belaya, Ika, Ufa, Yuryuzan, Aya, Chermasan, Useni, Dema itd. Wells koji se nalaze u rubnim dijelovima dolina i ne dosežu razinu rijeke, često se pokažu kao slabovodni ili čak bezvodni.

Prisutnost pukotina u bočnom zidu, koje izoliraju masiv s vrućim plinovima iz vodonosnika Yuryuzan-Ai sliva, također objašnjava "fenomen" Yangantau (plinski toplinski fenomen) u Baškortostanu.

Opsežan materijal hidrogeoloških istraživanja i vodoprospekcijskih radova na ovom području ukazuje da je vodopropusnost gustih stijena, koja, kao što je poznato, ovisi o njihovoj raspucanosti, 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 pješčenjaka kreću se od 1-5 do 10-15 m/dan, ponekad i više, dok na vododjelnicama ne prelaze desetine m. /dan.

Slična ovisnost vodopropusnosti o orografskim uvjetima uočena je i za glinovite stijene. Ovaj obrazac je, očito, opće prirode i ukazuje na prisutnost oslabljenih zona ispod riječnih dolina s povećanom vodopropusnošću stijena, a samim tim i većom pukotinom, u čijem formiranju čimbenik rasterećenja nedvojbeno igra značajnu ulogu.

Lomljenje stijena u naboranom planinskom području Baškortostana proučavao je niz istraživača (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 u ovom području.

Puknutost stijena nalazi se u gotovo svim stijenama, bez obzira na strukturni položaj, petrografski sastav, starost, tvoreći složeni sustav (mrežu) manjih i većih pukotina koje usjeku stijensku masu do značajne dubine (do 300-400 m). Najveće pukotine, grupirane u sustave određenih smjerova, razdvajaju masivne i guste sedimentne, magmatske i metamorfne stijene u blokove - pojedinačne cjeline različitih oblika i veličina.

Među sustavima pukotina koji prodiru u stijene Južnog Urala, postoje neke općenito beznačajne razlike u orijentaciji pukotina u stijenama različite starosti i petrografskog (litološkog) sastava koje se otkrivaju statističkom obradom terenskih mjerenja. Dakle, prema R.A. Fatkullin, u prekambrijskim stijenama metamorfnog kompleksa antiklinorija Uraltau (škriljavci, kvarciti), pukotine pogađaju azimute od 20°, 50°, 280°, 320°, 340°, u pješčenjacima formacije Zilair (D 3 fm – C 1 t) - 0°, 40°, 80°, 350°, u magmatskim stijenama silurskog i devonskog doba izdizanja Irendyk - 0°, 20°, 40°, 80°, 350°, u devonskim magmatskim stijenama Kizilo -Urtazym synclinorium - 30 °, 60 °, 90 °, 280–300 °, 350 °.

Glavni pravci hidrografske mreže regije podudaraju se s lomljenjem stijena.

Topljivost stijena. Ovaj proces igra vitalnu ulogu u formiranju krša. Topivost stijena jako varira u prisutnosti drugih soli (tablice 6, 7, 8).

Tablica 6

Topljivost u prisutnosti (V. M. Levchenko, 1950.)

G/l

2,085

2,25

3,14

4,35

7,48

6,96

6,64 ,% volumena

0,00

0,03

0,30

10,00

100,00

III. Oblivanje – mehaničko uklanjanje sitnih čestica iz rastresitih stijena i pukotina kretanjem podzemne vode.

Sufozija je rezultat hidrodinamičkog pritiska koji filtrirana voda vrši na stijenu. Sufozija se obično javlja u pjeskovitim stijenama. Uklanjanje čestica počinje kada gradijent tlaka dosegne kritičnu vrijednost. Kritični gradijent prema E.A. Zamarin jednako

γ je gustoća pijeska, n je poroznost pijeska u dijelovima jedinica.

Sufozija se javlja ispod temelja hidrotehničkih građevina i kanala i može dovesti do razaranja građevina.

Predavanje 6. procjena rezervi podzemnih voda

Za razvoj i crpljenje podzemnih voda potrebno je poznavati rezerve podzemnih voda (ponekad ih nazivamo resursima). Sastoje se od nekoliko vrsta:

Stoljetna

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

Obnovljivi prirodni resursi (rezerve).

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

Operativne rezerve

Q ex = +0,7Q exc , gdje je α koeficijent ekstrakcije, najveća dopuštena vrijednost snižavanja razine vodenog horizonta (obično ne više od polovice debljine vodonosnika, α = 0,5), t je određeno vrijeme rada, godine (obično izračunato za 15 , 25, 50 godina).

Za korištenje podzemne vode morate znatioperativna sredstva. Ovo je volumen podzemne vode u m 3 /dan, što se može postići tehnički i ekonomski racionalnim vodozahvatnim građevinama pri zadanom režimu rada i kakvoći vode koja zadovoljava zahtjeve tijekom cijelog predviđenog razdoblja potrošnje vode.

Operativne rezerve (resurse) osiguravaju:

prirodne (stoljetne) kapacitivne rezerve;

prirodni (obnovljivi) resursi;

privučeni resursi;

umjetne rezerve (nastale tijekom izgradnje hidrotehnike, navodnjavanja, umjetnog obnavljanja).

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

Predavanje 7. Režim podzemnih voda

Pod modom podzemnu vodu treba razumjeti kao promjenu njezine razine, temperature, kemijskog sastava i protoka u vremenu i prostoru pod utjecajem prirodnih i umjetnih čimbenika.

Pod prirodnim faktorima, utjecajem na režim podzemnih voda, razumjeti promjenu uvjeta prihranjivanja i pražnjenja podzemnih voda ovisno o režimu površinskih voda, kao io količini oborina, temperaturi i tlaku zraka. Brojni istraživači povezuju promjene u režimima podzemnih voda sa Sunčevom aktivnošću.

Umjetni faktori, koji utječu na režim podzemnih voda povezani su s praktičnim ljudskim aktivnostima. To uključuje crpljenje, podizanje horizonta vode u akumulacijama, navodnjavanje, odvodnju itd.

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

Najpotpunije su proučene dnevne fluktuacije razine; ovise o deficitu vlage u zoni prozračivanja i kreću se reda veličine 0,7-3,2.

Sezonske varijacije uglavnom ovise o oborinama i temperaturi tla; Utjecaj ovih čimbenika jasno je zabilježen u proljeće i jesen.

Godišnje kolebanje razine podzemnih voda ovisi o količini oborina, njihovom intenzitetu, deficitu vlage i temperaturi tla. Godišnje amplitude fluktuacija su 0,78-3,05 m. Prema 60-godišnjim promatranjima, zabilježen je niz maksimuma i minimuma koji se ponavljaju svakih 10-13 godina. Minimalni vodostaji se podudaraju sa sušnim godinama, maksimalni s vlažnim godinama.

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

U slivnim područjima režim podzemnih voda ovisi uglavnom samo o klimatskim čimbenicima; Kolebanja razine površinske vode imaju mali učinak.

Režim podzemnih voda u obalnim riječnim i morskim područjima ili u blizini akumulacija u izravnoj je vezi s režimom površinskih voda; njihov utjecaj utječe na udaljenosti koje dosežu 5-11 km. Amplituda fluktuacija razine podzemne vode u bunaru koji se nalazi 1 km od rijeke doseže 6,5 m.

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

U područjima s vlažnom klimom, amplituda fluktuacija razine podzemne vode daleko od rijeka obično ne prelazi 1-1,5 m i rijetko doseže 2-2,5 m. Najveća amplituda se opaža u proljeće tijekom razdoblja topljenja snijega, najmanja zimi . Produktivnost vodonosnika, kao i kemijski sastav i temperatura podzemne vode, malo se mijenjaju tijekom godine.

U planinskim područjima, fluktuacije u razinama podzemnih voda i promjene u produktivnosti vodonosnika tijekom godine vrlo su dramatične.

U sušnim područjima, kao iu vlažnim, režim podzemnih voda ovisi o meteorološkim čimbenicima. Razlika u režimu ovih područja je u tome što u sušnim područjima godišnja amplituda fluktuacija razine podzemne vode doseže 6-8 m sa značajnim smanjenjem produktivnosti vodonosnika.

Pod utjecajem umjetnih čimbenika, režim podzemnih voda može se dramatično promijeniti. To se najjasnije očituje u područjima vodozahvata i rudarstva, gdje je pad razine podzemne vode najmanje 1,5-2 m godišnje.

Promjena režima podzemne vode, posebice kolebanja njezine razine, od velike je praktične važnosti: kada se razina podigne, može doći do plavljenja objekata ili močvarnih područja, au sušnim područjima gdje se podzemna voda nalazi na maloj dubini od 1,5 m, porast razine može uzrokovati isparavanje s površine podzemne vode i nakupljanje soli u tlu uz stvaranje solonjeta ili solončaka.

Predavanje 8. Osnove inženjerske geologije

Plan:

Pojam inženjersko-geoloških svojstava stijena.

Metode proučavanja inženjerskogeoloških svojstava stijena.

Osnovna inženjersko-geološka svojstva stijena.

Tehnička melioracija stijena.

Stijene koje se koriste kao temelji za razne strukture su tla. Tla su stijene i tla koja se proučavaju kao višekomponentni sustavi koji se mijenjaju tijekom vremena, s ciljem razumijevanja kao objekta čovjekove inženjerske djelatnosti. Zbog razlika u podrijetlu i geološkom razvoju, stijene nisu iste. Neka se svojstva mogu promijeniti tijekom rada konstrukcija. Inženjersko-geološka svojstva pod utjecajem su geomorfoloških prilika, suvremenih geoloških procesa, hidrogeoloških prilika (dubina podzemne vode, kemijski sastav) itd.

Proučavaju se inženjersko-geološka svojstva stijena:

geološke metode (starost stijena, porijeklo, priroda pojavljivanja, debljina) s bušenjem bušotina i jama.

terenskim metodama (žigovi). Temelje se na korištenju posebnih instalacija koje omogućuju procjenu svojstava stijena u uvjetima njihove prirodne pojave (punjenje, crpljenje itd.).

laboratorijske metode (granulometrijski sastav, plastičnost, prirodna vlažnost, poroznost, stupanj gustoće, volumetrijska težina, dijagram tla i dr.).

Pri proučavanju stijena proučava se njihovo stanje (lomovi, trošenje, punilo pukotina, tlačna čvrstoća itd.). Klasifikacija svojstava čvrstoće stijena data je u tablici. 9.

Tablica 9

Podjela stijena prema tlačnoj čvrstoći 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 (utvrđenih analizom sita) i kohezivnih stijena određuje se hidrometrijskom metodom – na temelju različitih brzina taloženja čestica u vodi). Stopu taloženja određuje Stokes. Koeficijent heterogenosti i promjera čestica, manje od kojih određena stijena sadrži 60 odnosno 10% čestica. Kada je K > 3, stijene se nazivaju heterogene.

2. Gustoća stijena - omjer mase krutih čestica i njihovog volumena (gustoća pješčanih stijena je obično 2,5-2,8 g/cm³).

3. Poroznost stijene – omjer volumena svih pora prema ukupnom volumenu stijene: .

4. Za pijesak i šljunak određuje se mirni kut. To je kut koji čini površina pješčanog stošca s vodoravnom ravninom kada se pijesak slobodno izlije na ravninu u zračno suhom stanju.

5. Plastičnost – sposobnost stijene da pod utjecajem vanjskih sila mijenja oblik bez razaranja ili loma. Određeno u rasponu vlažnosti. Gornja granica plastičnosti je vlažnost, čijim povećanjem stijena gubi svoja plastična svojstva.

Tehnička rekultivacija stijena sastoji se od reguliranja i transformacije stanja i svojstava stijena u zadanom smjeru, promjene granulometrijskog sastava, strukture kristalne rešetke i stupnja čvrstoće. Pojedine metode tehničke rekultivacije proizvode tako duboke i radikalne promjene da potpuno gube svoja prirodna svojstva. Kao rezultat silicizacije s dvije otopine, pijesak se pretvara u monolitne stijene. Glinene stijene se nakon pečenja, smrzavanja, cementiranja pretvaraju u kamen.

Metode rekultivacije stijena: ojačavanje granulometrijskim dodacima, mehaničko zbijanje (vibraciono zbijanje), valjanje, seizmičko zbijanje, redukcija vode i dr.

Književnost

Glavni

Vsevolozhsky V.A. Osnove hidrogeologije: Udžbenik. - 2. izd. M: Izdavačka kuća Moskovskog državnog sveučilišta, 2007. 448 str.

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

Dodatni

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

Abdrakhmanov R.F. Metodičke upute za izvođenje praktičnih vježbi iz kolegija Hidrogeologija. Ufa, IG UC RAS, 2008. 44 str.

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

Abdrakhmanov R.F., Chalov Yu.N., Abdrakhmanova E.R. Slatke podzemne vode Baškortostana. Ufa: Informreklama, 2007. 184 str. pdf U knjizi su sažeti rezultati istraživanja u području korištenja 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 vrsta inženjerskih konstrukcija (civilnih i industrijskih, hidrauličkih, linearnih).
Priručnik je pripremljen na Zavodu za hidrogeologiju i inženjersku geologiju Politehničkog sveučilišta Tomsk i namijenjen je studentima...

Tema: Hidrogeologija kao znanost. Voda u prirodi.

1. Hidrogeologija. Faze razvoja hidrogeologije.

Podsjetimo se na definiciju znanosti hidrogeologije. hidrogeologija- znanost o podzemnim vodama, koja proučava njihov nastanak, uvjete nastanka i rasprostranjenja, zakone gibanja, međudjelovanje s vododrživim stijenama, formiranje kemijskog sastava i dr.

Ukratko razmotrimo povijest razvoja ove znanosti.

1.1 Faze razvoja hidrogeologije

U povijesti istraživanja podzemnih voda u SSSR-u postoje 2 razdoblja:

1) predrevolucionarni;

2) postrevolucionarni.

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

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

2. prve znanstvene općenite informacije o podzemnim vodama (XVII. - sredina XIX. stoljeća)

3. utemeljenje hidrogeologije kao znanosti (druga polovica 19. stoljeća i početak 20. stoljeća)

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

Postrevolucionarno razdoblje može se podijeliti u 2 faze:

1. prije rata (1917.-1941.)

2. poslijeratni

Za osposobljavanje hidrogeoloških inženjera, hidrogeološka specijalnost osnovana je na Moskovskoj rudarskoj akademiji 1920. godine: nešto kasnije uvedena je na drugim institutima i sveučilištima. Na institutima su počeli predavati najistaknutiji hidrogeolozi F.P. Savarenski, N.F. Pogrebov, A.N. Semikhatov, B.C. Iljin i sur.

Do početka prvog petogodišnjeg plana (1928.), kao i tijekom sljedećih petogodišnjih planova, hidrogeološka istraživanja provedena su u Donbasu, istočnom Zakavkazju, srednjoj Aziji, sjevernoj Ukrajini, Kazahstanu, Turkmenistanu i mnogim drugim regijama zemlja.

Veliki značaj za daljnji 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, hidrogeološke rejonizacije), koje su imale veliki značaj za planiranje daljnjih hidrogeoloških istraživanja. U isto vrijeme, pod uredništvom N.I. Tolstihina počeli su izlaziti svesci "Hidrogeologija SSSR-a". Prije Velikog Domovinskog rata objavljeno je 12 brojeva ovog višetomnog djela.

Poslijeratnu fazu karakterizira akumulacija materijala u dubokim vodama.

Za dublju znanstvenu analizu i široku regionalnu generalizaciju materijala o podzemnim vodama, odlučeno je pripremiti za objavljivanje 45 svezaka "Hidrogeologije SSSR-a", a osim toga, sastaviti 5 konsolidiranih svezaka.

2. Voda u prirodi. Kruženje vode u prirodi.

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

1. para;

2. kapljica tekućine;

3. teško.

površno voda je u tekućem i čvrstom stanju. U zemljinoj kori Voda se nalazi u pari, tekućini, čvrstom stanju, a također iu obliku higroskopne i filmske vode. Površinske i podzemne vode zajedno čine vodeni omotač - hidrosfera.

Podzemna hidrosfera ograničena je odozgo površinom zemlje; njezina donja granica nije pouzdano proučena.

Postoje veliki, unutarnji i mali vrtači. Tijekom velikog ciklusa, vlaga isparava s površine oceana, prenosi se u obliku vodene pare zračnim strujama na kopno, pada ovdje na površinu u obliku oborina, a zatim se vraća u mora i oceane površinskim i podzemno otjecanje.

S malom cirkulacijom vlaga isparava s površina oceana i mora. Ovdje također pada u obliku oborina.

Kvantitativno je karakteriziran proces kruženja u prirodi ravnoteža vode,čija jednadžba udjela zatvorenog riječnog sliva ima oblik za dugoročno razdoblje:

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

gdje je x oborina po slivnom području, mm

y - protok rijeke, mm

Z - isparavanje minus kondenzacija, mm

W je prosječno dugoročno punjenje dubokih vodonosnika zbog padalina ili protoka podzemne vode na površinu unutar riječnog sliva.

Unutarnju cirkulaciju osigurava onaj dio vode koji isparava unutar kontinenata - s vodene površine rijeka i jezera, s kopna i vegetacije, i tamo pada u obliku oborina.

3. Vrste vode u mineralima i stijenama.

Jednu od najranijih klasifikacija vrsta vode u rasnim stijenama predložio je 1936. A.F. Lebedev. U narednim godinama predložen je niz drugih klasifikacija. Na temelju Lebedevove klasifikacije većina znanstvenika razlikuje sljedeće vrste vode:

1. Parna voda

Nalazi se u obliku vodene pare u zraku, prisutan je u porama i pukotinama stijena iu tlu, kreće se zajedno sa zračnim strujama. Pod određenim uvjetima može prijeći u tekući oblik kondenzacijom.

Parovita 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.

Razlikuju se čvrsto vezana i slabo vezana voda.

A) jako vezana voda(hidroskopski) nalazi se u obliku molekula u apsorbiranom stanju, koje na površini čestica drže molekularne i elektrostatske sile. Visoke je gustoće, viskoznosti i elastičnosti, karakterističan je za fino raspršene stijene, ne otapa soli i nije dostupan biljkama.

b) labavo plesti(film) nalazi se iznad čvrsto vezane vode, drži se molekularnim silama, pokretljiviji je, gustoća je bliska gustoći slobodne vode, može se kretati od čestice do čestice pod utjecajem sorpcijskih sila, sposobnost otapanja soli se smanjuje.

3. Kapilarna voda

Nalazi se u kapilarnim porama stijena, gdje se zadržava 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 obliku vlage iz kapilarne poplavne ravnice iznad razine podzemne vode. Debljina kapilarne poplavne ravnice ovisi o granulometrijskom sastavu. Varira od nule u šljunku do 4-5 m u glinovitim stijenama. Sama kapilarna voda je dostupna biljkama.

b) suspendirana kapilarna voda nalazi se pretežno u gornjem horizontu stijene ili u tlu i nije u izravnoj vezi s razinom podzemne vode. Kada se sadržaj vlage u stijeni poveća iznad minimalnog kapaciteta vlage, voda teče u slojeve ispod. Ova voda je dostupna biljkama.

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

4. Gravitacijska voda

Podlaže se gravitaciji. Kretanje vode nastaje pod utjecajem te sile i prenosi hidrostatski tlak. Podijeljen je u 2 vrste:

A) procjeđujući- slobodna gravitacijska voda u stanju kretanja prema dolje u obliku zasebnih strujanja u zoni prozračivanja. Kretanje vode događa se pod utjecajem gravitacije.

b) vlaga vodonosnika, koji zasićuje vodonosnike do PV. Vlaga se zadržava zahvaljujući vodonepropusnosti vodonepropusnog sloja (dalje se govori o temi “Gravitacijska voda”).

5. Voda kristalizacije

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

6. Čvrsta voda u obliku leda

Osim navedenih šest vrsta, postoje kemijski vezana voda, koji sudjeluje u strukturi kristalne rešetke minerala u obliku H +, OH iona”, tj. ne zadržava svoj molekularni oblik.

4. Pojam poroznosti i poroznosti.

Jedan od najvažnijih hidrogeoloških pokazatelja stijena je njihova poroznost. U pjeskovitim stijenama ima pare poroznost, a kod jakih - napuknut.

Podzemna voda ispunjava pore i pukotine u stijenama. Volumen svih šupljina u stijeni naziva se radnog ciklusa. Naravno, što je veća poroznost, stijena može zadržati više vode.

Veličina šupljina je od velike važnosti za kretanje podzemne vode u stijenama. U malim porama i pukotinama, površina kontakta vode sa zidovima šupljina je veća. Ovi zidovi pružaju značajan otpor kretanju vode, pa je njegovo kretanje u finom pijesku, čak i uz značajan pritisak, teško.

Razlikuje se poroznost stijena: kapilarna(poroznost) i nekapilarni.

Na kapilarni radni ciklus uključuju male šupljine u kojima se voda kreće uglavnom pod utjecajem površinske napetosti i električnih sila.

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

Male šupljine u stijenama nazivaju se poroznost.

Postoje 3 vrste poroznosti:

2. otvoriti

3. dinamičan

Ukupna poroznost kvantitativno se određuje omjerom volumena svih malih šupljina (uključujući one koje međusobno ne komuniciraju) prema cjelokupnom volumenu uzorka. Izraženo u dijelovima jedinice ili kao postotak.

Ili

gdje je V n volumen pora u uzorku stijene

V – volumen uzorka

Ukupnu poroznost karakterizira koeficijent poroznosti e.

Koeficijent poroznosti e izražava se omjerom volumena svih pora u stijeni i volumena čvrstog dijela stijene (skeleta) V c, izraženog u razdjelima jedinice.

Ovaj koeficijent se naširoko koristi posebno u istraživanju

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

Omjer poroznosti može se izraziti na sljedeći način

, dijeljenjem brojnika i nazivnika s V c dobivamo

Vrijednost ukupne poroznosti uvijek je 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 ovisi o prirodi sastava čestica (zrna).

Nekapilarna poroznost uključuje velike pore u grubim klastičnim stijenama, pukotine, kanale, špilje i druge velike šupljine. Pukotine i pore mogu komunicirati jedna s drugom ili biti rastrgane.

Otvorena poroznost karakteriziran omjerom volumena međusobno povezanih otvorenih pora prema cjelokupnom volumenu uzorka.

Za zrnate, nekonsolidirane stijene, otvorena poroznost je blizu ukupne vrijednosti.

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

Istraživanja su pokazala da se voda ne kreće cijelim volumenom otvorenih pora. Dio otvorenih pora (osobito na spoju čestica) često je zauzet 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 je dinamička poroznost manja od otvorene poroznosti.

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

Kontrolna pitanja:

1. Što proučava znanost hidrogeologija?

2. Kako se odvija ciklus vode u prirodi?

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

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

5. Što mislim pod radnim ciklusom? Imenuj i opiši njegove vrste.

Hidrogeologija (od grč. kshog- voda i geologija- Earth science) je znanost o podzemnoj vodi koja proučava njen sastav i svojstva, podrijetlo, obrasce distribucije i kretanja, kao i interakciju sa stijenama. Hidrogeologija je usko povezana s hidrologijom, geologijom (uključujući inženjersku geologiju), meteorologijom, geokemijom, geofizikom i drugim znanostima o Zemlji. Oslanja se na podatke iz matematike, fizike i kemije i uvelike koristi njihove metode istraživanja.

Povijesna referenca. Akumulacija praktičnih znanja o podzemnim vodama, koja je započela u davnim vremenima, ubrzala se pojavom gradova i navodnjavane poljoprivrede. Umijeće gradnje iskopanih bunara dubokih nekoliko desetaka metara bilo je poznato 2-3 tisuće godina prije Krista. e. u Egiptu, srednjoj Aziji, Indiji, Kini i drugim zemljama. Postoje podaci o liječenju mineralnim vodama u istom razdoblju.

U 1. tisućljeću pr. e. javljaju se začeci znanstvenih predodžbi o svojstvima prirodnih voda, njihovom podrijetlu, uvjetima akumulacije i kruženju vode na Zemlji (u Staroj Grčkoj - Tales (VII.-VI. st. pr. Kr.), Aristotel (IV. st. pr. Kr.); u Starom Rimu - Lukrecije , Vitruvije (1. st. pr. Kr.) itd.).

Proučavanje podzemnih voda olakšano je širenjem radova vezanih uz vodoopskrbu, izgradnjom kaptažnih struktura (na primjer, kariz kod naroda Kavkaza i srednje Azije), te vađenjem slane vode za isparavanje soli kopanjem bunara. a zatim bušenje (područje Rusije, XII-XVII. st.). Nastali su koncepti netlačnih, tlačnih (dižu se odozdo prema gore) i samotekućih voda. Potonji je dobio u 12.st. naziv arteški (iz pokrajine Artois u Francuskoj). Tijekom renesanse i kasnije podzemnim vodama i njihovoj ulozi u prirodnim procesima posvećeni su radovi zapadnoeuropskih znanstvenika Agricole, Palissyja, Stenoa i dr. U Rusiji su se pojavile prve znanstvene ideje o podzemnim vodama kao prirodnim otopinama, njihovom nastanku infiltracijom atmosferskih voda. oborine i geološku aktivnost podzemnih voda iznio je M. V. Lomonosov u svom eseju “O slojevima zemlje” (1763). Krajem 19. - početkom 20. stoljeća. utvrđeni su obrasci distribucije podzemnih voda (V.V. Dokuchaev, P.V. Ototsky) i sastavljena je karta zonalnosti podzemnih voda u europskom dijelu Rusije. Sve do sredine 19.st. Proučavanje podzemnih voda razvilo se kao sastavni dio geologije. Zatim se izdvaja u zasebnu disciplinu, koja se kasnije sve više diferencira. U formiranju hidrogeologije veliku su ulogu odigrali francuski inženjeri L. Darcy, J. Dupuis, Chezy, njemački znanstvenici E. Prinz, K. Keilhack, H. Hoefer i drugi, američki znanstvenici A. Hazen, C. Slichter, O. Meinzer, A. Lane i dr., ruski geolozi S. P. Nikitin, I. V. Mushketov i dr. Sustavna geološka istraživanja Geološkog odbora odigrala su veliku ulogu u razvoju hidrogeologije u Rusiji. Nakon toga su hidrogeološka istraživanja postala široko rasprostranjena. Proučavanje podzemnih voda postalo je sustavno, stvorena je mreža hidrogeoloških institucija, organizirano je školovanje hidrogeoloških stručnjaka. Industrijalizacija zemlje dala je poticaj razvoju hidrogeoloških istraživanja za centraliziranu vodoopskrbu novih gradova, velikih pogona i tvornica. Sljedećih godina hidrogeologija se razvila u višestrano područje geoloških znanja u kojem su se počele razvijati brojne grane:

• - opća hidrogeologija;
• - dinamika podzemnih voda;
• - nauk o režimu i bilanci podzemnih voda;
• - hidrogeokemija;
• - nauk o mineralnim, industrijskim i termalnim vodama;
• - doktrina traženja i istraživanja podzemnih voda;
• - melioracijska hidrogeologija;
• - hidrogeologija mineralnih naslaga;
• - regionalna hidrogeologija.

Opća hidrogeologija proučava podrijetlo podzemne vode, njezina fizikalna i kemijska svojstva te međudjelovanje sa stijenama koje ih sadrže. Kreativni doprinos ovom području hidrogeologije dali su sovjetski znanstvenici A. F. Lebedev, A. N. Buneev, V. I. Vernadsky i drugi, austrijski geolog E. Suess, američki znanstvenik A. Lane, njemački hidrogeolog X. Höfer i drugi. podzemnih voda u vezi s poviješću tektonskih pokreta, procesa sedimentacije i dijageneze omogućili su razjašnjenje povijesti njihova nastanka i pridonijeli pojavi u 30.-40. XX. stoljeća nova grana opće hidrogeologije - paleohidrogeologija(proučavanje podzemnih voda prošlih geoloških doba).

Hidrogeokemija proučava procese formiranja kemijskog sastava podzemne vode i obrasce migracije kemijskih elemenata u njoj. Teorijske postavke temelje se na suvremenim predodžbama o strukturi prirodnih voda, rasprostranjenosti kemijskih elemenata u zemljinoj kori i stijenama, pojmu klarksa, čimbenicima migracije, akumulacije, sedimentacije i disperzije raznih elemenata i njihovih izotopa u prirodnim vodama, teoretskih pretpostavki o strukturi prirodnih voda. plinski sastav podzemne vode i druge karakteristike. Temelje hidrogeokemije postavili su radovi V. I. Vernadskog 30-ih godina. XX. stoljeća Ova se industrija konačno oblikovala 40-ih godina. XX. stoljeća

Dinamika podzemnih voda je grana hidrogeologije koja razmatra teorijske osnove i metode proučavanja kvantitativnih obrazaca režima i bilance podzemnih voda. Sa stajališta metodoloških konstrukcija temeljenih na teoriji filtracije, ova je grana neraskidivo povezana s hidraulikom i hidromehanikom. U stranoj literaturi pojam dinamike podzemnih voda često izostaje, a većinu problema vezanih uz nju razmatra hidrologija podzemnih voda.

Veliku ulogu u razvoju teorije dinamike podzemnih voda imali su kod nas N. E. Žukovski, N. N. Pavlovski, G. N. Kamenski i dr., a u inozemstvu J. Dupuis i L. Darcy (Francuska), A. Till (Njemačka), F. Forchheimer (Austrija), C. Slichter, C. Hayes, M. Masket, R. de Uist (SAD).

Mnogi principi dinamike podzemnih voda, koji se uglavnom odnose na hidromehaničke probleme, postavljeni su u drugoj polovici 19. - ranom 20. stoljeću. istraživači koji rade na području hidraulike i teorijske mehanike - francuski znanstvenici D. Darcy i J. Dupuis, koji su uspostavili linearni zakon filtracije, ruski znanstvenik N. E. Žukovski, koji je radio na teoriji kretanja podzemnih voda itd. Suvremeni temelji teorije i praksu podzemnih dinamičkih voda postavili su uglavnom sovjetski znanstvenici koji su provodili istraživanja u 20-30-im godinama. XX. stoljeća istraživanje rješavanja problema hidrogradnje. N. N. Pavlovsky je identificirao probleme dinamike podzemne vode u vezi s hidrotehničkom izgradnjom, G. N. Kamensky je proučavao probleme povezivanja dinamike podzemne vode s geološkim uvjetima, pitanja kretanja podzemne vode u heterogenim slojevima, razvio metodu za proračun povratnih voda podzemne vode, itd. Za U razvoju dinamike podzemnih voda od velike je važnosti proučavanje pitanja podzemne naftne hidraulike (plinsko-hidrodinamike), koje je u nas započeo L. S. Leibenzon.

U modernom razdoblju:

• - karakterizira aktivna uporaba hidrodinamičkih proračuna i predviđanja na temelju njih u gotovo svim hidrogeološkim studijama;
• - dovršena je izrada metodologije za proračun stacionarne filtracije i izrađene teorijske osnove za prognozu uspora podzemnih voda u područjima hidrograđevinskih objekata i navodnjavanih površina;
• - obrazložene su metode procjene operativnih rezervi podzemne vode;
• - formuliraju se glavni pravci istraživanja regionalne dinamike dubokih i međudjelovajućih vodonosnika.

Utjecaj ljudske gospodarske aktivnosti na podzemne vode dovodi do potrebe za razmatranjem složenih proračunskih shema, stoga se, osim analitičkih metoda izračuna, naširoko koriste metode matematičkog modeliranja na računalu. To omogućuje izvođenje hidrogeoloških proračuna uz najpotpunije uvažavanje prirodne situacije i svih operativnih čimbenika.

Uz rješavanje izravnih hidrogeodinamičkih problema, u kojima se daje prognoza režima i bilance podzemnih voda, u dinamici podzemnih voda razmatraju se rješenja inverznih problema - obnova parametara filtracijske sheme na temelju podataka o režimu podzemne vode (na primjer, tijekom dugotrajnog rada velikih zahvata podzemne vode, u područjima rezervoara, kamenoloma). Novi smjer koji proučava fizikalno-kemijske procese koji se odvijaju tijekom interakcije podzemne vode s matičnim stijenama postaje važan za proučavanje onečišćenja podzemnih voda i utemeljenje hidrogeokemijskih metoda traženja minerala.

Sredinom 20.st. izdvojio se 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 kemijskog sastava i podrijetla mineralnih voda, njihovu klasifikaciju u glavne genetske tipove, stvara predodžbu o nalazištima i izvorima mineralnih voda i rješava probleme njihove praktične upotrebe (uglavnom za odmarališta). i sanatorijsko liječenje). Proučavaju se vode s visokim sadržajem raznih elemenata (jod, brom, bor, stroncij, litij, radij i dr.), koje se nazivaju industrijskim, kako bi se iz njih izdvojili navedeni elementi. Proučavaju se, traže i istražuju nalazišta termalnih i pregrijanih voda radi korištenja za daljinsko grijanje gradova i naselja.

Proučavanje traženja i istraživanja podzemnih voda povezano je s razvojem metoda za identifikaciju ležišta podzemnih voda pogodnih za organiziranje vodoopskrbe, navodnjavanja i druge praktične svrhe; njihova kvantitativna i kvalitativna procjena; rješavanje problema koji nastaju tijekom izgradnje inženjerskih objekata, odvodnje i navodnjavanja. Metodologija hidrogeoloških istraživanja razvijena je u vezi s pretraživanjem i istraživanjem podzemnih voda.

Meliorativna hidrogeologija razvija metode za poboljšanje hidrogeoloških uvjeta navodnjavanih i isušenih područja u svrhu njihova najracionalnijeg poljoprivrednog razvoja. Pitanja hidrogeologije melioracije (određivanje normi navodnjavanja, opskrba poljoprivrednih usjeva vodom, predviđanje režima podzemnih voda, suzbijanje zaslanjivanja tla itd.) Važna su za golemo područje sušne zone svijeta.

Hidrogeologija ležišta mineralnih sirovina bavi se proučavanjem podzemnih voda u odnosu na zadatke geološke i industrijske procjene ležišta, njihovog razvoja i razvoja. Razvijaju se dva pravca: hidrogeologija naslaga čvrstih minerala I hidrogeologija naftnih i plinskih polja, što se objašnjava specifičnostima istraživanja, razvoja i proizvodnje ovih minerala. Ističe hidrogeologija rudnika, razvijanje mjera za borbu protiv podzemnih voda.

Regionalna hidrogeologija proučava obrasce raspodjele podzemnih voda u različitim prirodnim uvjetima u vezi s geološkim strukturama. Izrađuje se na temelju hidrogeoloških kartiranja različitih mjerila - od 1:500.000 do 1:10.000, na temelju geoloških istraživanja. Uz karte pojedinih regija izrađuju se zbirne hidrogeološke karte teritorija naše zemlje. Kao rezultat regionalnih istraživanja nastaju brojne opće i posebne karte (sl. 43, 44). Na temelju regionalne hidrogeologije razvijena je doktrina horizontalne i vertikalne zonalnosti.

Riža. 43.

Podzemna voda je voda koja se nalazi u slojevima stijena gornjeg dijela zemljine kore u tekućem, krutom i parovitom stanju. Ovisno o prirodi šupljina vodonosnih stijena, podzemne vode se dijele na pore - u pijesku, šljunku i drugim klastičnim stijenama, pukotinske (žilne) - u stijenama (graniti, pješčenjaci) i krške (pukotinsko-krške) - u topivim stijenama (vapnenci, dolomiti, gips itd.).

Podzemna voda koja se kreće pod utjecajem gravitacije naziva se gravitacijski, ili besplatno, za razliku od voda vezanih i držanih molekularnim silama - higroskopna, filmska, kapilarna I kristalizacija. Slojevi stijena zasićeni gravitacijskom vodom tvore vodonosnike ili slojeve. Podzemna voda ima različite stupnjeve propusnosti i izdašnosti (sposobnost istjecanja iz vodonosnika pod utjecajem gravitacije). Prvi trajno postojeći neograničeni vodonosnik sa Zemljine površine tzv horizont podzemne vode. Neposredno iznad njihove površine - podzemne vode- česte su kapilarne vodice koje se mogu suspendiran, odnosno ne komunicirati s njim. Cijeli prostor od površine Zemlje do razine podzemnih voda naziva se zona prozračivanja, u kojem 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

Riža. 44. Karta dubine površine podzemne vode izrađena korištenjem GIS tehnologije.

curenje vode s površine. U ovoj zoni nastaju privremene akumulacije podzemnih voda koje su tzv visoka voda. Vodonosnici koji leže ispod podzemnih voda odvojeni su od njih vodonepropusnim slojevima ( vodootporan) ili slabopropusne stijene i nazivaju se horizonti interstratalnih voda. Obično su pod hidrostatskim tlakom (arteške vode), rjeđe imaju slobodnu površinu i bez tlaka (slobodnotekuće vode). Područje prihranjivanja međustratalnih voda nalazi se na mjestima gdje vodonosne stijene izlaze na površinu (ili na mjestima gdje su plitke); prihranjivanje se također događa protokom vode iz drugih vodonosnika.

Podzemna voda je prirodna otopina koja sadrži preko 60 kemijskih elemenata (u najvećim količinama - K, N3, Ca, IU, Fe, Al, Cl, 8, C, 81, Li, O, H), kao i mikroorganizme (oksidirajuće i reduciranje raznih tvari). Podzemne vode su u pravilu zasićene plinovima (CCb, Cb, N2, C2H2 i dr.). Prema stupnju mineralizacije podzemne vode se dijele (prema V.I. Vernadskom) na slatke (do 1 g/l), bočate (od 1 do 10 g/l), slane (od 10 do 50 g/l) i podzemne. salamure (preko 50 g/l). U kasnijim klasifikacijama podzemne slanice uključuju vode s mineralizacijom većom od 36 g/l. Prema podacima o temperaturi razlikuju prehlađene (ispod 0 °C), vrlo hladne (od 0 do -4 °C), hladne (od -4 do -20 °C), tople (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.

Prema podrijetlu postoji nekoliko vrsta podzemnih voda.

Infiltracijske vode nastaju procjeđivanjem kišnih, otopljenih i riječnih voda sa Zemljine površine. Po sastavu su pretežno hidrokarbonat-kalcij I magnezij Kada se stijene koje sadrže gips ispiraju, kalcijev sulfat, a tijekom otapanja minerala koji sadrže sol - natrijeve kloridne vode.

Kondenzacijske podzemne vode nastaju kao rezultat kondenzacije vodene pare u porama ili pukotinama stijena.

Sedimentacijske vode nastaju u procesu geološke sedimentacije i obično predstavljaju modificirane zakopane vode morskog podrijetla - natrijev klorid, kalcij-natrijev klorid itd. Tu također spadaju zakopane slane vode slanih bazena, kao i ultraslatke vode pješčanih leća u morenske naslage. Vode nastale iz magme tijekom njezine kristalizacije i tijekom metamorfoze stijena nazivaju se magmatogene, odn. maloljetnički(prema terminologiji E. Suessa).

Jedan od pokazatelja prirodnih uvjeta za nastanak podzemnih voda je sastav u njima otopljenih i slobodno otpuštenih plinova. Gornji vodonosnici s oksidirajućim okolišem karakterizirani su prisutnošću kisika i dušika; donji dijelovi odjeljka, gdje prevladava redukcijski okoliš, tipični su plinovi biokemijskog podrijetla (sumporovodik, metan). U tektonski aktivnim područjima česte su vode zasićene ugljičnim dioksidom (ugljične dioksidne vode Kavkaza, Pamira, Transbaikalije). Možda je zasićenost vode ugljičnim dioksidom povezana s termometamorfizmom, koji oslobađa CO2. U blizini kratera vulkana nalaze se kisele sulfatne vode (tzv. fumarolne kupke).

U mnogim vodotlačnim sustavima, koji su često veliki arteški bazeni, razlikuju se tri zone koje se razlikuju po intenzitetu izmjene vode s površinskim vodama i sastavu podzemnih voda. Gornji i rubni dijelovi bazena obično su zauzeti infiltrirajućim slatkim vodama. Postoje zone aktivne izmjene vode (prema N. K. Ignatovichu), odnosno aktivne cirkulacije. U središnjim dubokim dijelovima kotlina nalazi se zona vrlo spore izmjene vode, odnosno stagnacije, gdje su česte visokomineralizirane vode. U međuzoni relativno spore ili teške izmjene vode razvijaju se mješovite vode različitog sastava.

Rasprostranjenost podzemnih voda ovisi o mnogim geološkim i fizičko-geografskim čimbenicima. Arteški bazeni i padine razvijeni su unutar platformi i rubnih korita (na primjer, zapadnosibirski, moskovski i baltički arteški bazeni). Na platformama postoje velika područja s visoko podignutim prekambrijskim kristalnim temeljem, karakterizirana razvojem pukotinskih voda (Ukrajinski kristalni masiv, Anabarski masiv itd.), U naboranim planinskim područjima - podzemne vode pukotinskog tipa.

Osebujni hidrogeološki uvjeti koji određuju prirodu cirkulacije i sastav podzemnih voda stvaraju se u područjima razvoja permafrostnih stijena, gdje se formiraju supra-permafrost, inter-permafrost i sub-permafrost vode.

Podzemne vode dio su vodnih resursa Zemlje. Ukupne rezerve podzemnih voda na kopnu iznose preko 60 milijuna km3 i smatraju se mineralnim bogatstvom. Za razliku od drugih vrsta minerala, rezerve podzemne vode su obnovljive tijekom eksploatacije. Područja vodonosnika ili njihovih kompleksa, unutar kojih postoje uvjeti za odabir podzemnih voda određenog sastava koji zadovoljava utvrđene standarde, u količinama dovoljnim za njihovo ekonomski isplativo korištenje, nazivaju se ležišta podzemnih voda.

Na temelju prirode njihove upotrebe, podzemne vode se u Rusiji dijele na vode za domaćinstvo, piće, tehničke, industrijske, mineralne vode I termalne vode. Podzemne vode za kućanstvo i piće su slatke vode koje zadovoljavaju uvjete (određenih okusnih svojstava i ne sadrže tvari i mikroorganizme štetne po zdravlje ljudi). Industrijske vode s visokim sadržajem pojedinih kemijskih elemenata (I, Br, B, 1L, itd.) su od interesa za razne industrije. Podzemne vode koje sadrže specifične komponente (plinovi, mikrokomponente) koriste se u ljekovite svrhe i kao stolna pića.

U nekim slučajevima podzemne vode uzrokuju močvare i poplave teritorija, klizišta, slijeganje tla ispod građevinskih objekata i kompliciraju rudarske radove i rudarske radove u rudnicima i kamenolomima. Da bi se smanjio dotok podzemnih voda u područje industrijskih objekata, koriste se drenaža, drenaža I isušivanje naslaga.

Mnogi kvalitativni i kvantitativni pokazatelji parametara podzemne vode (razina, tlak, protok, kemikalija I sastavi plinova, temperatura itd.) podložne su kratkoročnim, sezonskim, dugoročnim i sekularnim promjenama koje određuju režim podzemnih voda. Potonji odražava proces formiranja podzemnih voda u vremenu i unutar određenog prostora pod utjecajem različitih prirodnih režimotvornih čimbenika: klimatskih, hidroloških, geoloških, hidrogeoloških i čimbenika nastalih kao rezultat ljudskog djelovanja.

Najveće kolebanje elemenata režima opaža se u plitkim podzemnim vodama.

U Rusiji se godišnje sastavljaju prognoze režima podzemnih voda za pretproljetni minimalni, maksimalni i jesenski vodostaj u zoni intenzivne izmjene vode. Prognoze se izdaju u obliku karata koje prikazuju promjene razine podzemnih voda.

Izvori podzemne vode – izvori, vrela i prirodni ispusti podzemne vode na zemljinoj površini (na kopnu ili pod vodom). Formiranje izvora može biti uzrokovano različitim čimbenicima: sjecište vodonosnika s negativnim oblicima modernog reljefa (na primjer, riječne doline, gudure, gudure i jezerski bazeni), geološke i strukturne značajke područja (prisutnost pukotina, zona tektonskih poremećaja, kontakta magmatskih i sedimentnih stijena), filtracijske heterogenosti vododrživih stijena itd.

Konkretno, na području grada Penze i njegove okolice pronađeno je nekoliko aktivnih neotektonskih zona koje su identificirali autori (Klimov, Klimova, 1997, 2006). Ove su zone razvijene u područjima reljefnih zavoja i iscrtane su opružnim ispustima duž cijele duljine rasjeda. Duljina ovih diskontinuiranih struktura kreće se od nekoliko metara do 15 km. Potonja struktura se proteže duž potoka Bezymyanny na sjeveru Penze i vidljiva je na satelitskoj snimci iz infiltracijskog isparavanja iz tla. Maksimalni protok izvora u Penzi je 4 l/s (izvor Samovarnik). Dubina pojavljivanja rasjeda blizu površine nije veća od 50 m, rjeđe - dublje, na primjer, duž korita rijeke Staraya Sura, na što ukazuje prisutnost mineraliziranih voda u Akhunyju, podignutih bušotinom iz dubine od nekoliko stotina metara.

Postoji nekoliko klasifikacija izvora. Prema klasifikaciji domaćeg hidrogeologa A. M. Ovchinnikova, razlikuju se tri skupine izvora prema vrsti opskrbe podzemnom vodom.

• 1. Izvori koji se napajaju vodom obično se nalaze u zoni prozračivanja i imaju oštre fluktuacije protoka (do potpunog nestanka u sušnoj sezoni), kemijskog sastava i temperature vode.
• 2. Izvore koji se napajaju podzemnom vodom karakterizira velika postojanost tijekom vremena, ali su također podložni sezonskim fluktuacijama u protoku, sastavu i temperaturi; dijele se na erozijske (nastaju kao posljedica produbljivanja riječne mreže i otvaranja vodonosnika), kontaktne (povezane s kontaktima stijena različite propusnosti) i preljevne (obično uzlazne, povezane s facijesnom promjenjivošću slojeva ili tektonskim poremećajima).
• 3. Izvori arteških voda odlikuju se najvećom postojanošću režima; nalaze se u područjima ispusta arteških bazena.

Prema značajkama načina rada, svi se izvori mogu podijeliti na konstantno, sezonski I ritmički djelujući. Proučavanje režima izvora od velikog je praktičnog značaja pri korištenju za opskrbu pitkom i ljekovitom vodom.

Prema hidrodinamičkim svojstvima izvori se dijele na dvije vrste: silazni, napajani slobodnim vodama, i uzlazni, napajani tlačnim (arteškim) vodama.

Izvori povezani s poroznim stijenama raspoređeni su više ili manje ravnomjerno na mjestima gdje vodonosnik doseže površinu. Izvori u raspucanim stijenama nalaze se na sjecištu pukotina sa Zemljinom površinom. Izvorišta krških područja karakteriziraju značajna kolebanja režima vezana uz količinu oborina.

Temperatura vode u izvorištima ovisi o dubini podzemne vode, prirodi dovodnih kanala, zemljopisnom i hipsometrijskom položaju izvora i temperaturnom režimu podloge u kojoj se podzemna voda nalazi. U području razvoja permafrost stijena postoje izvori s temperaturom od oko 0 °C. U područjima mladog vulkanizma uobičajeni su topli izvori, često s pulsirajućim režimom.

Kemijski i plinski sastav izvorske vode vrlo je raznolik; određena je uglavnom sastavom ispuštene podzemne vode i općim hidrogeološkim uvjetima područja. Registracija prirodnog izlaza vode iz različitih izvora naziva se njihovo zahvaćanje.

Vodopropusnost stijena je sposobnost stijena da propuštaju vodu. Stupanj vodopropusnosti ovisi o veličini i broju međusobno povezanih pora i pukotina, kao i o položaju zrna stijena. U dobro propusne stijene ubrajaju se šljunak, šljunak, krupni pijesak, intenzivno krško i razlomljeno kamenje. Gotovo nepropusne (vodootporne) stijene su gline, guste ilovače, nerazlomljene kristalne, metamorfne i guste sedimentne stijene.

Vodopropusnost stijena može se odrediti brzinom filtracije koja je jednaka količini vode koja teče kroz jedinicu površine poprečnog presjeka stijene filtera. Ova se ovisnost izražava Darcyjevom formulom:

gdje je V brzina filtracije; Do- koeficijent filtracije; / -gradijent tlaka jednak omjeru pada tlaka N na duljinu puta filtracije b

I = Iʹ.

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

Zbog činjenice da se voda u stijenama može kretati pod utjecajem različitih razloga (hidraulički tlak, gravitacija, kapilarne, adsorpcijske, kapilarno-osmotske sile, temperaturni gradijent itd.), kvantitativne karakteristike vodopropusnosti stijena mogu se izraziti ne samo koeficijentom filtracije, već i koeficijentima vodljivost vode I piezoelektrična vodljivost. U hidrogeološkim studijama i proračunima koeficijent vodljivosti vode (umnožak koeficijenta filtracije i debljine vodonosnika) pokazatelj je filtracijske sposobnosti stijene.

Ovisno o geološkoj građi vodonosnici u filtracijskom smislu mogu biti izotropan, kada je vodljivost vode ista u bilo kojem smjeru, i anizotropan, karakterizira prirodna promjena vodopropusnosti u različitim smjerovima.

Proučavanje vodopropusnosti stijena potrebno je pri traženju i istraživanju podzemnih voda za vodoopskrbu, pri izgradnji hidrotehničkih građevina, eksploataciji raznih vrsta podzemnih voda, pri proračunu dopuštenih padova vodostaja i radijusa utjecaja vodocrpilišta, pri projektiranju i izvođenju odvodnje. i mjere navodnjavanja.

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

Verkhovodka je slobodna podzemna voda koja leži najbliže zemljinoj površini i nema kontinuiranu distribuciju. Voda nastaje infiltracijom atmosferskih i površinskih voda zadržanih nepropusnim ili slabo propusnim slojevima i lećama, kao i kondenzacijom vodene pare u stijenama. Takve podzemne vode karakterizira sezonsko postojanje: u sušnim vremenima često nestaju, au razdobljima kiše i intenzivnog topljenja snijega ponovno se pojavljuju; podložne su oštrim kolebanjima ovisno o hidrometeorološkim prilikama (količini oborine, vlažnosti zraka, temperaturi itd.). Visoka voda je također voda koja se privremeno pojavljuje u močvarnim formacijama zbog prekomjerne ishrane močvara. Često se nagomilana voda javlja kao posljedica curenja vode iz vodoopskrbnih sustava, kanalizacije, bazena i drugih vodoprovodnih uređaja, što može rezultirati močvarnim područjem, plavljenjem temelja i podruma. U području rasprostranjenosti permafrostnih stijena, permafrostne vode spadaju u supra-permafrostne vode.

Vode potoka su obično slatke, malo mineralizirane, ali su često onečišćene organskim tvarima i imaju visok sadržaj željeza i kremene kiseline. Verkhodka, u pravilu, ne može poslužiti kao dobar izvor vodoopskrbe. Međutim, ako je potrebno, poduzimaju se mjere za umjetno očuvanje vodotokova: izgradnja ribnjaka; skretanja s rijeka koje osiguravaju stalnu snagu operativnim bušotinama; sadnja vegetacije koja odgađa topljenje snijega; stvaranje vodonepropusnih mostova, itd. U pustinjskim područjima, izgradnjom žljebova u glinovitim područjima - takyrima, atmosferske vode se preusmjeravaju u susjedno područje pijeska, gdje se stvara leća vode koja sadrži određenu zalihu slatke vode.

Gravitacijske vode - vode u podzemnim akumulacijama, vodotocima i cjevovodima kada nisu potpuno ispunjene, kao i podzemne vode koje imaju slobodnu površinu (vodeno ogledalo). Podzemne vode slobodnog protoka nalaze se ili u prvom propusnom sloju od površine zemlje, tvoreći vodene i podzemne vode, ili zasićuju propusni sloj stijena koji se nalazi između vodootpornih stijena (slojeva), a da ne dospiju do njegovog vodonepropusnog krova – tj. -nazvane međuslojne vode slobodnog protoka. Za praksu je važno da se razina protočne vode u podzemnim rudarskim iskopima (bušotine, bunari, jame i dr.) bez crpljenja uspostavi na dubini pojave podzemne vode, za razliku od tlačne vode čija je razina postavlja se ispod točke otvaranja vodonosnika.

Arteške vode (od imena francuske pokrajine Artois (lat. AMeBsht), gdje se te vode dugo koriste) - podzemna voda zatvorena između slojeva vodonosnika i pod hidrauličkim pritiskom. Javljaju se uglavnom u pre-antropogenim naslagama, unutar velikih geoloških struktura, tvoreći arteške bazene.

Arteške vode otvorene umjetno dižu se iznad krova vodonosnika. Uz dovoljan pritisak, izlijevaju se na površinu zemlje, a ponekad čak i fontanom. Crta koja spaja oznake stalne razine tlaka u bušotinama čini piezometrijsku razinu.

Za razliku od podzemnih voda, koje sudjeluju u modernoj izmjeni vode s površinom zemlje, mnoge arteške vode su drevne, a njihov kemijski sastav obično odražava uvjete nastanka. U početku su arteške vode bile povezane s koritastim strukturama. Međutim, uvjeti pod kojima su te vode nastale vrlo su raznoliki; Često se mogu naći u asimetričnim monoklinalnim naslagama slojeva poput fleksure. U mnogim su područjima arteške vode ograničene na složen sustav pukotina i rasjeda.

Unutar arteškog bazena razlikuju se tri područja: dovod, tlak i odvod (slika 45, 1). U području prihranjivanja vodonosnik je obično povišen i dreniran, pa vode ovdje imaju slobodnu površinu; u području pritiska, razina do koje voda može porasti nalazi se iznad krova vodonosnika. Okomita udaljenost od vrha vodonosnika do ove razine naziva se visina.

Ravni reljef

vodonosnici

horizontima

Vodootporan

Razina vode

Riža. 45. Arteški bazen:

1 - dijagram strukture arteškog bazena: A- granice rasprostranjenosti arteških voda: A- prostor za hranu, b- područje pritiska, V- prostor za istovar; B- granice rasprostranjenosti podzemnih voda; N- razina tlaka iznad površine tla; // 2 - razina tlaka ispod površine zemlje; 2 - vrste arteških bazena (BSE).

Za razliku od područja punjenja, gdje debljina vodonosnika varira ovisno o meteorološkim čimbenicima, u tlačnom području debljina arteškog horizonta je konstantna tijekom vremena. Na granici između područja prihranjivanja i tlačnog područja, ovisno o količini dospjele atmosferske vode u različitim godišnjim dobima, može doći do privremenog prijelaza vode sa slobodnom površinom u tlačnu vodu. U području ispuštanja voda dospijeva na površinu zemlje u obliku nadolazećih izvora. Ako postoji više vodonosnika, svaki od njih može imati svoju razinu, određenu uvjetima prihranjivanja i protoka vode. Kada sinklinalna pojava slojeva odgovara reljefnim depresijama, tlakovi u nižim horizontima rastu; kada se reljef podiže, piezometrijske razine nižih horizonata nalaze se na nižim visinama (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 (slika 46). U arteškom bazenu, područje punjenja je uz tlačno područje; dalje duž smjera podzemnog toka nalazi se područje pražnjenja tlačnog horizonta. U arteškoj padini, potonji se nalazi pored područja za hranjenje.

Prostor za istovar

Akvaferozni

Hidroizohipse ---Hidroizopieze -

Smjer kretanja vode

Riža. 46. Dijagram arteškog nagiba (ASS).

Svaki veliki arteški bazen sadrži vode različitog kemijskog sastava: od visoko mineraliziranih salamure kloridnog tipa do slatkih, slabo mineraliziranih voda hidrokarbonatnog tipa. Prvi obično leže u dubokim dijelovima bazena, drugi - u gornjim slojevima. Slatke vode gornjih vodonosnika nastaju kao rezultat infiltracije atmosferskih oborina i procesa ispiranja stijena. Duboke, visoko mineralizirane arteške vode povezane su s promijenjenim vodama drevnih morskih bazena.

Zbog široke raznolikosti hidrogeoloških uvjeta, arteški bazeni se ponekad nazivaju vodotlačnim sustavima. Najveći sustav crpljenja vode u našoj zemlji je zapadnosibirski arteški bazen s površinom od 3 milijuna km2.

Arteški bazen - bazen podzemne vode unutar jedne ili više geoloških struktura koji sadrži zatvorene vodonosnike. Najveći arteški bazeni u Rusiji su Zapadnosibirski, Moskovski, Kaspijski itd.; u inozemstvu – australski. Veliki bazeni vode pod pritiskom postoje u sjevernoj Africi, kao iu istočnom dijelu Australije.

Moskovski arteški bazen- arteški bazen smješten u središtu Istočnoeuropske nizine. U geostrukturnom smislu pripada jugozapadnom dijelu Moskovske sineklize. Površina bazena je oko 360 tisuća km. Kompleksi vodonosnika ograničeni su na debljinu karbonatno-terigenih stijena od ranog kambrija do kvartara, koje leže na naboranoj kristalnoj osnovi; u skladu s općim slijeganjem temelja od jugozapada prema sjeveroistoku, debljina sedimentnih naslaga varira od 100-300 do 4000-4500 m. Moskovski arteški bazen karakterizira prisutnost tri vertikalne zone, koje se razlikuju po karakteristikama hidrodinamike i hidrokemijskim uvjetima.

Gornju zonu - zonu intenzivne izmjene voda (intenzivnog podzemnog toka) karakteriziraju dobri uvjeti za infiltraciju atmosferskih voda, međudjelovanje pojedinih vodonosnika, te hidrauličku povezanost podzemnih voda s površinskim vodotocima i akumulacijama. Uvjeti ishrane, protoka, otjecanja i formiranja resursa podzemnih voda usko su povezani sa karakteristikama topografije, klime i drenažnog učinka riječne mreže. Ova zona debljine 250-300 m sadrži pretežno slatke (do 1 g/l) vode hidrokarbonatne klase.

Ispod je zona otežane izmjene vode, gdje je kretanje podzemnih voda vrlo sporo zbog velike dubine, slabog utjecaja riječnih drena i male lomljenosti stijena. Uklanjanje soli je otežano, u sastavu vode prevladavaju sulfati i kloridi. Vode su boćate i slane s mineralizacijom od 5-10 do 50 g/l. Debljina zone je 300-400 m.

U najdubljim dijelovima arteškog bazena nalazi se zona vrlo spore izmjene vode. Brzina kretanja vode i procesi ispiranja stijena ovdje su zanemarivi, razvijaju se slanice visoke koncentracije - od 50 do 270 g/l, sastav vode je klorid, natrij, debljina varira od 400-500 do 1600- 2000 m u najpopuštenijim dijelovima sliva.

Slatka podzemna voda bazena dugo je bila jedan od izvora vodoopskrbe Moskve i cijele Središnje industrijske regije europskog dijela Rusije. Resursi podzemnih voda Moskovskog arteškog bazena čine do 40% ukupnih vodnih resursa bazena. 15-20% oborina koristi se za prihranjivanje vodonosnika. Najveći resursi nalaze se u vodonosnicima ugljena koji se široko koriste za piće iu industrijske svrhe.

Slane vode i salamure iz zona teške i spore izmjene vode, vezanih prvenstveno za devonske i permske naslage, koriste se u ljekovite i balneološke svrhe (Staraya Russa, Kashin, itd.). Niskomineralizirane vode (4 g/l) gornjih devonskih horizonata u moskovskoj regiji poznate su kao "moskovska mineralna voda".

Podzemne slanice - podzemne vode koje sadrže otopljene minerale u visokim koncentracijama. Prema nekim klasifikacijama, podzemne slanice uključuju vode s mineralizacijom većom od 50 g/l, prema drugima - preko 36 g/l (na temelju saliniteta voda Svjetskog oceana). Podzemne slanice su široko rasprostranjene u sedimentnim bazenima, gdje se obično nalaze ispod slatkih i slanih voda i ograničene su na najdeblji dio sedimentnog pokrova. Na primjer, u bazenima istočnoeuropske 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. Identificirane su i podzemne slane vode. u sedimentnim slojevima koji leže ispod dna nekih mora (Crveno i Kaspijsko, Meksički zaljev itd.) i unutar polica (na primjer, u blizini poluotoka Floride), kao i u zoni hipergene frakture kristalnih štitova (Baltik , ukrajinski, kanadski). U sušnim područjima podzemne slane vode zasićuju donje sedimente unutarnjih drenažnih rezervoara (na primjer, slana jezera Inder) i slane morske zaljeve i lagune (Kara Bogaz Gol, Bocana de Verila u Peruu, sebkhas na mediteranskoj obali Afrike i Arabije) .

Prema prevladavajućem anionu razlikuju se kloridne, sulfatne i hidrokarbonatne podzemne slanice. Od njih su samo kloridi (natrij, kalcij i magnezij) široko rasprostranjeni. U solonosnim sedimentacijskim bazenima, prema uvjetima nastanka, razlikuju se nadslane, unutarsalne i podslane podzemne salamure (predslane podzemne salamure su pretežno natrijeve, njihov salinitet ne prelazi 300-320 g/l , unutarsalne i podsalne podzemne salamure su obično višekomponentne, salinitet im je do 600 g/l l).

Podzemne slanice koriste se za dobivanje kuhinjske soli, joda, broma, litija; potencijalne su sirovine za ekstrakciju rubidija, cezija, bora i stroncija. Neke podzemne slanice koriste se u medicinske svrhe u obliku slanih kupki.

Termalne vode (francuski) toplinski- toplo, od grč. 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 izlazi na površinu. U arteškim bazenima na dubini od 2000-3000 m, bunari imaju vodu iz slavine s temperaturom od 70-100 °C ili više. U planinskim zemljama (na primjer, Alpe, Kavkaz, Tien Shan, Pamir) termalne vode izlaze na površinu u obliku brojnih vrućih izvora (temperature do 50-90 ° C), au područjima suvremenog vulkanizma manifestiraju se sami u obliku gejzira i parnih mlaznica (ovdje bušotine na dubini od 500-1000 m otkrivaju vode s temperaturom od 150-250 ° C), koje proizvode mješavine pare i vode i pare kada dođu do površine (Pauzhetka u Kamčatka, Veliki gejziri u SAD-u, Wairakei na Novom Zelandu, Larderello u Italiji, gejziri na Islandu itd.).

Kemijski, plinski sastav i mineralizacija termalnih voda su raznoliki: od slatkih i slanih hidrokarbonatnih i hidrokarbonatno-sulfatnih, kalcijevih, natrijevih, dušikovih, ugljikovih dioksida i sumporovodika do slanih i slanih kloridnih, natrijevih i kalcijevo-natrijevih, dušikovih metan i metan, ponegdje sumporovodik.

Od davnina se termalne vode koriste u ljekovite svrhe (rimske, tadžikistanske, tbiliske kupke). U Rusiji, svježe dušične termalne kupke, bogate silicijumskom kiselinom, koriste poznata odmarališta - Belokurikha na Altaju, Kuldur u Habarovskom kraju itd.; termalne vode ugljičnog dioksida - odmarališta kavkaskih mineralnih voda (Pyatigorsk, Zheleznovodsk, 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 recentnog vulkanizma u Italiji, Islandu, Meksiku, Rusiji, SAD-u i Japanu rade brojne elektrane koje koriste pregrijane termalne vode s temperaturama iznad 100 °C. U Rusiji i drugim zemljama (Bugarska, Mađarska, Island, Novi Zeland, SAD) termalne vode se također koriste za grijanje stambenih i industrijskih zgrada, grijanje kompleksa staklenika, bazena i za tehnološke potrebe (Reykjavik se u potpunosti zagrijava toplinom termalne vode). vode). U Rusiji je organizirana opskrba toplinom za mikrodistrikte gradova Kizlyar, Makhachkala, Cherkessk; grijanje kompleksa staklenika 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 karakterizira visok sadržaj biološki aktivnih mineralnih (rjeđe organskih) komponenti i (ili) posjeduju specifična fizikalno-kemijska svojstva (kemijski sastav, temperatura, radioaktivnost itd.), zbog kojih utječu na terapijski učinak na ljudsko tijelo. Ovisno o kemijskom sastavu i fizikalnim svojstvima, mineralne vode koriste se kao vanjsko ili unutarnje ljekovito sredstvo.

Obrasci nastanka i distribucije mineralnih podzemnih voda. Proces nastanka mineralnih voda još nije dovoljno istražen. Pri karakteriziranju njihove geneze razlikuje se podrijetlo same podzemne vode, plinovi prisutni u njoj te ionsko-solni sastav.

Nastanak mineralnih voda uključuje procese infiltracije površinskih voda, zatrpavanja morske vode tijekom sedimentacije, oslobađanja konstitucionalne vode tijekom regionalne i kontaktne metamorfoze stijena te vulkanske procese. Sastav mineralnih voda određen je poviješću geološkog razvoja, prirodom tektonskih struktura, litologijom, geotermalnim uvjetima i drugim značajkama teritorija. Najjači čimbenici koji oblikuju plinski sastav mineralnih voda su metamorfni i vulkanski procesi. Hlapljivi produkti koji se oslobađaju tijekom tih procesa (CCL, HC1, itd.) ulaze u podzemnu vodu i čine je visoko agresivnom, pospješujući ispiranje stijena domaćina i stvaranje kemijskog sastava, mineralizacije i zasićenja vode plinom. Ionsko-solni sastav mineralnih voda nastaje uz sudjelovanje procesa otapanja soli i karbonatnih naslaga, kationske izmjene itd.

Plinovi otopljeni u mineralnim vodama služe kao pokazatelji geokemijskih uvjeta u kojima je došlo do nastanka ove mineralne vode. U gornjoj zoni zemljine kore, gdje prevladavaju oksidativni procesi, mineralne vode sadrže plinove zračnog podrijetla - dušik, kisik, ugljični dioksid (u malim količinama). Plinovi ugljikovodika i sumporovodik ukazuju na reducirajuće kemijsko okruženje karakteristično za duboku unutrašnjost Zemlje; visoka koncentracija ugljičnog dioksida omogućuje nam da smatramo da je voda nastala u metamorfnim uvjetima.

Na površini Zemlje mineralne vode se pojavljuju u obliku izvora, a iz dubina se izvlače i bušotinama (dubina može doseći i nekoliko kilometara). Za praktični razvoj utvrđuju se ležišta podzemnih mineralnih voda sa strogo definiranim operativnim rezervama.

Na području naše zemlje i inozemstva razlikuju se pokrajine mineralnih voda, od kojih se svaka odlikuje hidrogeološkim uvjetima, značajkama geološkog razvoja, podrijetlom i fizičko-kemijskim svojstvima mineralnih voda.

Prilično izolirani akumulacijski sustavi arteških bazena su provincije slanih i slanih voda različitog ionskog sastava s mineralizacijom do 300-400 g/l (ponekad i do 600 g/l); sadrže redukcijske plinove (ugljikovodike, sumporovodik, dušik). Preklopljene regije i područja pomlađenih platformi odgovaraju pokrajinama mineralnih voda ugljičnog dioksida (hladnih i termalnih) različitih stupnjeva mineralizacije. Područja manifestacije najnovijih tektonskih pokreta pripadaju pokrajini dušičnih, slabo mineraliziranih alkalnih, često silikatnih termalnih voda itd. Područje Rusije posebno je bogato mineralnim vodama ugljičnog dioksida (Kavkaska, Zabajkalska, Primorska, Kamčatka i druge pokrajine). ).

Ovisno o strukturnom položaju i pripadajućim hidrodinamičkim i hidrogeokemijskim uvjetima u našoj zemlji, razlikuju se sljedeće vrste ležišta mineralnih voda: naslage platformnih arteških bazena (Kashinskoye, Starorusskoye, Tyumenskoye, Sestroretskoye itd.); podnožni i međuplaninski arteški bazeni i padine (Chartak, Nalchik, itd.); arteški bazeni povezani sa zonama uzlaznog ispuštanja mineralnih voda (Nagutskoye, Essentukskoye); pukotinske vene vode hidrogeoloških masiva (Belokurikhinskoye, itd.); hidrogeološki masivi povezani sa zonama uzlaznog ispuštanja mineralnih voda u horizonte podzemnih voda (Darasunskoye, Shivandinskoye, Shmakovskoye, itd.); podzemne mineralne vode (Marcialne vode, Uvildinskoye, Kisegachskoye, Borovoe, itd.).

Terapeutski učinak mineralnih voda. Mineralne vode ljekovito djeluju na ljudski organizam cjelokupnim kompleksom tvari otopljenih u njima, a prisutnost specifičnih biološki aktivnih komponenti (CO2, NgB, Ab i dr.) i posebna svojstva često određuju načine njihove medicinske primjene. Glavni kriteriji za ocjenu ljekovitosti mineralnih voda u balneologiji su značajke njihovog kemijskog sastava i fizikalnih svojstava.

Mineralizacija mineralnih voda, odnosno zbroj svih u vodi topivih tvari - iona, biološki aktivnih elemenata (isključujući plinove), izražava se u gramima na 1 litru vode. Prema mineralizaciji razlikuju se

Imaju niskomineralizirane mineralne vode (1-2 g/l), niske (2-5 g/l), srednje (5-15 g/l), visoke (15-30 g/l) mineralizacije, slane mineralne vode. (35- 150 g/l) i jaka salamura (150 g/l i više). Za unutarnju upotrebu obično se koriste mineralne vode mineralizacije od 2 do 20 g/l.

Mineralne vode se prema ionskom sastavu dijele na kloridne (CH), hidrokarbonatne (HCO3~), sulfatne (EO/ -), natrijeve (14a), kalcijeve (Ca -), magnezijeve (M^) u raznim kombinacijama aniona. i kationi. Na temelju prisutnosti plinova i specifičnih elemenata razlikuju se ugljikov dioksid, sulfid (sumporovodik), dušik, bromid, jodid, željezo, arsen, silicij, radioaktivni (radon) itd. Na temelju temperature hladnoća (do 20 Razlikuju se tople (20-37 ° C), tople (20-37 ° C), tople (termalne, 37-42 ° C), vrlo tople (visoke termalne, 42 ° C i više) mineralne vode. U medicinskoj praksi se pridaje velika važnost sadržaju organskih tvari u slabomineraliziranim vodama, jer te tvari određuju specifična svojstva mineralnih voda. Sadržaj ovih tvari iznad 40 mg/l čini mineralnu vodu neprikladnom za unutarnju upotrebu.

Razvijeni su posebni standardi koji omogućuju ocjenu prikladnosti prirodnih voda za pročišćavanje (tablica 40).

Tablica 40

Standardi za razvrstavanje vode u mineralne

Mineralne vode koriste se u odmaralištima za liječenje pićem, kupke, plivanje u ljekovitim bazenima, sve vrste tuševa, kao i za inhalaciju i grgljanje kod bolesti grla i gornjih dišnih putova, za navodnjavanje kod ginekoloških bolesti itd. Mineralne vode su koristi se i izvana.

Mineralne vode se koriste interno i izvan odmarališta, kada se koriste uvezene flaširane vode. Sada u našoj zemlji postoje bezbrojne tvornice i radionice za punjenje mineralne vode. Flaširana voda zasićena je ugljičnim dioksidom kako bi se očuvala njena kemijska svojstva i okus. Voda mora biti bezbojna i apsolutno čista. Liječenje flaširanom mineralnom vodom mora se kombinirati s pridržavanjem određenog režima, prehrane i korištenja dodatnih terapijskih čimbenika (fizioterapija, liječenje lijekovima, hormonska terapija itd.).

Mineralne vode, pretežno niske mineralizacije, a sadrže i ione kalcija, imaju izražen diuretski (diuretski) učinak i pospješuju uklanjanje bakterija, sluzi, pijeska, pa čak i sitnih kamenaca iz bubrega, bubrežne zdjelice i mokraćnog mjehura. Korištenje mineralne vode kontraindicirano je, primjerice, kod suženja jednjaka i pilorusa želuca, naglog prolapsa želuca, kardiovaskularnih bolesti praćenih edemima, oslabljene sposobnosti izlučivanja bubrega itd. Liječenje mineralnim vodama treba provoditi prema preporuci liječnika i pod liječničkim nadzorom.

Umjetne mineralne vode izrađuju se od kemijski čistih soli, čiji sastav odgovara sastavu prirodnih. Međutim, nije postignuta potpuna istovjetnost sastava umjetnih i prirodnih mineralnih voda. Posebne poteškoće nastaju pri simulaciji sastava otopljenih plinova i svojstava koloida. Od umjetnih mineralnih voda u širokoj su uporabi samo ugljične, sumporovodikove i dušične vode, koje se koriste uglavnom 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, Batalinskaja). Svake godine povećava se broj balneoloških lječilišta i bušotina za proizvodnju mineralne vode.

Neke se mineralne vode koriste kao osvježavajući stolni napitak za gašenje žeđi koji povećava apetit i piju se umjesto slatke vode, bez medicinskih indikacija. U brojnim regijama Rusije obična pitka voda je prilično mineralizirana i sasvim se razumno koristi kao stolno piće. Kao stolne mineralne vode mogu se koristiti podzemne vode tipa natrijevog klorida s mineralizacijom ne većom od 4-4,5 g/l (za hidrokarbonatne vode - oko 6 g/l).