Как образуются грунтовые воды: Как образуются грунтовые воды — Вода скважина

Как образуются грунтовые воды — Вода скважина

 

 

Как образуются грунтовые воды

Трудно себе представить воду под землей. Некоторые люди считают, что грунтовые воды накапливается в подземных озерах или в подземных реках. На самом деле, грунтовые воды насыщает поры и трещины грунтов и горных пород.

Грунтовые воды преимущественно пополняется за счет осадков. Когда идет дождь или тает снег, часть воды испаряется, некоторое количество усваивается растениями, еще доля осадков стекает по поверхности и собирается в ручьи, а основная попадает через инфильтраты в поры и трещины грунтовых пород.

После засушливого периода осадки первоначально восполняют в почве испарившуюся и используемую растениями воду.

Между поверхностью земли и водоносным горизонтом имеется слой грунта, его гидрологи называют ненасыщенная зона. Так же она называется зона аэрации, где небольшое количество воды задерживается в мелких порах почвы и пород, а крупные трещины содержат только воздух.

После обильных дождей, зона аэрации может быть насыщена, а после долгой засухи — может быть почти сухой.

Немного воды в зоне аэрации удерживается за счет молекулярного притяжения, но в ней не будет работать скважина на воду. Силы притяжения удерживают достаточно воды во влажном полотенце, после того как вода перестает капать.

Как образуются грунтовые воды в горных породах

После потребления воды из почвы растениями, избытки воды проникают в грунтовые воды — в верхнюю часть водоносного горизонта, ниже которой зона насыщенная.

Ниже уровня грунтовых вод, все поры и трещины в скалах полны воды, которая движется по водоносным горизонтам к области разгрузки: родники, колодцы, скважины на воду.

Природное питание водоносных горизонтов на глубине (артезианские бассейны) представляет собой длительный процесс, потому что грунтовые воды медленно движутся через зоны аэрации и водоносные горизонты. Скорость перезарядки артезианских вод является важным фактором.

Было подсчитано, что если водоносный горизонт питается в основном с высоких равнин, где мало осадков, потребуются столетия до выхода воды на поверхность. Таким образом, артезианская скважина сегодня дает нам воду, которая выпала на землю в виде осадков сотни, а то и тысячи лет тому назад… впечатляет?

В отличие от артезианских бассейнов, неглубокий водоносный горизонт в зоне быстрой фильтрации может быть пополнен почти сразу. На этих водоносных горизонтах устанавливают копаные или абиссинские колодцы.

Водоносные горизонты могут быть пополнены искусственно. Например, большие объемы подземных вод, используемые для кондиционирования воздуха, возвращаются в водоносные горизонты через скважины.

Водоносные горизонты могут искусственно пополняться двумя основными способами:

Один из способов — заполнение водой углублений в грунте (борозды, канавы) или возведение небольших дамб на ручьях, чтобы задержать поверхностный сток, тем самым позволяя воде проникнуть в водоносный горизонт

Другой способ заключается в пополнении непосредственно водоносного горизонта водой через скважины

Последний является более дорогим способом, но может быть оправдан, если способ первый не возможен. Некоторые проекты искусственного пополнения были успешными, а другие, к сожалению, принесли разочарования.

Что будет, если через углубление или скважину наполнять водой горизонт примерно до уровня грунтовых вод. При откачивании из колодца, гравитация заставит воду из насыщенных пород перейти в колодец, чтобы заменить утраченную воду.

Это приводит к вопросу: сможет ли вода при откачивании насосом достаточно быстро пополняться?

Некоторые породы, такие как глины или граниты, могут иметь мало мелких трещин, по которым вода может перемещаться. Очевидно, что это бедные водоносные горизонты, и они будут отдавать небольшое количество воды

Для сравнения, породы, такие как трещиноватые песчаники и кавернозные известняки имеют большую пористость, которая позволяют воде двигаться более свободно. Эти породы передают большие количества воды и являются хорошими водоносными горизонтами.

Объем пополнения скважины на воду из водоносного горизонта может варьироваться от нескольких сотен до несколько миллионов литров в день.

Ученым еще много предстоит узнать о различных средах грунтовых вод и их восприимчивости к практике искусственного пополнения.

Где залегают грунтовые воды и каковы условия питания водоносных горизонтов?

Подземные воды залегают в водопроницаемых рыхлых (песок, гравий) и скальных (известняк, песчаник и др.) горных породах.

При характеристике условий залегания подземных вод применяют понятия и термины, приведенные ниже.

Водоносные породы — пласты, линзы и другие формы залегания водопроницаемых горных пород, в которых имеются поровая, трещиноватая и карстовая среды, содержащие подземную воду.

Водоносным горизонтом называют часть пласта или пласт, заполненные водой, приуроченные к одной или нескольким регионально выдержанным толщам водопроницаемых пород, гидродинамически связанным между собой и имеющим общую гидравлическую (при безнапорных водах) или пьезометрическую (при напорных водах) поверхность.

Водоносный комплекс — это комплекс водоносных горизонтов, одинаковых или различающихся по литологическому составу и пористости, приуроченных к породам какого-либо стратиграфического подразделения, среди которых вследствие изменчивости их вещественного состава, сложности тектонических условий или недостаточной изученности водовмещающих пород нельзя выделить отдельные гидравлически самостоятельные водоносные горизонты.

Площадь, в пределах которой распространен водоносный горизонт или комплекс, называется областью, или площадью распространения, а площадь, на которой происходит питание водоносного горизонта, — областью питания. Площадь, где подземные воды вытекают из водоносного горизонта или комплекса, называется областью разгрузки, или дренажа. Области питания и распространения водоносных горизонтов (комплексов) могут совпадать (в случае безнапорных) или не совпадать (в случае напорных вод).

В практике горного дела водоносные горизонты подразделяются в зависимости от их положения относительно пласта полезного ископаемого: если водоносные горизонты залегают над полезными ископаемыми, они называются надрудными (надугольными), если ниже — подрудными (подугольными).

Условия питания водоносных горизонтов зависят от многих факторов. Ведущую роль играет климат. Подземных вод больше там, где выпадает много атмосферных осадков. Большое значение имеют литологический состав пород, залегающих на поверхности, и рельеф (плоский, расчлененный, горный и т. п.).

Грунтовыми водами называют подземные воды первого от поверхности земли постоянно существующего водоносного горизонта, расположенного на первом водонепроницаемом слое. Грунтовые воды имеют свободную водную поверхность. Атмосферные осадки или поверхностные воды, просачиваясь в поры и пустоты горных пород, достигают на какой-то глубине водоупорного слоя и начинают скапливаться, образуя грунтовые воды. Расстояние от поверхности водоносного горизонта до водоупора называют его мощностью.

Рис. 1. Распределение подземной воды в верхней части земной коры.

Зоны: 1 — капиллярная; 2 — водонасыщенная (грунтовый поток)

Рис.  2. Схема грунтового бассейна:
1 — поверхность земли; 2 — уровень грунтовых вод; 3 — водоупор

Рис. 3. Распределение гидроизогипс (в м):
а — гидроизогипсы пересекают водоток без искривления; б — река питает грунтовые воды; в — грунтовые воды питают реку; г — река дренирует (на правом склоне) и питает (на левом) грунтовые воды. Пунктир — уровень подземных вод

Верхняя часть земной коры между земной поверхностью и поверхностью грунтовых вод называется зоной аэрации. В породах этой зоны в порах, трещинах и других пустотах находится парообразная, физически связанная и капиллярная вода (рис. 1).

Поверхность грунтовых вод часто называют уровнем, или зеркалом, грунтовых вод. Глубина залегания зеркала грунтовых вод может быть самой различной.

Грунтовые воды, у которых зеркало представляет собой горизонтальную поверхность, называют бассейном грунтовых вод. Такие бассейны чаще всего образуются при наличии в водоупорном ложе котловины (мульды) (рис. 2). Если же зеркало грунтовых вод наклонное, что свидетельствует об их движении в направлении уклона, то образуется поток грунтовых вод.

Питание грунтовых вод происходит в результате инфильтрации атмосферных осадков (дождь, тающий снег) и поверхностных вод (из рек, озер, прудов), подтока из других водоносных горизонтов (напорных трещинных, карстовых) и конденсации паров воды.

Питание грунтовых вод за счет поступления поверхностных вод происходит повсеместно. В период весенних половодий, а также при выпадении обильных осадков уровень поверхностных вод поднимается, превышая уровень грунтовых вод прибрежной территории. В результате значительная масса воды из поверхностного водоема просачивается в породы, слагающие его берега, питая грунтовые воды. В меженный период, когда уровень воды в водоеме ниже, чем уровень подземных вод, грунтовые воды питают водоемы.

Из сказанного следует, что между поверхностными и грунтовыми водами существует постоянная гидравлическая связь, причем существуют две формы этой связи — режимы подпертой и свободной фильтрации. О характере этой связи можно судить по карте гидроизогипс.

Гидроизогипсами называют линии, соединяющие точки с одинаковыми отметками уровней грунтовых вод. Их строят так же, как изогипсы рельефа земной поверхности.

Если гидравлической связи между поверхностными и грунтовыми водами нет, то гидроизогипсы пересекают поверхностный водоем без искривлений (рис. 3, а), а если грунтовые воды питаются за счет инфильтрации поверхностных вод, то гидроизогипсы изгибаются вниз по течению рек (см. рис. 3, 6), так как зеркало грунтовых вод в этом случае имеет наклон от реки. Если грунтовые воды питают поверхностный водоток, то гидроизогипсы будут изогнуты вверх по течению реки (см. рис. 3, в), так как зеркало грунтовых вод в этом случае наклонено к реке.

Возможна и такая связь между грунтовыми и поверхностными водами, когда на одном склоне долины грунтовые воды питают реку, а на другом река питает грунтовые воды. В этом случае гидроизогипсы на одном берегу будут изогнуты вверх, а на другом — вниз по течению реки (см. рис. 3, г).

При гидрогеологических исследованиях определение характера питания исследуемого водоносного горизонта является весьма важной задачей (особенно при осушении месторождений полезных ископаемых), так как выбор наиболее рациональных способов осушения в значительной степени определяется условиями питания водоносных горизонтов, подлежащих осушению.

Межпластовые подземные воды приурочены к водоносному горизонту, подстилаемому и перекрываемому водоупорными породами. Водонепроницаемые породы, подстилающие водоносный горизонт, называются водоупорным ложем, а перекрывающие его — водоупорной кровлей.

Рис. 4. Схема артезианского бассейна:
1 — водоносный пласт; 2 — водоупорные породы; 3 — уровень воды. А — пределы распространения грунтовых вод; Б — область распространения грунтовых вод; а — область питания напорных вод; б — область напора; в — область разгрузки; Н1 — напорный уровень выше поверхности земли; Н2 — то же, ниже поверхности земли; т — мощность напорного водоносного горизонта; N-N‘ — пьезометрическая поверхность

Рис. 5. Схема залегания подземных вод:
1 — водоупорные породы; 2 — грунтовые воды; 3 — межпластовый безнапорный водоносный горизонт; 4 — артезианский напорный водоносный горизонт. I — колодец, питающийся грунтовой водой; II — колодец, питающийся межпластовой водой, III — артезианская скважина

Рис. 6. Схема выходов источников:
а — симметричное расположение источников в долине реки; б — источник, перекрытый делювием; в — переливающийся источник (и — выход подземных вод на поверхность)

Межпластовые воды могут быть безнапорными и напорными. Первые встречаются сравнительно редко. Надугольный водоносный горизонт на буроугольных месторождениях Днепровского бассейна является типичным примером межпластовых безнапорных подземных вод. Такие воды характерны для месторождений Канско-Ачинского буроугольного, Черемховского и некоторых других бассейнов.

Межпластовые воды бывают напорными, когда все поры и пустоты водоносного пласта заполнены, и вода в водоносном горизонте находится под гидростатическим давлением. Напорные подземные воды, приуроченные к водоносным горизонтам, залегающим обычно на значительной глубине в пределах крупных тектонических структур мульдообразного или моноклинального строения (рис. 4), называются артезианскими.

При вскрытии скважиной водоносного пласта с напорной водой уровень воды в ней поднимается выше водоупорной кровли водоносного горизонта. Линия N-N’, определяющая положение напорного уровня в водоносном пласте, называется пьезометрическим уровнем артезианского пласта. Линии, соединяющие на карте точки с одинаковыми отметками пьезометрического уровня, называются пьезоизогипсами, а сама карта — картой пьезоизогипс. Высота подъема воды выше водоупорной кровли называется напором.

Обычно в толще осадочных пород имеется несколько водоносных пластов с напорными водами.

При характеристике артезианских водоносных горизонтов, помимо глубины залегания водоносного слоя, необходимо также знать напор воды в каждом пункте распространения водоносного горизонта, поэтому для артезианских вод на карте в изолиниях показывают отметки кровли водоносного горизонта. Такая карта называется картой изогипс водоупорной кровли. Для решения практических задач карты поверхности земли в горизонталях, пьезоизогипс и изогипс водоупорной кровли водоносного горизонта совмещают. Пользуясь совмещенной картой, можно легко и быстро определить глубину залегания артезианского горизонта в каждом пункте, величину напора и направление движения артезианских вод, а также установить, будет ли в данном месте скважина фонтанировать или уровень воды остановится на какой-то глубине ниже поверхности земли. Эта глубина может быть определена точно.

Геологические структуры, содержащие один, два или несколько напорных водоносных горизонтов и распространенные на значительной площади, называют артезианскими бассейнами. Такие бассейны выделяют на основании тектонических, стратиграфических и литологических признаков. Площадь артезианских бассейнов колеблется от нескольких десятков до сотен тысяч и миллионов квадратных километров.

На рис. 5 показана общая схема залегания подземных вод.

На участках выклинивания водонепроницаемого слоя между смежными водоносными горизонтами осуществляется их взаимосвязь и за счет перетока воды из горизонта с более высоким пьезометрическим уровнем происходит дополнительное питание смежного.

Источники — это естественные выходы подземных вод на поверхность земли. Они делятся на нисходящие и восходящие.

Нисходящие источники образуются при выходе грунтовых или безнапорных межпластовых вод (рис.  6) на склонах речных долин, балок, оврагов, а также в карьерах. В местах выхода на поверхность грунтовых вод наблюдаются заболоченность или сосредоточенные струи воды, образующие ручейки.

При горизонтальном залегании водоупорного ложа источники образуются по обеим сторонам долины (см. рис. 6, а) на одной и той же высоте, а если водоупорное ложе залегает наклонно, то источники выходят на одной стороне долины. В том случае, когда склоны долины, вскрывающие водоносный горизонт, покрыты наносами, последние маскируют истинный выход грунтовых вод на поверхность и источники появляются в другом месте (см. рис. 6, б).

Помимо постоянно действующих нередко встречаются источники периодически действующие, которые образуются в тех случаях, когда на поверхности водоупорного ложа имеются понижения (см. рис. 6, в). При повышении уровня грунтовых вод они начинают переливаться через край впадины, образуя действующий источник, а при понижении — иссякают.
Дебит нисходящих источников зависит от ряда факторов и изменяется от долей до нескольких десятков кубических метров в секунду.

Восходящие источники образуются в местах выхода на земную поверхность напорных вод. Отличительная особенность их — характер выхода струи воды, которая, поднимаясь под напором снизу, как бы бурлит, бьет ключом. Когда восходящий источник пробивается через песок, на дне водоема образуются небольшие углубления — кратеры, из которых вырываются хорошо различимые струи воды.

Восходящие источники могут возникать под действием гидростатического давления, давления газа (нарзаны) или водяного пара (гейзеры). Вода восходящих источников часто имеет лечебные свойства (нарзан в Кисловодске, радоновые воды в Цхалтубо, источник Дарасун в Забайкалье и др.).

Режимом подземных вод называют изменение во времени их уровня, температуры, химического состава и расхода под влиянием естественных и искусственных факторов. Режим подземных вод определяется геологической обстановкой и климатическими условиями, а также хозяйственной деятельностью человека (осушение, орошение, строительство подпорных гидротехнических сооружений, водоотлив из горных выработок и т. п.).

Динамический режим грунтовых вод существенно отличается от режима артезианских вод. Режим грунтовых вод всецело определяется метеорологическими факторами: атмосферными осадками, температурой воздуха, давлением, испарением. Неравномерность инфильтрации атмосферных осадков является основной причиной изменений режима грунтовых вод, наблюдающихся не только в течение года, но и в многолетний период.

Колебания уровней в трещиноватых и закарстованных породах имеют свою специфику. Максимальной высоты уровни подземных вод достигают весной в период снеготаяния. Значительное повышение уровней наблюдается также во время летних и осенних дождей, в том числе ливневого характера. Амплитуда годовых колебаний уровня может достигать 10 м и более.

Динамический режим артезианских вод в естественных условиях характеризуется большим постоянством, чем режим безнапорных вод. Значительное влияние на режим напорных вод оказывает деятельность человека: из недр земли ежегодно извлекаются огромные массы подземных вод для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения, лечебных целей, ирригации, добычи химического сырья, а также при искусственном водопонижении в связи с проведением строительных, горных и других работ. Во многих крупных городах мира с помощью скважин в течение десятков лет эксплуатируются артезианские воды, в результате чего их уровни значительно снизились. Понижение уровней наблюдается на площади, измеряемой сотнями квадратных километров. На отдельных месторождениях полезных ископаемых глубина обезвоживания достигает 1 км и более. Снижение уровней влечет за собой изменение физических свойств, химического, газового и бактериального состава подземных вод, исчезновение источников, обезвоживание рек и озер, изменение состояния и свойств пород и многие другие процессы.

При создании водохранилищ уровень воды в них значительно превышает уровни, бывшие в реках. Это обусловливает и соответствующие изменения на прилежащих территориях уровней подземных вод, что, в свою очередь, приводит к изменению их количества, условий движения, физических и особенно химических свойств.

Проведение горных работ при добыче полезных ископаемых сопровождается откачками из шахт огромных масс воды. Так, из шахт Донецкого бассейна, которые не отличаются особой водо-обильностью, в 1986 г. откачивалось в среднем 8 м³/с. Естественно, что откачки из горных выработок существенно влияют на режим подземных вод. В том же Донбассе наблюдаются многочисленные случаи «пересыхания» колодцев, находящихся нередко на расстоянии многих километров от границ шахтных полей. Такие явления отмечаются всюду, где ведутся горные работы.

При добыче полезных ископаемых нарушение общих гидрогеологических условий существенно сказывается и на минерализации рудничных (шахтных) вод. Как правило, кислотность и агрессивность рудничных вод на рудниках (медных, колчеданных и др.) с течением времени возрастают, что отрицательно влияет на состояние насосов, труб, рельсов и другого оборудования.

Классификация подземных вод. Подземные воды залегают в земной коре в самых разнообразных геологических условиях. Направление изучения подземных вод зависит от характера их использования, поэтому в основу классификации могут быть положены различные признаки: способ образования, условия залегания, гидравлические свойства, возраст и литологический состав водоносных пород, степень минерализации, состав растворенных солей и газов и др.

По условиям залегания, циркуляции и характеру вмещающих горных пород выделяют следующие типы подземных вод:

1. поровые, залегающие и циркулирующие в порах рыхлых четвертичных отложений, слагающих самую верхнюю часть земной коры;
2. пластовые, залегающие и циркулирующие в порах и трещинах осадочных горных пород, перекрываемых и подстилаемых водоупорными породами; эти воды подразделяются на порово-пластовые и трещинно-пластовые;
3. трещинные, залегающие и циркулирующие в скальных (осадочных, магматических и метаморфических) породах, пронизанных равномерной трещиноватостью;
4. карстовые, циркулирующие в массивах карбонатных, гипсоносных и соленосных раскарстованных пород;
5. трещинно-жильные, циркулирующие в отдельных открытых тектонических трещинах и зонах тектонических нарушений.

От типа подземных вод зависят величина и режим притоков воды в горные выработки, особенно при прорывах.

Может быть интересно

Подземные воды — грунтовые воды

Доклад — подземные воды

Воды, находящиеся в земной коре, называются подземными. Для того чтобы они образовались, необходимы два условия:

а) атмосферные осадки, которые выпадают на сушу в достаточном количестве. Они выпадают в виде дождя и тут же просачиваются через горные породы, а если в виде снега — после его таяния. В пустынях и в областях вечной мерзлоты большое значение имеет конденсация водяных паров в порах или трещинах;

б) способность горных пород, слагающих поверхность суши, пропускать воду. Она объясняется тем, что в горных породах есть поры, пустоты, трещины, которые и пропускают воду. Поры — промежутки между частицами горных пород; чем они крупнее, тем легче проходит вода через породу. Размер пор зависит от размера частиц. Чем крупнее частица, тем больше и поры. Хорошо пропускают воду крупнозернистый песок, гравий, галька, торф. Почти не пропускают воду глина, гранит, если только в нем нет трещин. Все горные породы по их способности пропускать воду можно разделить на несколько групп:

водопроницаемые. Это горные породы, легко пропускающие воду: пески, торф, лесс, галечник;

водонепроницаемые или водоупорные. Эти горные породы практически не пропускают влагу: глина, мергель, гранит;

растворимые. Эта группа горных пород сама легко растворяется под действием воды: известняки, мел, гипс, доломит, соли. В этих горных породах в результате растворения могут образоваться пустоты — пещеры (см. Карст), а в них — крупные озера и реки.

Водопроницаемые и водоупорные слои, залегая в земной коре, располагаются различно: в одних местах они залегают горизонтально, а в других могут изгибаться. При этом они очень часто чередуются друг с другом.

Слой, насыщенный водой, называют водоносным слоем. Если он сверху не прикрыт водонепроницаемым слоем, то вода этого слоя называется грунтовой. Грунтовые воды пополняются водой, которая просачивается со всей поверхности, расположенной над ними, поэтому можно утверждать, что грунтовые воды в целом имеют атмосферное происхождение и их количество и глубина зависят прежде всего от величины атмосферного увлажнения. Когда оно избыточно (в тундре, экваториальных лесах), уровень грунтовых вод находится близко от поверхности, а иногда и сливается с ней. Если испарение превышает осадки, то уровень грунтовых вод понижается и залегает тем глубже, чем больше испарение. Глубина залегания грунтовых вод зависит от рельефа. На холмистой равнине поверхность грунтовых вод повторяет рисунок рельефа, но если равнина сильно расчленена речными долинами или оврагами, то грунтовые воды залегают глубоко. Зависят они также и от уровня рек, озер, от наличия растительности, причем последняя на уровень грунтовых вод влияет противоречиво. С одной стороны, древесная растительность корневой системой высасывает влагу и тем самым уменьшает пополнение грунтовых вод. С другой стороны, лесная растительность способствует снегозадержанию, а талый снег питает грунтовые воды.

Если водоносный слой лежит между двумя водонепроницаемыми слоями, то вода этого слоя называется межпластовой. Эти воды пополняются очень медленно. Область питания вод этого слоя находится там, где этот слой выходит на поверхность.

Грунтовые воды медленно «текут» по порам в ту сторону, где их уровень ниже. В оврагах, речных долинах они образуют источники (родники). Межпластовые воды тоже образуют источники, но чаще их добывают из скважин, пробуренных через водоупорные слои до водоносного.

Межпластовые воды могут быть ненапорными и напорными. Последние также называются артезианскими, как бы в напоминание о названии французской провинции Артуа, где в XII веке впервые в Европе был устроен фонтанирующий колодец. В артезианских водах и сосредоточена основная масса подземных вод материка. Геологические структуры равнин, содержащие эти воды, называются артезианскими бассейнами. Крупные артезианские бассейны располагаются на Русской платформе в Прибалтике, в Подмосковье, на Украине. Многочисленны артезианские бассейны и в Северной Африке, в Австралии, где они занимают 1/3 всей площади материка. В США артезианские бассейны находятся в районе Великих озер.

Обычно пласты артезианских вод залегают в виде чаши и водоносный слой в этих чашах ограничен водоупорными пластами сверху и снизу. Вода в водоносном слое испытывает напор вышележащих слоев. Если пробурить скважину, то вода будет подниматься по скважине и фонтанировать. По химическому составу артезианская вода весьма разнообразна. Верхние пласты в артезианском бассейне имеют пресную воду. Она образуется в результате проникновения атмосферных, поверхностных и грунтовых вод. Ниже залегают слои минерализованных вод, химический состав которых формируется в результате смешения верхних пресных и нижних высокоминерализованных. Минеральный состав меняется по бассейнам, что связано с химическим составом глубинных пластов.

Минеральные воды, имеющие целебные свойства, благодаря содержанию в них полезных микроэлементов пользуются особой известностью. Эти воды обладают биологически активными свойствами и оказывают благотворное влияние на организм человека.

В некоторых районах, где есть вулканы, подземные воды имеют высокую температуру (до 100°С). На поверхность они вытекают довольно спокойно, образуя источники, ручьи. А иногда вырываются фонтанами с густыми клубами пара и при этом могут подниматься на высоту нескольких десятков метров. Такие фонтанирующие источники называются гейзерами (исл. geysir — хлынуть). Каждый гейзер имеет определенную периодичность действия, от минуты до нескольких суток, в зависимости от скорости закипания воды и близости ее к источнику нагревания. Например, гейзер Великан на Камчатке выбрасывает струю воды диаметром 3 метра на высоту 40-50 метров через каждые 5-6 часов. При этом пар поднимается на 300-500 метров. Много гейзеров в Исландии, Новой Зеландии, Северной Америке. Горячие подземные воды широко используются человеком для обогревания помещений, теплиц, оранжерей.

Подземные воды — драгоценная часть мировых запасов пресных вод, их надо разумно расходовать и заботливо охранять от загрязнения.

Что такое Подземные воды? | International Groundwater Resources Assessment Centre

Когда дождая вода выпадает на землю, часть ее стекает вдоль поверхности земли в ручьи, реки или озера, часть ее увлажняет почву. Часть этой воды используется растительностью; часть испаряется и возвращается в атмосферу. Часть воды также просачивается в землю, протекает в зону аэрации и достигает водное зеркало, воображаемую поверхность, ниже которой почва насыщена водой (смотри рисунок ниже).

Последнее и является подземными водами: вся вода, найденная под поверхностью земли в зоне насыщения.  

 Иллюстрация водного зеркала, насыщенной зоны и зоны аэрации

Подземные воды содержатся в так называемых «водоносных горизонтах». Водоносный горизонт (аквифер) представляет собой геологическую формацию или ее часть, состоящую из проницаемого материала, способного хранить/получать значительное количество воды. Водоносные горизонты могут состоять из различных материалов: рыхлых песков и гравия, проницаемых осадочных пород, таких как песчаники или известняки, обломков вулканических или кристаллических пород и.т.д.  

Подземные воды (в природе) пополняются дождевой водой и таянием снега, или водой, которая просачивается через дно некоторых озер и рек. Подземные воды также могут пополняться, когда происходит утечка системы водоснабжения или когда посевы орошаются большим количеством воды, чем требуется. Также существуют методы управления питанием водоносного горизонта и увеличения количества воды, просачивающейся в почву. 

Подземные воды могут быть найдены практически везде. Водное зеркало может залегать глубоко или неглубоко, в зависимости от ряда факторов, таких, как физические особенности региона, метеорологические условия, питание и степень эксплуатации. Сильные дожди могут привести к пополнению и вызвать повышение уровня водного зеркала. С другой стороны, длительная засуха может привести к падению уровня водного зеркала. 

Когда подземные воды достигают водоносный горизонт, они не стоят на месте. Как правило, они продолжают течь, но гораздо медленнее, чем до достижения водоносного горизонта. Скорость движения подземных вод зависит от характеристики водоносного горизонта. А движутся они, как правило, от высоких к низким уровням под действием гравитации, при условии отсутствия антропогенного воздействия, например насосных скважин. Подземные воды будут двигаться, пока они не втекут в другой водоносный горизонт или в другой водоем, например в озеро, реку, океан, или до тех пор, пока их не извлекут из колодца. 

Для того, чтобы иметь возможность хранить и производить подземные воды, водоносный горизонт должен обладать определенными физическими характеристиками. Он должен иметь пустоты (поры или трещины), в котором подземные воды могут храниться, и эти пустоты должны быть соединены между собой, что позволит подземным водам протекать через них. С технической точки зрения, при наличии соединенных между собой пустот, подобная геологическая формация является проницаемой. Когда пустот нет или они не связаны между собой, то такая геологическая формация является непроницаемой. Чем выше пористость и проницаемость водоносного горизонта, тем больше подземных вод хранится и производится в нем.

Проницаемые и непроницаемые геологические формации

Почему подземные воды так важны?

Подземные воды представляют собой около 30% мирового запаса пресной воды. Из других 70%, почти 69% содержатся в ледяном покрове и горных снегах/ледняках и лишь 1 % в реках и озерах. Подземные воды представляют собой в среднем одну треть потребляемой людьми пресной воды, а в некоторых частях мира этот процент может достигать 100%. На рисунке ниже дается краткий обзор распределения воды на Земле. 

Распределение воды на Земле

Подземные воды являются очень важным природным ресурсом и играют значительную роль в экономике. Это основной источник воды для орошения и пищевой промышленности. В целом, подземные воды являются надежным источником воды для сельского хозяйства и могут гибко использоваться: когда сухо и спрос выше, может быть извлечено больше подземных вод, а при выпадании достаточного количества осадков необходимость извлечения подземных вод будет меньше. Во всем мире, на орошение приходится более 70 % всего забора воды (как поверхностных, так и подземных вод). По оценкам, примерно 43 % общего объема воды, используемой для орошения, приходится на подземные воды.

Для окружающей среды подземные воды играют очень важную роль в поддержании уровня воды, они пополняют реки, озера и водно-болотные угодья. Особенно во период сухих месяцев, когда происходит очень мало прямого пополнения от дождевых осадков, они обеспечивают окружающую среду потоком подземных вод через дно этих водоемов и становятся существенными для диких животных и растений, обитающих в этой среде. Подземные воды также играют значимую роль в устойчивой навигации через внутренние воды в сухие сезоны. Выход подземных вод в реки помогает поддеживает  более высокий уровень воды. 

Подземные воды можно найти практически везде и качество их, как правило, очень хорошее. Тот факт, что подземные воды хранятся в слоях под поверхностью, и иногда на очень высокой глубине, помогает защитить их от загрязнения и сохранить их качество. Кроме того, подземные воды являются природным ресурсом, который часто может быть найден вблизи конечных потребителей и поэтому не требует больших вложений с точки зрения инфраструктуры и обработки, что часто бывает необходимым при добыче поверхностных вод. Самое главное в использовании подземных вод, это найти правильный баланс между водозабором и предоставлением водоносному горизонту возможности восстановиться, чтобы избежать чрезмерной эксплуатации и загрязнения этого важнейшего ресурса. 

Источники

• USGS – Вода в мире 
• USGS – Что такое подземные воды – Д. В. Кларк и Д.В. Брайэр. Открытый файл отчет 93-643, переиздан в апреле 2001
• Значимость подземных вод — Д – ЛОНГВУДСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Как образуются подземные воды? — Other

На днях я купил обычную бутылку с минеральной водой. Решив почитать о её происхождении на этикетке, я обнаружил надпись, которая гласила, что эта вода была разлита из подземного источника. Меня весьма заинтересовала тема о подземных водах и их происхождении. Итак…

Как же образуются подземные воды

Начать стоит с того, что такое подземные воды. По своей сути, это те воды, которые находятся в толщах горных пород. При этом они могут пребывать как в жидком, так и твёрдом и газообразном состояниях.

Но говоря о подземных водах, мы подразумеваем их жидкий тип. Распределяются они весьма неравномерно. В наиболее глубоких слоях, которые образуются из особо плотных пород (создающихся благодаря магматическим и метаморфическим процессам), практически нет влаги.

Основная часть воды залегает именно в поверхностных слоях, породы которых отличаются осадочным происхождением.

Но вернусь к теме образования подземных вод. Оно может происходить несколькими путями.

Главным таким способом считается просачивание влаги с поверхности. Такой процесс зовётся «инфильтрацией». Здесь подземные воды обогащаются не только благодаря осадкам, но и всем поверхностным водным резервуарам. При этом количество влаги напрямую зависит от типа грунта.

Вторым способом можно назвать осаждение водяного пара, которое происходит в пустотах горных пород. Это довольно долгий процесс.

Виды подземных вод

Формирование подземных вод можно назвать постоянным и бесконечным процессом. Именно поэтому такие воды принято считать неисчерпаемым ресурсом.

Но отдельного упоминания заслуживают виды подземных вод. Выделяют три основных:

• верховодка. Она ближе всех лежит к грунтовой поверхности. Этот вид воды непостоянен, при засухе может запросто испариться;
• грунтовые. Отличаются стабильностью своего пополнения, это «основной тип» подземных вод. На объём которых влияет множество факторов;
• и артезианские. Они же «напорные». Находятся под давлением и нередко занимают большие площади.

Стоит отметить, что именно артезианские воды причисляют к полезным ископаемым. Все мы должны помнить о важности их сохранения.

§ 50. Подземные воды

§ 50. Подземные воды

Вы узнаете

•Как образуются подземные воды и какими они бывают.

•Что такое карст и карстовый рельеф.

Вспомните

•Что происходит с водой, выпавшей на землю с дождём?

•Через какие горные породы вода просачивается быстрее — пески или глины?

•Что такое родники (ключи)?

•Почему в роднике вода холодная даже летом?

Обратитесь к электронному приложению

Как образуются подземные воды. Вода в земной коре находится в трёх состояниях: жидком, газообразном и твёрдом. Вода и водяной пар заполняют промежутки между частицами горных пород. Вода в твёрдом состоянии — это кристаллики и прослойки льда в промёрзших породах.

Подземные воды — это воды, находящиеся в горных породах земной коры.

Подземных вод намного больше, чем поверхностных вод суши — рек, озёр, болот. Они возникают за счёт просачивания в глубь земли атмосферных осадков. Важнейшее условие образования подземных вод — способность горных пород пропускать воду. Различают водопроницаемые и водонепроницаемые (водоупорные) породы (рис. 168).

Рис. 168. Водопроницаемость горных пород

Горные породы, которые пропускают воду, называются водопроницаемыми. Это рыхлые пористые (песок, галька, гравий) или твёрдые, но трещиноватые породы (известняк, песчаник, сланец). Чем крупнее частицы и поры, тем лучше водопроницаемость. Горные породы, не пропускающие воду, — водонепроницаемые, или водоупорные. Это глины или любые нерастрескавшиеся твёрдые породы.

Вода с поверхности просачивается через водопроницаемые породы до тех пор, пока не встречает на своём пути водоупорные слои. Здесь она задерживается, постепенно заполняя поры или трещины водопроницаемых пород. Пласты, насыщенные водой, образуют водоносные слои (рис. 169). Вода в них течёт вниз по наклонённой поверхности водоупорного слоя.

Какими бывают подземные воды. Из-за чередования пород с разной водопроницаемостью в земной коре на разной глубине может быть несколько водоносных слоёв. Рыхлые и пористые породы сменяются водоупорными, затем снова водопроницаемыми и вновь водоупорными. В зависимости от положения водоносных слоёв различают грунтовые и межпластовые подземные воды (см. рис. 169).

Рис. 169. Подземные воды

Воды верхнего водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое, называются грунтовыми.

Межпластовые воды располагаются между двумя водоупорными слоями. Сюда вода с поверхности попадает только через те места, где водоносные слои выходят на поверхность.

Глубина и толщина слоя грунтовых вод зависят от геологического строения территории, рельефа и климата. На равнинах с холодным и влажным климатом грунтовые воды могут подходить к самой поверхности, способствуя образованию болот. Если климат жаркий и сухой, грунтовые воды располагаются на большой глубине. Глубина слоя грунтовых вод может меняться по сезонам года. В России весной грунтовые воды располагаются ближе к поверхности, а летом — дальше от неё.

В пористых породах недр пустыни Сахары имеются огромные запасы подземных пресных вод. Их так много, что они могут обеспечить потребности всех стран, расположенных на территории пустыни. Однако эти воды залегают на глубине 150—200 м от поверхности.

Грунтовые воды часто выходят на поверхность, образуя источники (родники, ключи) в понижениях рельефа: речных долинах, оврагах. Межпластовые воды добывают с помощью специально пробуренных скважин. Иногда вода бьёт через скважину фонтаном. Такие воды называют артезианскими (рис. 170).

Рис. 170. Артезианские воды

Артезианские воды образуются в вогнутых слоях горных пород. Вода оказывается здесь под большим давлением, поэтому она фонтанирует при вскрытии скважины.

Не все подземные воды пресные. Некоторые из них содержат много растворённых веществ и газов. Такие воды называют минеральными. На больших глубинах в толще земной коры возрастает температура. Поэтому здесь подземные воды становятся тёплыми и даже горячими.

Если толщи земной коры сложены легкорастворимыми породами (известняками, гипсом, солями), то подземные воды вымывают в них многочисленные пустоты, полости, пещеры (рис. 171). Такое явление природы, а также формы рельефа на поверхности и в толщах горных пород называются карстом.

Рис. 171. Формы карста

Вода не просто создаёт карстовые пещеры. Она украшает их живописными каменными «скульптурами». Из капель, просачивающихся с потолка пещер, как сосульки, нарастают вниз сталактиты. Из капель, падающих на пол пещеры, снизу постепенно растут столбики — сталагмиты. Эти формы иногда срастаются друг с другом в единые колонны.

Вопросы и задания

1.Откуда вода попадает в толщу земной коры?

2.Назовите виды подземных вод.

3.Что такое артезианские воды? Как они образуются?

4.Что такое источники? Где они возникают?

5.Чем минеральные подземные воды отличаются от пресных вод? В чём их ценность?

6.Где образуются карстовые пещеры?

7.По рисунку 171 расскажите о подземных и поверхностных формах карста.

грунтовые и межпластовые (напорные (артезианские) и безнапорные)

Подземные воды и условия их образования

 

Подземные воды – воды, находящиеся в земной коре, в толще горных пород в жидком, твердом и газообразном состоянии.

Для образования подземных вод необходимы атмосферные осадки и способность горных пород пропускать воду. Вода, выпавшая в виде атмосферных осадков, просачивается через поры и трещины горных пород, пополняя, тем самым, подземные воды (см. Рис. 1).

 

Рис. 1. Подземные воды и осадки

 

Хорошо пропускают воду пески, гравий, щебень. Не пропускают воду гранит, глина. Горные породы, пропускающие воду, называются водопроницаемыми, не пропускающие ее – водоупорными.

Воды сами могут проделывать щели, пустоты в легкорастворимых горных породах (гипс, соли). Благодаря этому могут образовываться пещеры, подземные озера (см. Рис. 2).

 

Рис. 2. Карстовая пещера

Грунтовые и межпластовые воды

 

Грунтовые воды – воды, находящиеся в водоносном слое и не прикрытые водоупорными породами(см. Рис. 3, 4).Грунтовые воды пополняются выпавшими осадками. В течение года уровень грунтовых вод меняется.

 

Рис. 3. Схема грунтовых вод

 

Рис. 4. Схема различных подземных вод

Воды, находящиеся между водоупорными слоями, называются межпластовые.

Иногда подземные воды могут выходить на дневную поверхность в виде источников (родников).

 

Рис. 5. Родник 

 

Во многих подземных водах могут быть растворены различные соли, вещества и газы, тогда такие воды называют минеральные.

 

Значение и охрана подземных вод

 

Значение подземных вод

1.      Один из главных источников питьевой воды.

2.      Используются в хозяйственной деятельности человека.

3.      Пополняют другие водные источники.

4.      Используются при лечении (минеральные воды).

5.      Зачастую чище поверхностных вод.

Не стоит забывать, что так же, как и поверхностные воды, подземные воды нуждаются в охране и разумном использовании, кроме того, их нужно беречь от загрязнений.

 

Список литературы

Основная

1.      Начальный курс географии: Учеб. для 6 кл. общеобразоват. учреждений / Т.П. Герасимова, Н.П. Неклюкова. – 10-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010. – 176 с.

2.      География. 6 кл.: атлас. – 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа; ДИК, 2011. – 32 с.

3.      География. 6 кл.: атлас. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, ДИК, 2013. – 32 с.

4.      География. 6 кл.: конт. карты. – М.: ДИК, Дрофа, 2012. – 16 с.

Энциклопедии, словари, справочники и статистические сборники

1.      География. Современная иллюстрированная энциклопедия / А.П. Горкин. – М.: Росмэн-Пресс, 2006. – 624 с.

Материалы в сети Интернет

1. Федеральный институт педагогических измерений (Источник).

2. Русское Географическое Общество (Источник).

3. Geografia.ru (Источник).

4. Википедия (Источник).

Образование подземных вод | Encyclopedia.com

Подземные воды — это пресная вода в скальных породах и слоях почвы под земной поверхностью. Часть осадков (дождь, снег, мокрый снег и град), выпадающих на землю, проникает в поверхность и становится грунтовыми водами. Водоносные слои горных пород, называемые водоносными горизонтами, насыщены (пропитаны) грунтовыми водами, которые движутся, часто очень медленно, через небольшие отверстия и пространства. Эти грунтовые воды затем возвращаются в озера, ручьи и болота (влажные низменные земли с травянистыми растениями) на поверхности земли через родники и выходы (небольшие родники или бассейны, где грунтовые воды медленно просачиваются на поверхность).

Подземные воды составляют более одной пятой (22%) всех запасов пресной воды Земли, и они играют ряд важнейших гидрологических (связанных с водой), геологических и биологических ролей на континентах. Слои почвы и горных пород в зонах пополнения запасов грунтовых вод (точка входа воды в водоносный горизонт) уменьшают наводнения, поглощая избыточный сток после проливных дождей и весеннего таяния снегов. Водоносные горизонты накапливают воду в засушливые сезоны и сухую погоду, а поток подземных вод переносит воду под засушливые (сухие) пустыни и полузасушливые луга.Сброс подземных вод пополняет ручьи, озера и заболоченные земли на поверхности земли и особенно важен в засушливых регионах, где выпадает ограниченное количество осадков. Текущие подземные воды взаимодействуют с горными породами и минералами в водоносных горизонтах и ​​переносят растворенные химические вещества, способствующие образованию горных пород, и биологические питательные вещества. Яркие сообщества растений и животных (экосистемы) живут в источниках и выходах грунтовых вод и вокруг них.

Почти вся пресная жидкая вода, доступная для использования человеком, поступает из-под земли.(Большая часть пресной воды Земли заморожена во льду в регионах Северного и Южного полюсов. Вода в ручьях, реках, озерах, водно-болотных угодьях, в атмосфере и в живых организмах составляет лишь крошечную часть пресной воды Земли.) Для тысяч В течение многих лет люди использовали грунтовые воды из источников и неглубоких колодцев для наполнения резервуаров с питьевой водой, а также для полива скота и сельскохозяйственных культур. Сегодня человеческие потребности в воде намного превышают запасы поверхностной воды во многих регионах, и быстрорастущее человеческое население Земли в значительной степени полагается на грунтовые воды, чтобы удовлетворить свой постоянно растущий спрос на чистую пресную воду.

Водоносные горизонты: пресная вода под землей

Водоносный горизонт — это скальный массив или грунт, который дает воду для использования человеком. Большинство водоносных горизонтов представляют собой водонасыщенные слои горных пород или рыхлых отложений. За исключением нескольких водоносных горизонтов, в которых есть пещеры, заполненные водой, водоносные горизонты — это не подземные озера или резервуары для хранения, а скорее каменные «губки», которые удерживают грунтовые воды в крошечных трещинах, полостях и порах (крошечные отверстия, в которых жидкость может проход) между зернами минералов (породы состоят из минералов).Общий объем пустого порового пространства в Материал породы, называемый пористостью, определяет количество грунтовых вод, которое может удерживать водоносный горизонт. Такие материалы, как песок и гравий, обладают высокой пористостью, что означает, что они могут поглощать большое количество воды. Такие породы, как гранит, мрамор и известняк, имеют низкую пористость и являются плохими резервуарами грунтовых вод.

Карст и водоносный горизонт Эдвардса

Водоносный горизонт Эдвардса — это резервуар подземных вод, сделанный из известняковой породы, который сегодня обеспечивает водой почти 2 миллиона человек в 10 округах центрального Техаса.Прозрачная, прохладная, чистая вода течет из естественных источников и неглубоких колодцев вдоль зоны разлома Балконс (трещина в земной коре, по которой скалы с одной стороны перемещались относительно пород с другой стороны), которая протекает через города Сан. Антонио, Остин и Уэйко. Разнообразные сообщества растений и животных, включая людей, процветали в зоне разгрузки водоносного горизонта Эдвардс в течение десятков тысяч лет. Племена коренных американцев, в том числе команчи, апачи и тонкава, жили у родниковых бассейнов Эдвардсов, пили прохладную воду и охотились на дичь более 12000 лет до прибытия испанских исследователей и европейских поселенцев.

Слои горных пород, составляющие водоносный горизонт Эдвардса, заполнены сотами из пещер, полостей и каналов, образовавшихся в результате химической реакции между водой и известняком. Дождевая вода растворяет известняк. Каждая слегка кислая дождевая капля, попадающая в зону подпитки водоносного горизонта Эдвардс, растворяет немного известняка. За геологическое время известняк растворился и образовал «водопровод» водоносного горизонта Эдвардса. Ландшафт и геологические особенности, созданные растворением известняка — воронки, исчезающие и вновь появляющиеся ручьи, пещеры и пещеры — называются карстом.

Сегодня миллионы людей делят подземные воды из водоносного горизонта Эдвардс с местными биологическими пользователями. Чрезмерное использование и загрязнение угрожают количеству и качеству грунтовых вод, вытекающих из Эдвардса. Хотя карстовые водоносные горизонты, такие как Эдвардс, относительно быстро текут, средняя молекула воды все еще проводит около 200 лет, путешествуя через водоносный горизонт. (Часть воды, вытекающей из Бартон-Спрингс в центре Остина, вероятно, попала в водоносный горизонт примерно во время американской революции!) Деятельность человека, препятствующая попаданию воды в водоносный горизонт, например, укладка тротуара в зоне подпитки или удаление воды быстрее, чем она Попадание внутрь, как и перекачка большого количества воды для сельскохозяйственных культур, может снизить уровень воды в водоносном горизонте и вызвать пересыхание источников и колодцев.Когда загрязняющие вещества, такие как сельскохозяйственные стоки или промышленные химикаты, попадают в систему грунтовых вод, они появляются почти нефильтрованными в источниках и колодцах в зоне сброса. Изменения качества и количества грунтовых вод в сбросных бассейнах угрожают ряду видов саламандр, рыб и насекомых. Экологи, застройщики и правительственные чиновники в центральном Техасе работают над поиском решений, которые защищают Эдвардс, его экосистемы и обильную высококачественную воду, которую он снабжает быстро растущим населением центрального Техаса.

Водоносные горизонты должны иметь высокую проницаемость в дополнение к высокой пористости. Проницаемость — это способность породы или другого материала чтобы вода могла проходить через него. Поровое пространство в проницаемых материалах взаимосвязано по всей породе или отложениям, что позволяет грунтовым водам свободно перемещаться через них. Некоторые высокопористые материалы, такие как грязь и глина, имеют очень низкую проницаемость. Они впитывают и удерживают воду, но не выпускают ее легко в колодцы или другие точки сброса грунтовых вод, поэтому они не являются хорошими материалами для водоносных горизонтов.Песчаник, известняк, трещиноватый гранит, ледниковые отложения, рыхлый песок и гравий — примеры материалов, из которых состоят хорошие водоносные горизонты.

Вода входит в водоносные горизонты, просачиваясь на поверхность земли в точках входа, называемых зонами подпитки, и уходит в точках выхода, называемых зонами разгрузки. (Некоторые водоносные горизонты впадают в океан.) Притекающие или «водоотдающие» ручьи, пруды или озера представляют собой водоемы поверхностных вод в зонах подпитки, которые пополняют подземные воды за счет их водоснабжения. Подземные воды стекают в сточные или «водозаборные» ручьи и пруды в зонах разгрузки.

Чтобы уровень воды в водоносном горизонте оставался постоянным, количество воды, поступающей в зоны подпитки, должно равняться количеству, уходящему в зоны разгрузки. (Представьте ведро с отверстиями под капающим краном. Если вода капает с той же скоростью, что и капает, уровень воды остается прежним.) Если вода выходит или откачивается из водоносного горизонта быстрее, чем восстанавливается, грунтовые воды уровень (уровень грунтовых вод) упадет. Время, которое средняя молекула воды проводит в водоносном горизонте, называется временем ее пребывания.Вода в некоторых быстро текущих водоносных горизонтах находится под землей всего несколько дней, в то время как другие слои горных пород могут удерживать воду в течение десяти тысяч лет. Среднее время существования водоносных горизонтов составляет около двухсот лет.

Уровень грунтовых вод и неограниченные водоносные горизонты Вода входит в водоносные горизонты, медленно перемещаясь вниз через слой поверхностных пород и почвы, поровые пространства которых частично заполнены воздухом (зона инфильтрации). Вода продолжает движение вниз, пока не достигнет уровня, на котором все поровые пространства полностью заполнены водой (зона насыщения).Вершина зоны насыщения называется уровнем грунтовых вод. В некоторых влажных низменных регионах, например на юге Флориды, вода может быть всего на несколько футов (метров) ниже поверхности. В других странах, например на юго-западе Америки, водонасыщенные породы могут находиться на сотни футов ниже поверхности суши.

Резервуары подземных вод, которые имеют однородные свойства породы или почвы (пористость и проницаемость), называются неограниченными водоносными горизонтами. Уровень грунтовых вод образует верхнюю поверхность неограниченного водоносного горизонта.Форма уровня грунтовых вод в неограниченном водоносном горизонте отражает форму поверхности суши, но ее склоны пологие. В умеренном (умеренном) климате с умеренным количеством осадков, пополняющих грунтовые воды, вода проникает в неограниченные водоносные горизонты в зонах подпитки на вершинах холмов и сбрасывается в сточные потоки и пруды в низинах, где уровень грунтовых вод пересекает поверхность земли. Вода поднимется только до уровня грунтовых вод в колодце, поэтому для извлечения воды из неограниченного водоносного горизонта требуется насос или ведро.

Замкнутые водоносные горизонты и артезианские потоки Замкнутые водоносные горизонты — это резервуары подземных вод под давлением, которые лежат под слоями непроницаемой породы (гранит, сланец) или отложений (глина). Подземные воды попадают в замкнутый водоносный горизонт в зонах питания за пределами верхних кромок ограничивающего слоя и выходят за пределы нижних кромок. Подземные воды, находящиеся под непроницаемым барьером, не могут подняться до уровня грунтовых вод, поэтому давление в замкнутых водоносных горизонтах возрастает. Артезианские скважины — это скважины, пробуренные в замкнутых водоносных горизонтах, где давление достаточно велико, чтобы вода текла на поверхность.

Лори Дункан, доктор философии, и Марси Дэвис, магистр наук

Для получения дополнительной информации

Книги

Пипкин, Бернард, В. и Д. Д. Трент. Геология и окружающая среда: ресурсы пресной воды (глава 8). Пасифик Гроув, Калифорния: Брукс / Коул, 2001.

Press, Фрэнк и Раймонд Сивер. Понимание Земли: гидрологический цикл и подземные воды (глава 12). Нью-Йорк: W. H. Freeman and Company, 2003.

Веб-сайты

«Водоносный горизонт.» The Edwards Aquifer Authority. http://www.edwardsaquifer.org/ (доступ 16 августа 2004 г.).

» Earth’s Water. USGS Water Science for Schools. http: //ga.water. usgs.gov/edu/mearth.html (по состоянию на 16 августа 2004 г.).

«Подземные воды». Environment Canada. http://www.ec.gc.ca/water/en/nature/grdwtr/e_gdwtr .htm (по состоянию на 16 августа 2004 г.)

«Фонд подземных вод». Фонд подземных вод. http: //www.groundwater.org (по состоянию на 16 августа 2004 г.).

Как возникают грунтовые воды

Как возникают грунтовые воды Трудно представить себе воду под землей. Некоторые считают, что грунтовые воды собираются в подземных озерах или стекают в подземные реки. Фактически, грунтовые воды — это просто подземные воды, которые полностью пропитывают поры или трещины в почвах и породах. Подземные воды пополняются за счет атмосферных осадков и, в зависимости от местного климата и геологии, неравномерно распределяются как по количеству, так и по качеству.Когда идет дождь или тает снег, часть воды испаряется, часть выделяется растениями, часть течет по суше и собирается в ручьях, а часть проникает в поры или трещины почвы и скал. Первая вода, попадающая в почву, заменяет воду, испарившуюся или использованную растениями в предшествующий засушливый период. Между поверхностью суши и водоносным горизонтом находится зона, которую гидрологи называют зоной ненасыщенности. В этой ненасыщенной зоне обычно есть, по крайней мере, немного воды, в основном в более мелких отверстиях почвы и скалы; большие отверстия обычно содержат воздух вместо воды.После сильного дождя зона может быть почти насыщенной; после долгой засухи он может стать почти сухим. Некоторое количество воды удерживается в ненасыщенной зоне за счет молекулярного притяжения, и она не будет течь к колодцу или проникать в него. Подобные силы удерживают достаточно воды во влажном полотенце, чтобы оно стало влажным после того, как с него перестанут капать. Как грунтовые воды встречаются в горных породах. После того, как потребности растений и почвы в воде будут удовлетворены, избыток воды будет просачиваться в уровень грунтовых вод — верхнюю часть зоны, ниже которой отверстия в горных породах насыщены.Ниже уровня грунтовых вод все отверстия в скалах заполнены водой, которая движется через водоносный горизонт к ручьям, источникам или колодцам, из которых забирается вода. Естественное заполнение водоносных горизонтов на глубине — медленный процесс, потому что грунтовые воды медленно перемещаются через ненасыщенную зону и водоносный горизонт. Скорость перезарядки также является важным фактором. Было подсчитано, например, что если водоносный горизонт, лежащий под высокогорными равнинами Техаса и Нью-Мексико — область с небольшими осадками — будет опустошен, то потребуются столетия, чтобы заполнить водоносный горизонт при нынешней небольшой скорости восполнения.Напротив, неглубокий водоносный горизонт в районе значительного количества осадков может быть восполнен почти сразу. Водоносные горизонты можно пополнять искусственно. Например, большие объемы грунтовых вод, используемых для кондиционирования воздуха, возвращаются в водоносные горизонты через питающие скважины на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк. Водоносные горизонты можно искусственно подпитывать двумя основными способами: одним из способов является распространение воды по земле в ямах, бороздах или канавах или возведение небольших плотин в руслах ручьев, чтобы задерживать и отклонять поверхностный сток, тем самым позволяя ему проникать в водоносный горизонт ; другой способ — построить питательные колодцы и закачать воду непосредственно в водоносный горизонт, как показано на странице 10.Последний метод является более дорогостоящим, но может быть оправдан там, где метод разбрасывания невозможен. Хотя некоторые проекты искусственного пополнения запасов были успешными, другие не принесли результатов; предстоит еще многое узнать о различных средах грунтовых вод и их восприимчивости к методам искусственного пополнения запасов. Проще говоря, колодец можно рассматривать как не что иное, как очень большую пору в породе. Колодец, вырытый или пробуренный в насыщенных породах, заполнится водой примерно до уровня грунтовых вод.Если вода откачивается из колодца, сила тяжести заставляет воду перемещаться из насыщенных пород в колодец, чтобы заменить откачиваемую воду. Это приводит к вопросу: будет ли вода поступать достаточно быстро при перекачке, чтобы обеспечить непрерывную подачу воды? Некоторые породы, такие как глина или твердый гранит, могут иметь только несколько микротрещин, через которые может проходить вода. Очевидно, что такие породы пропускают лишь небольшое количество воды и являются плохим водоносным горизонтом. Для сравнения, такие породы, как трещиноватые песчаники и пещеристый известняк, имеют большие соединенные отверстия, которые позволяют воде двигаться более свободно; такие породы пропускают большее количество воды и являются хорошими водоносными горизонтами.Количество воды, которое водоносный горизонт будет давать в скважину, может варьироваться от нескольких сотен галлонов в день до нескольких миллионов галлонов в день. Следующая страница Грунтовые воды Дома Грунтовые воды Как возникают грунтовые воды Качество грунтовых вод Оценка национального глоссария ресурсов подземных вод

Происхождение и количество подземных вод на Земле

Происхождение

Большая часть подземных вод образуется в виде метеорных вод в результате атмосферных осадков в виде дождя или снега.Если она не теряется в результате испарения, транспирации или сточных вод, вода из этих источников может просачиваться в землю. Первоначальные количества воды от осадков на сухой почве удерживаются очень плотно в виде пленки на поверхности и в микропорах частиц почвы в ленте почвенной смеси. На промежуточных уровнях пленки воды покрывают твердые частицы, но воздух все еще присутствует в пустотах почвы. Эта область называется ненасыщенной зоной или зоной аэрации, а присутствующая вода — это водянистая вода.На более низких глубинах и при наличии достаточного количества воды все пустоты заполняются для создания зоны насыщения, верхним уровнем которой является уровень грунтовых вод. Вода, находящаяся в зоне насыщения, называется подземной водой [3].

Пористость и структура грунта определяют тип водоносного горизонта и подземную циркуляцию. подземные воды могут циркулировать и накапливаться во всем геологическом слое: это имеет место в пористых почвах, таких как песок, песчаник и аллювий. Он может циркулировать и накапливаться в трещинах или разломах в плотных породах, которые сами по себе не проницаемы, как большинство вулканических и метаморфических пород.Вода просачивается сквозь скалы и циркулирует из-за локализованных и рассредоточенных трещин. Для известняка типичны плотные породы крупных трещин или каверн.

Количество на Земле

На Земле примерно 3% всей воды составляет пресная вода. Из них подземные воды составляют 95%, поверхностные воды 3,5% и влажность почвы 1,5%. Из всей пресной воды на Земле только 0,36% доступно для использования ( Leopold, 1974, ).
Подземные воды — важный источник водоснабжения.53% населения США получает воду из подземных источников. Подземные воды также являются основным источником промышленного и сельскохозяйственного использования.

Мы забираем воду из подземных водоносных горизонтов быстрее, чтобы ее можно было пополнить. Хотя водоносные горизонты мира огромны, они не бездонны, и во многих районах уровень воды быстро опускается. Вода в некоторых водоносных горизонтах насчитывает тысячелетия и находится ниже того, что сейчас является одним из самых засушливых регионов на Земле. Хотя люди топили воду из источников и колодцев еще с самых ранних цивилизаций, за последние 50 лет растущее население нуждалось в большем количестве пищи и воды, и темпы изъятия резко возросли.
В некоторых прибрежных районах из водоносных горизонтов было забрано столько пресной воды, что соленая вода начала вторгаться, делая воду из колодца солоноватой и непригодной для использования. Для получения дополнительной информации посетите нашу веб-страницу вторжений морской воды.
В некоторых районах опорожнение водоносных горизонтов привело к серьезному опусканию или значительному снижению уровня грунтовых вод . Некоторые поразительные случаи перечислены здесь [13]:

США:
Сан-Иоахим-Вэлли, Калифорния — 10 метров
Феникс, Аризона — более 1 метра
Хьюстон — Галвестон, Техас — 1 метр
Милуоки — уровень грунтовых вод упал 114 метров к 1976 году
Чикаго, штат Иллинойс — уровень грунтовых вод упал на 274 метра к 1979 году.С тех пор частично восстановлено из-за снижения добычи.
Водоносный горизонт Огаллала — некоторые скважины закончились в Оклахоме, Канзасе и Техасе, где уровень грунтовых вод упал на 30 метров

Мексика:
Мехико — центр города опустился на 7,5 метров с 1950 г.
Сьюдад-Хуарес / Эль-Пасо (граница США) — ожидается, что водоносный горизонт, поддерживающий 1,5 миллиона человек, будет истощен в течение 30 лет

Ливия:
Ливия добывает 1 миллиард кубометров воды в год из ниже Сахары и по трубопроводу к ее фермам и городам на севере

Ливан:
разработка водоносного горизонта под Триполи приводит к ежегодному дефициту в 3 раза.8 миллионов кубических метров

Йемен:
уровень грунтовых вод падает примерно на 2 метра в год. Колодцы были вырыты безуспешно на глубину 2 км

Белуджистан, Пакистан:
Уровень грунтовых вод падает на 3,5 метра в год

Пенджаб, Индия и Пакистан:
Уровень грунтовых вод падает на 1 метр в год

Равнина Северного Китая:
уровень грунтовых вод падает на 3 метра в год

Подземные воды также подвержены влиянию гидротехники: на протяжении десятилетий и столетий из-за неправильного сброса отходов в окружающую среду и подземные области многие подземные воды становились загрязненными.Усилия по защите качества и количества грунтовых вод были предприняты в сотрудничестве между всеми правительственными учреждениями, промышленными предприятиями и исследователями. [4]

Здесь вы найдете карту распределения подземных вод на Земле [11].

Щелкните здесь, чтобы ознакомиться с определениями грунтовых вод, узнать больше о их свойствах, источниках в Европе или проблеме их загрязнения.
Для получения дополнительной информации о глобальном распределении воды на земле ознакомьтесь с нашим Часто задаваемые вопросы о количестве воды .

Подземные воды: определение и сохранение — видео и стенограмма урока

Основные сведения о подземных водах

Подземные воды образуются, когда вода с поверхности просачивается в землю. Этот процесс называется перезарядка . Вода может перемещаться под землей через скалу и почву благодаря соединенным поровым пространствам . Эти поровые пространства могут быть крошечными пространствами внутри частиц в скале или почве, трещинами в коренных породах или растворенными полостями в известняке, такими как пещеры.

Распространенное заблуждение относительно подземных вод состоит в том, что они существуют в виде большого резервуара или озера под землей. Вместо этого грунтовые воды заполняют небольшие промежутки, оставшиеся внутри породы и почвы, составляющие подповерхностный слой, подобно тому, как вода заполняет промежутки в губке.

Во время подпитки вода втягивается в землю под действием силы тяжести через две зоны. Верхняя зона, называемая зоной аэрации , — это место, где смесь воды и воздуха заполняет поровые пространства. Ниже зоны аэрации находится зона насыщения , где поровые пространства полностью заполнены водой.Верхняя граница зоны насыщения известна как уровень грунтовых вод .

Область, насыщенная водой, называется водоносным горизонтом . Безграничный водоносный горизонт — это место, где водоносный горизонт соединен с поверхностью через поровые пространства. Ограниченный водоносный горизонт — водоносный горизонт, ограниченный двумя непроницаемыми породами. Доступ к закрытым водоносным горизонтам возможен только через колодец или там, где водоносный горизонт встречается с поверхностью.

Подземные воды движутся через землю очень медленно.В то время как реки могут течь со скоростью несколько километров в час, грунтовые воды могут двигаться медленнее, чем метр в год. Это означает, что для пополнения подземных водоносных горизонтов может потребоваться несколько тысяч лет.

Движение грунтовых вод и разгрузка

В то время как вода на поверхности земли движется под действием силы тяжести, грунтовые воды перемещаются из областей высокого давления, где уровень грунтовых вод высок, в области низкого давления, где уровень грунтовых вод низкий. Течение часто следует за уклоном уровня грунтовых вод, который обычно имитирует топографию вышележащей земли.Вода естественным образом сбрасывается из системы грунтовых вод в местах, где уровень грунтовых вод пересекает поверхность земли в озерах, реках и болотах.

Подземные воды можно также искусственно забирать из скважин. В колодцах выкапываются ямы в зону насыщения, и вода заполняет колодец до уровня грунтовых вод. Если вода откачивается из скважины, образуется конус депрессии , когда вода вытягивается из водоносного горизонта и уровень грунтовых вод падает.

Опасности для подземных вод

Подземные воды могут подвергаться негативным изменениям в результате деятельности человека из-за загрязнения и чрезмерной откачки грунтовых вод.Во время подпитки вода может собирать загрязнители, которые находятся на поверхности или в почве. Вода будет переносить эти загрязнители в водоносные горизонты, вызывая загрязнение всего водоносного горизонта. Поскольку для подпитки могут потребоваться тысячи лет, водоносные горизонты будут продолжать загрязняться в течение чрезвычайно долгих периодов времени. Закрытые водоносные горизонты особенно подвержены риску загрязнения загрязняющими веществами из-за их замкнутого характера.

Другой проблемой сохранения подземных вод является искусственный отбор грунтовых вод больше, чем восполняется.Этот процесс называется овердрафтом . Хотя перерасход в короткие сроки не опасен, если он будет продолжаться в течение длительного периода времени, грунтовые воды серьезно истощатся. Чрезмерный овердрафтинг может даже привести к оседанию поверхности , когда поверхность земли начинает опускаться из-за уплотнения после отвода грунтовых вод.

Резюме урока

Примерно 20% всей воды, используемой в США, составляет подземных вод . Некоторые общины в U.S. полностью зависят от грунтовых вод для их домашнего водоснабжения и сельскохозяйственных нужд. Подземные воды образуются, когда вода с поверхности просачивается в землю в подземные водоносные горизонты . Подземные воды питают ручьи, озера и реки. Угрозы для нашей земли и наших грунтовых вод включают оседание , , овердрафтинг и загрязнение , .

Как общество, мы очень заботимся о том, чтобы наши грунтовые воды оставались чистыми и чтобы мы не использовали их больше, чем в настоящее время пополняется.Таким образом, мы должны найти более эффективные способы экономии воды и предотвращения попадания загрязняющих веществ в наши водоносные горизонты.

Подземные воды

Загрязнение подземных вод может происходить из точечного источника, где шлейф загрязнения исходит из одной точки. Концентрация загрязняющего вещества наиболее высока у источника и уменьшается по мере удаления от источника.Или из широко распространенного источника, где загрязнение заносится на обширную территорию и распространяется по грунтовым водам на обширной территории. Загрязняющие вещества из неточечных источников трудно выявить и устранить.

Шлейфы загрязнителей подземных вод меняются с течением времени. Они увеличиваются в длину с потоком грунтовых вод. Они увеличиваются в ширину за счет диффузии и рассеивания.
Большие шлейфы загрязняют большие территории и затрагивают многих людей.

Устранение проблем загрязнения подземных вод

Чтобы начать восстановление, сначала проводится определение характеристик загрязнителя.Установлены мониторинговые скважины для оценки поведения потока. Это позволяет проводить химические испытания для количественной оценки количества и характера загрязняющих веществ. Затем разрабатываются стратегии по снижению рисков для здоровья.

Восстановление обычно довольно дорогое. Большинство стратегий включают удаление источника загрязнения, затем откачку грунтовых вод и их очистку. Иногда нагнетается тепло для улетучивания грунтовых вод или закачивается пар для очистки защитных кожухов. Недавно разработанные методы используют бактерии для очистки грунтовых вод в процессе, который называется биоремедиация .

Предотвращение загрязнения подземных вод

Загрязнение лучше всего предотвратить путем управления землепользованием. Свалки теперь требуют футеровки дна свалки непроницаемой глиной и пластиковыми прокладками. Подземные резервуары для хранения требуют двойной футеровки для предотвращения утечки.
Тем не менее, лучшая практика — требовать, чтобы загрязняющие вещества не попадали в систему грунтовых вод.

Как колодцы получают воду из подземных рек?

Категория: Науки о Земле Опубликовано: 16 июля 2013 г.

Большинство колодцев получают воду не из подземных рек, а из водоносных горизонтов.Водоносные горизонты — это слои горных пород и почвы, через небольшие поры которых течет вода. По большей части под земной поверхностью нет гигантских пещер с бурными потоками воды, быстро текущими через них. Вместо этого грунтовые воды медленно и мягко капают через небольшие промежутки внутри скал, между камнями и между сыпучими материалами, такими как песок и гравий. Фактически, воде в водоносных горизонтах могут потребоваться годы или столетия, чтобы вернуться на поверхность, как показано на рисунке. Типичный расход воды в водоносных горизонтах составляет десять футов в год.По этой причине, если в регионе не будет дождя в течение нескольких недель, колодцы не сразу станут сухими.

Расходы грунтовых вод через разные слои. Изображение в открытом доступе, источник: USGS.

Новая вода, например, от дождя или талого снега, капает в землю через поры и трещины в камнях и почве. Часть воды прилипает к грязи и камням у поверхности, а часть продолжает стекать вниз. Слой земли прямо под поверхностью представляет собой смесь камня, почвы, воды и пузырьков воздуха.Когда сила тяжести втягивает воду в землю достаточно глубоко, она заполняет все возможные поры и трещины, заставляя пузырьки воздуха подниматься вверх. На этой глубине земля насыщается водой. Граница между ненасыщенным грунтом и насыщенным грунтом называется уровнем грунтовых вод. Точное расположение уровня грунтовых вод зависит от того, сколько там новой воды, как быстро вода утекает и насколько проницаема земля.

Если вы выкопаете яму в земле, которая заканчивается над уровнем грунтовых вод, большая часть воды на этой глубине прилипает к частям почвы и камня, так что немного воды выливается в вашу яму.Напротив, если вы выкопаете яму достаточно глубоко, чтобы она оканчивалась ниже уровня грунтовых вод, вода из насыщенного грунта под действием силы тяжести втянется в пустое пространство на дне ямы. В этом случае ваше отверстие заполняется водой, которая капает из отверстий в камнях. Но вода заполняет вашу яму только до уровня грунтовых вод (на самом деле немного ниже). Чтобы вода в лунке поднялась выше уровня грунтовых вод, она должна течь вверх, а не вниз, что не является принципом гравитации. «Колодец» — это просто яма, вырытая достаточно глубоко, чтобы проникать ниже уровня грунтовых вод и, следовательно, заполняться водой.Для извлечения воды из старых колодцев использовались простые ведра на веревках. В более современных колодцах используются насосы, которые всасывают воду в скважину. Насосы могут приводиться в движение вручную, с помощью прикрепленной ветряной мельницы или электродвигателя. При рытье нового колодца необязательно искать подземную реку. Вам просто нужно копать достаточно глубоко, чтобы достичь уровня ниже уровня грунтовых вод.

Что-то интересное может случиться, если слой непроницаемой породы находится над слоем проницаемой породы, заполненной водой, и если непроницаемая порода наклоняется вниз.Вода, текущая на нижнем уровне, захватывается водонепроницаемым верхним уровнем, создавая замкнутый водоносный горизонт. По мере того, как вода течет вниз без выхода, нарастает давление. Если яма вырыта в земле достаточно глубоко, чтобы доходить до закрытого водоносного горизонта, давление может быть достаточно большим, чтобы вода в колодце поднималась без какой-либо помощи насоса. Такой колодец называется проточным артезианским колодцем.

Темы: водоносный горизонт, окружающая среда, земля, грунтовые воды, проницаемые, вода, грунтовые воды, колодец

Подземные воды

Подземные воды

Глава 12: Подземные воды

Гидрологический цикл

1. Рисунок 12.1 : Вода на Земле хранится в различных резервуарах, включая океаны, ледники / полярный лед, грунтовые воды, озера, реки, атмосферу и биосферу.

2. Рисунок 12.2: Вода непрерывно циркулирует через эти различные резервуары на Земле. Это циклическое движение воды через эти различные резервуары можно представить с помощью гидрологического цикла .

3. В гидрологическом круговороте вода переносится из одного резервуара в другой посредством процессов испарения, осадков и стока.

Подземные воды

Определение

1. Часть воды, падающей на землю, проникает в землю. Вода проникает в землю через стыки или небольшие поры между частицами посредством процесса, известного как инфильтрация .

2. Вода, содержащаяся в пространствах в коренных породах и реголите, обозначается как Грунтовые воды .

Подземные воды

(а) составляет ~ 1% воды на Земле

(б)) в 40 раз больше, чем пресноводные озера и ручьи

(c) 1/3 объема воды, содержащейся в ледниках и полярных льдах

(d) в основном происходит в виде дождя

(e) в основном встречается в пределах ~ 750 м от поверхности Земли

(f) находясь под землей, медленно мигрирует в сторону океана

Столб подземных вод

1. Рисунок 12.8 : Распределение воды в почве и реголите можно представить в виде зон:

2. Самый верхний слой — это ненасыщенная зона, которая может содержать немного воды, но не является насыщенной. Это известно как зона аэрации .

3. Зона насыщения находится ниже зоны аэрации и представляет собой слой, в котором поры почвы или породы полностью заполнены водой.

4. Уровень грунтовых вод — это верхняя поверхность зоны насыщения.

5. Рисунок 12.9: Уровень грунтовых вод:

(а) пересекает поверхность суши в озерах, болотах и ​​ручьях

(б) несколько имитирует рельеф вышележащей поверхности суши

(c) может падать во время засухи и повышаться после сильных дождей.

Как движутся грунтовые воды

1. Подземные воды проходят через почву, реголит и породу через открытые поровые пространства между зернами или трещинами.

2 .Рисунок 12.7 и Таблица 12.2: Пористость — это процент открытых пространств в общем объеме тела реголита или коренной породы. Пористость большинства пород обычно <20%, но может достигать 50%.

3. Проницаемость — это мера того, насколько легко порода позволяет флюидам проходить через нее. Песчаник обычно более проницаем, чем глины.

4. Удельный выход относится к той части грунтовых вод, которая истощается под действием силы тяжести и, следовательно, доступна для использования.

5. Специфическое удержание относится к той части грунтовых вод, которая остается связанной в материале и не может пройти через нее.

6. Движение грунтовых вод в зоне насыщения называется перколяцией . Вода медленно движется, просачиваясь через очень маленькие поры по параллельным нитевидным путям.

7. Рис. 12.9 : Вода просачивается из областей с высоким уровнем грунтовых вод в области, где он самый низкий (в сторону поверхностных водотоков или озер).

8. Рисунок 12.9 : Большая часть потока грунтовых вод проходит по длинным изогнутым путям под действием силы тяжести. Восходящий поток под ручьями или озерами возникает из-за того, что вода под холмом находится под большим давлением, чем под ручьем. Вода течет в области с более низким давлением.

Зоны перезарядки и разгрузки

1. Пополнение подземных вод происходит в областях ландшафта, где осадки просачиваются вниз под поверхность и достигают зоны насыщения.Вода поступает на разгрузочных площадей.

2. Время, необходимое воде для прохождения через землю от подпитки до разгрузки, зависит от проницаемости, расстояния перемещения и пути потока. Изменяется от дней до тысяч лет.

3. Рисунок 12.10a : Во влажных регионах области подпитки охватывают почти весь ландшафт за пределами ручьев. Сточные воды потоков подводятся водой из зоны насыщения.

4. Рис. 12.10b : В засушливых регионах подпитка происходит в основном в горах и конусах выноса.Подпитка также происходит под потоками Influent , подстилаемыми проницаемым аллювием.

Расход и скорость

1. Рисунок 12.16 : При заданной проницаемости скорость грунтовых вод увеличивается по мере увеличения наклона уровня грунтовых вод.

2. Гидравлический уклон [= (h2-h3) / l] — это мера уклона уровня грунтовых вод.

V = скорость грунтовых вод

В пропорционально (h2 — h3) / l

(h2-h3) = разница в высоте двух точек на уровне грунтовых вод

l = горизонтальное расстояние между двумя точками

В = К (h2-h3) / л

K = коэффициент проницаемости — это мера легкости, с которой вода движется через породу или отложения.Функция проницаемости, ускорения за счет силы тяжести и вязкости воды.

Q = AV

Q = расход грунтовых вод (объем в единицу времени)

A = площадь поперечного сечения

заменяя V = Q / A на V

Q = AK (h2-h3) / l (закон Дарси)

3. Скорость грунтовых вод обычно колеблется от 1/2 м в день до нескольких метров в год.

Пружины

1. Рисунок 12.9 и 12.12: Источник — это естественный поток воды, который возникает, когда уровень грунтовых вод пересекает поверхность земли. Вода выходит на поверхность земли. Большинство крупных источников берут начало из расколотой лавы, известняка или гравия.

2. Водоупор — это тело непроницаемой или явно менее проницаемой породы, прилегающее к проницаемой.

Уэллс

1. Рисунок 12.13 : Колодец подает воду, когда он пересекает уровень грунтовых вод.

2. Скорость забора воды из новой скважины может изначально превышать скорость местного потока подземных вод, создавая вокруг скважины конус впадины . Со временем скорость притока уравновешивает скорость вывода.

Водоносные горизонты

1. Водоносный горизонт — высокопроницаемая порода или реголит, лежащий в зоне насыщения.

2. Водоносные горизонты могут быть неограниченными или ограниченными .Замкнутые водоносные горизонты ограничены водоупорами.

3. Рисунок 12.11 : Вода, просачивающаяся в замкнутый водоносный горизонт, течет вниз под действием силы тяжести и подвергается возрастающему гидростатическому давлению.

4. Гидростатическое давление — это вес, который вышележащий столб воды будет оказывать на определенной глубине.

5. Вода под давлением стремится подняться на ту же высоту, что и уровень грунтовых вод в зоне подпитки, за вычетом количества, определяемого потерей энергии из-за сопротивления трения во время просачивания.

6. Рисунок 12.11 : Вода в артезианском водоносном горизонте находится под давлением и будет течь из артезианской скважины без откачки.

Изменения в региональном уровне грунтовых вод с течением времени

1. В регионах, где водозабор превышает пополнение, уровень грунтовых вод будет постепенно снижаться.

2. Рисунок 12.14 : Если допустить значительное снижение уровня грунтовых вод, то произойдет оседание земли на .

Подземные воды могут быть восполнены искусственно:

(a) распространение биоразлагаемых жидких отходов по поверхности земли. Вода просачивается до уровня грунтовых вод.

(b) Направление стока в городских районах в бассейны, где вода будет просачиваться вниз и подпитывать водоносный горизонт.

(c) Рис. 12.22 : Подземные воды, забираемые промышленными предприятиями, могут закачиваться обратно в землю с помощью нагнетательных скважин.

Способы сделать подземные воды непригодными для питья

(a) Из окружающей коренной породы растворено значительное количество соли.

(b) Подземные воды проходят через богатые серой породы (растворенный H ₂ S).

(c) Рис. 12.22 : Дренаж септиков, сломанной канализации и скотных дворов. Загрязненные сточными водами грунтовые воды можно очистить в некоторых случаях, если они просачиваются через песок или песчаник.

(d) Сельскохозяйственные яды.

(e) Подземное хранилище опасных отходов.

(f) Рис. 12.15 : Загрязнение морской водой прибрежных районов.

Геологическая активность подземных вод

1. Рис. 12.21: Карбонатные породы легко разрушаются путем растворения грунтовыми водами, потому что многие грунтовые воды являются слабокислыми из-за реакций с CO ₂ .

2. Рис. 12.20. : Пещеры в основном вырезаны в самых мелких частях зоны насыщения. Реакция между кислыми грунтовыми водами и карбонатными породами приводит к растворению карбонатных пород, оставляя после себя подземные полости, называемые пещерами.

3. Рис. 12.18 : Осаждение кальцита из капающей воды внутри пещер может привести к образованию различных особенностей пещер, включая сталактитов , сталагмитов , колонны и текучие камни. Сталактиты представляют собой похожие на сосульки элементы карбоната кальция, которые свешиваются с потолка пещеры, тогда как сталагмиты выступают вверх из дна пещеры.