Какие бывают подземные воды по типу
Собственная скважина является экономичным и постоянным источником воды, пригодной для удовлетворения самых разнообразных нужд человека.
Однако из практики известно и то, что по своему физическому и химическому составу вода из разных источников может отличаться. В частности, на качество подземных вод существенное влияние могут оказывать глубина залегания водоносных пластов, а также состав породы.
Все подземные воды условно можно разделить на три основных группы:
- почвенные;
- грунтовые;
- межпластовые или артезианские.
Почвенные воды
Почвенная вода или верховодка
Почвенными или иначе верховодкой называются воды, залегающие на глубине от 1 до 4 метров. Образуются они под влиянием просачивающихся сквозь почву осадков: дождя, талого снега и т.п.
Запасы почвенных вод обычно незначительны и подвержены сезонным колебаниям. В засушливые периоды они могут исчезать, в холодные зимы — промерзать.
Для питья верховодка непригодна, так как проходя сквозь верхние почвенные слои, она насыщается нежелательными минеральными примесями и вредными органическим и соединениями.
Использование почвенных вод ограничивается исключительно поливом сельскохозяйственных угодий.
Грунтовые воды
Первый водоносный горизонт-грунтовые водыВ отличие от верховодки, грунтовые воды образуются не только из атмосферных осадков. Они также подпитываются просачивающимися сквозь грунт водами рек, озер и водохранилищ.
Глубина залегания грунтовых вод может колебаться от 6 до 40 метров, в свою очередь от глубины залегания зависит их качество.
Грунтовые воды, расположенные на небольшой глубине также подвержены загрязнению органикой и минеральными примесями. Кстати, именно этот тип вод питают большинство неглубоких колодцев.
Колодезная вода пригодна для использования в сельском хозяйстве, а также для питья при условии предварительной очистки и кипячения.
Межпластовые или артезианские воды
Напорные( артезианские) водыСвое название этот тип подземных вод получил от способа залегания в породе.
Тогда как почвенные и грунтовые воды располагаются на первом водоупорном, чаще всего глинистом слое, межпластовые воды находятся между двумя водоупорными слоями, благодаря чему они в гораздо меньшей мере подвержены загрязнениям.
Кроме того, уровень этих вод отличается большим объемом, стабильностью и постоянством химического состава.
Межпластовые воды отличаются полной прозрачностью, отсутствие органических веществ, нередко минерализацией, показатели которой зависят от состава пород, в которых они накапливаются.
Межпластовые воды, находящиеся под напором, еще называют артезианскими. Глубина залегания артезианских вод может достигать более 100 метров, а сами они накапливаются в образованных известняком пластах.
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 аэрацииПодземные 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.
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.
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.
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
Почвенные воды
Почвенные воды, как уже было указано, представляют воды, залегающие у дневной поверхности. Они не имеют непосредственно под собой водоупорного ложа и в этом отношении являются как бы водами подвешенными. Наличие подобных вод можно представить себе следующим образом. На какой-нибудь поверхности в течение года выпало некоторое количество осадков, например 536 мм (Москва). Часть этих осадков испарилась, другая стекла по неровностям рельефа и третья (допустим, около 25%, т. е. 134 мм) просочилась в землю.
Иногда почвенные воды определяют как воды, залегающие в той части почвы, которая занята корневыми системами травянистых и кустарниковых растений, или же как воды, приуроченные к зоне зимнего промерзания. И то и другое определение не вполне удовлетворительно, особенно второе. При продвижении с севера на юг мы попадаем в область, где промерзание отсутствует, и, таким образом, в этих областях как будто бы невозможно наличие почвенных вод, тогда как на самом деле они там фактически существуют.
Почвенные воды отличаются сезонным характером (чрезвычайно резко зависят от гидрометеорологических факторов), резкими колебаниями их температуры (зимой они могут замерзать, а летом нагреваться до температуры свыше 50° С), обогащенностью микроорганизмами и органическими веществами (гумус). Почвенный слой богат всякого рода бактериями, в том числе болезнетворными. Эти же бактерии характерны и для почвенных вод. Поэтому почвенные воды непригодны для технического использования и питья, хотя в условиях избыточного увлажнения они пресные.
Следует заметить, что микроорганизмы далеко вглубь из почвенного слоя проникнуть не могут; обычно на глубине 5—10 м их уже не бывает. Почвенный слой с его микро- органическим населением является хорошим обеззараживающим фильтром, в котором гибнут болезнетворные бактерии, попадающие в почву с нечистотами; почвенные цитофаги уничтожают целый ряд заразных бактерий, такие как тифозные, холерные и др.
Иногда к почвенным водам относят скопления льда, наблюдаемые в пещерах, хотя это и неверно.
Лед в пещерах, в отличие от вековой мерзлоты, может существовать в течение всего года в местностях с годовой температурой выше нуля, и даже в теплое лето, если зимой температура в этой местности опускается ниже нуля и пещеры представляют полости, направляющиеся в глубь земли. При этих условиях холодный воздух переохлаждает зимой стенки пещер, а благодаря уклону вглубь летом согревание этих пещер очень затруднительно. Попадающие в пещеры внешние воды замерзают там и в зависимости от размеров и глубины пещер могут продержаться очень долго. Пещеры, направляющиеся в глубь материка горизонтальными ходами, или ходами, поднимающимися кверху, непригодны для накопления в них льда. Как пример ледяных пещер в местностях с годовой температурой выше 0, можно привести пещеры Крыма и окрестности г. Куйбышев.
Так как почвенные воды более всего интересуют агрономов и почвоведов, как один из важнейших факторов развития растительного покрова, то по существу только в почвенной и агрономической литературе мы и встречаем более или менее полные сведения о жизни и характере этих вод.
В некоторых случаях, когда почвенные воды имеют постоянный характер и вызывают заболачивание, они привлекают внимание гидрогеологов, гидротехников и мелиораторов.
Схема соотношений почвенных и грунтовых вод
В почвенной литературе можно нередко встретить термин «почвенно-грунтовые воды». Этот термин употребляется в случае слияния почвенных и грунтовых вод в единый водоносный горизонт. Подобное явление имеет место тогда, когда:
- вследствие избыточного питания мощность горизонта почвенных вод нарастает, в результате последние заполняют пояс аэрации или мертвый горизонт и приходят в контакт с грунтовыми водами. Это наблюдается, например, в орошаемых районах в сезоны усиленных поливов или в областях близкого к поверхности земли залегания грунтовых вод в сезоны снеготаяния и избыточных атмосферных осадков. При этом наблюдается движение пресных поливных или атмосферных вод вглубь и соответственное опреснение грунтовых вод, если они были солоноватыми или солеными;
- вследствие нарастания мощности грунтовых вод, например, при подтоке из области питания, расположенной в стороне от места наблюдания, и приближения зеркала грунтовых вод к поверхности земли.
При этом свойства грунтовых вод передаются почвенным водам. Последние могут осолониться, если минерализация грунтовых вод велика.
При этом свойства грунтовых вод передаются почвенным водам. Последние могут осолониться, если минерализация грунтовых вод велика.В орошаемых районах нередко наблюдается повышение уровня грунтовых вод, залегавших до орошения на значительных глубинах. Если породы, содержащие грунтовые воды, очень мелкоземисты, то капиллярный подъем развивается в них на высоту 2 м и более. При неучете этого обстоятельства орошение полей ведет к более или менее быстрому подъему грунтовых вод в зависимости от того, как производится орошение. Рассчитать потребное количество воды для орошения таким образом, чтобы вся поливная вода была израсходована на транспирацию растениями и на испарение из увлажненного слоя почвы, почти невозможно. Трудно заранее предугадать, какой будет ход климатических условий и влияние этих условий на естественное увлажнение и иссушение почвы. Поэтому для орошения полей вода подается с некоторым избытком, который и идет на питание грунтовых вод. Уровень последних постепенно, из года в год, нарастает, а его капиллярная кайма постепенно приближается к почве.
Если грунтовые воды солоноваты или соленые и если толща горной породы, лежащей под слоем в той или иной мере осолонена, то капиллярные струйки также осолоняются. Достигнув почвы, а иногда и поверхности земли, капиллярные воды испаряются, а принесенные ими соли отлагаются как в самой почве, так, иногда, и на ее поверхности. Происходит так называемое вторичное засоление почвы.
При капиллярном перемещении к поверхности земли солоноватых или соленых вод наблюдается и некоторое изменение раствора грунтовых вод; в капиллярах хлористые соединения передвигаются быстрее, а углекислые медленнее, поэтому, в конечном итоге, состав воды в капиллярах, приблизившейся к почве в результате подъема уровня грунтовых вод, подпитанного оросительными пресными водами, отличается от состава собственно грунтовых вод. Эти своеобразные последствия орошения почв в засушливых областях требуют внимательного изучения гидрогеологических условий в районах подлежащих орошению земель. Основная задача исследования — предотвращение возможности вредных последствий орошения.
Вопросами этого порядка занимается мелиоративная гидрогеология.
Следует различать вторичное засоление, наблюдающееся в результате подъема грунтовых вод при орошении, от природного засоления почв (осоление почв, образование солонцов, солончаков и пр.) вне зависимости от искусственного орошения. В некоторых областях, например на равнинах, прилегающих к Аральскому и Каспийскому морям, существуют подземные воды, образующие напорные водоносные горизонты. Водоупорные кровли этих водоносных горизонтов недостаточно плотны и напорная вода, хотя и очень медленно, все же просачивается сквозь водоупорные кровли и питает грунтовые воды. В данном случае наблюдается питание грунтовых вод не только за счет атмосферных осадков, но и за счет напорных вод глубоких водоносных горизонтов.
Грунтовые воды, поднимаясь по капиллярам до поверхности земли, постепенно отдают растворенные в них вещества почве. В результате этого «векового» процесса происходит первичное засоление почв. В возникающих подобным образом солончаках можно наблюдать самые разнообразные минеральные образования — сульфатные, хлоридные, содовые и т.
п. Наличие таких солончаков может служить поисковым признаком для обнаружения глубокозалегающих напорных (артезианских) водоносных горизонтов.
Вопросы осушения — это вопросы, касающиеся удаления избыточных почвенных и грунтовых вод. Изучение процессов заболачивания и режима вод заболоченных пространств представляет один из наиболее важных моментов при изучении почвенных вод, вернее комплекса почвенно-грунтовых вод в районах избыточного увлажнения.
В почвенной литературе встречаются указания на существование «внутрипочвенного стока». Считают, что на пологих склонах дождевая и талая вода, насыщая почву, не просачивается вглубь, а стекает по внутрипочвенным слоям вдоль поверхности склона в сторону речной долины. Для подтверждения этой мысли приводятся данные опытных исследований. Анализ этих данных, произведенный Б. И. Куделиным, показал их несостоятельность. Сама идея внутрипочвенного стока противоречит законам гидродинамики, по которым капельножидкая вода, подчиняясь силе тяжести, просачивается вглубь до водоупорного пласта, по поверхности которого и могла бы стечь в сторону уклона этой поверхности.
Если в почве наблюдаются менее водопроницаемые прослои, например иллювиальный горизонт, то в моменты усиленного питания (снеготаяние и пр.) на этом горизонте может скопиться гравитационная (капильно-жидкая) вода как временный водоносный горизонт типа «верховодки». При наличии избыточного увлажнения и равнинном рельефе здесь образуется болото.
Различают два основных типа болот — водораздельные и долинные.
Водораздельные болота возникают на более или менее равнинных междуречных пространствах, сложенных трудно-проницаемыми породами, и питаются за счет атмосферных осадков в областях избыточного и неустойчивого увлажнения. Так как здесь наблюдается постоянное вмывание растворимых солей в более глубокие горизонты, а питающая болота вода почти совершенно лишена минеральных примесей, то в этих болотах развивается растительность с малозольным скелетом; образующиеся в таких болотах торфяники также малозольны и значительно калорийны. Это преимущественно моховые (например, сфагновые) болота.
Долинные болота залегают в пределах речных долин или вдоль водоемов (озер, прудов и пр.), питаются либо за счет более или менее минерализованных вод водоемов, либо за счет выклинивающихся подземных вод, которые также обычно значительно минерализованы; развивающиеся здесь торфяники обладают значительной зольностью.
Заболачивание иногда наблюдается в области развития песчаных пространств, хотя, казалось бы, здесь вся избыточная часть воды могла бы свободно фильтроваться вглубь. В результате передвижения почвенных растворов из верхней части почвы вглубь выносятся гумусовые соединения; встречая ниже (на глубине 1—2 м) полуторные окислы железа и алюминия, они образуют с ними нерастворимые железисто-гумусовые соли. Последние отлагаются вокруг песчинок, цементируют их, образуя вначале ортзанды, которые в дальнейшем сливаются в сплошные водоупорные плиты — ортштейны. Ортштейны не дают возможности напитывающей пески воде проникать далее вглубь, вследствие чего и происходит заболачивание.
Только раздробив ортштейны, можно восстановить фильтрацию вглубь избыточной воды и вызвать осушение местности.
Подземные воды
Подземные воды — это воды, находящиеся в верхней части земной коры (до глубины 12-16 км) в жидком, твердом и парообразном состояниях. Основная масса их образуется вследствие просачивания с поверхности дождевых, талых и речных вод. Подземные воды постоянно перемещаются как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Глубина их залегания, направление и интенсивность движения зависят от водопроницаемости пород. К водопроницаемым породам относят галечники, пески, гравий. К водонепроницаемым (водоупорным), практически не пропускающим воду — глины, плотные без трещин горные породы, мерзлые грунты. Слой горной породы, в котором заключена вода, называется водоносным.
По условиям залегания подземные воды подразделяют на три вида: почвенные, находящиеся в самом верхнем, почвенном слое; грунтовые, залегающие на первом от поверхности постоянном водоупорном слое; межпластовые, находящиеся между двумя водоупорными пластами.
Грунтовые воды питаются просочившимися атмосферными осадками, водами рек, озер, водохранилищ. Уровень грунтовых вод колеблется по сезонам года и различен в разных зонах. Так, в тундре он практически совпадает с поверхностью, в пустынях находится на глубине 60-100 м. Распространены они почти повсеместно, не обладают напором, перемещаются медленно (в крупнозернистых песках, например, со скоростью 1,5-2,0 м в сутки). Химический состав подземных вод неодинаков и зависит от растворяемости прилегающих пород. По химическому составу различают пресные (до 1 г солей на 1 л воды) и минерализованные (до 50 г солей на 1 л воды) подземные воды. Естественные выходы подземных вод на земную поверхность называется источниками (родниками, ключами). Они образуются обычно в пониженных местах, где земную поверхность пересекают водоносные горизонты. Источники бывают холодными (с температурой воды не выше 20°С, теплыми (от 20 до 37°С) и горячими, или термальными (свыше 37°С). Периодически фонтанирующие горячие источники называются гейзерами.
Они находятся в областях недавнего или современного вулканизма (Исландия, Камчатка, Новая Зеландия, Япония). Воды минеральных источников содержат разнообразные химические элементы и могут быть углекислыми, щелочными, соляными и т.д. Многие из них имеют лечебное значение.
Подземные воды пополняют колодцы, реки, озера, болота; растворяют различные вещества в породах и переносят их; вызывают оползни, заболачивание. Они обеспечивают растения влагой и население питьевой водой. Источники дают наиболее чистую воду. Водяной пар и горячая вода гейзеров служат для отопления зданий, теплиц и энергетических установок.
Запасы подземных вод очень велики — 1,7%, но возобновляются крайне медленно, и это необходимо учитывать при их расходовании. Не менее важна и охрана подземных вод от загрязнений.
|
По условиям залегания в земной коре подземные воды делят на воды зоны аэрации: почвенные и верховодка – и воды зоны насыщения: грунтовые и межпластовые. Почвенные воды заключены в почве и не имеют водоупора. Верховодка образуется на линзе водоупорных пород, распространена локально, залегает неглубоко, существует временно, малообильна. В условиях континентального климата умеренного пояса она появляется весной после снеготаяния, иногда осенью. Грунтовые воды – воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, на первом водоупорном слое. Поверхность грунтовых вод называется зеркалом грунтовых вод. Мощность водоносного горизонта – это расстояние по вертикали от зеркала грунтовых вод до водоупора. В водоносных слоях грунтовые воды передвигаются от мест с более высоким уровнем к местам с более низким уровнем, т. е. в соответствии с уклоном водоносного пласта. Скорость их движения (v) прямо пропорциональна коэффициенту фильтрации водоносной породы (k), который зависит от водопроницаемости и определяется по таблице, и уклону подземного потока (i), и вычисляется по формуле Дарси: v=k*i (см/с или м/сут. Схема соотношения различных типов подземных вод (по О.К. Ланге).
Области распространения и питания грунтовых вод совпадают, поэтому мощность и во-дообилие их подвержены колебаниям, зависящим от изменений климатических и метеорологических условий, а их режиму и свойствам присуши зональные черты. Зональность грунтовых вод проявляется в глубине их залегания от поверхности и соответственно в их чистоте и температуре, а также химическом составе и степени их минерализации. В зонах избыточного и достаточного увлажнения – тундре и лесах (Kув≥1) – грунтовые воды залегают неглубоко, они ультрапресные и пресные, гидрокарбонатно-кальциевые. В зонах умеренно-недостаточного (неустойчивого) увлажнения – лесостепях и степях (Kув=1,0-0,3) – залегание вод глубже, они пресные или слабо минерализованные, постепенно становятся сульфатными. В зонах недостаточного увлажнения – полупустынях (Kув=0,3-0,1) и крайне недостаточного увлажнения – пустынях (Kув<0,1) – воды глубоко залегающие, минерализованные, обычно хлоридные. Температура грунтовых вод в сглаженном виде повторяет годовой ход температуры воздуха, но максимумы и минимумы температуры запаздывают, и тем больше, чем глубже залегают грунтовые воды. Чистота грунтовых вод определяется глубиной их залегания от поверхности – чем глубже, тем чище. Геолого-геоморфологические условия и вещественный состав пород вносят разнообразие и обусловливают специфику грунтовых вод в пределах природных зон. Например, при глубоком и густом долинно-балочном расчленении земной поверхности воды залегают глубже. В целом же грунтовые воды относительно чистые, обычно пресные, постоянные и широко используются для хозяйственно-бытовых нужд в сельской местности. Схема залегания и движения грунтовых вод в междуречном массиве (по Л.К. Давыдову и др.)
Межпластовые воды – это воды, заключенные между двумя водоупорными пластами, из которых нижний называется водоупорным ложем, а верхний – водоупорной кровлей. Схема строения артезианского бассейна (по Л.К. Давыдову и др.)
Литература.
Еще статьи о водах суши. |
).
Они залегают глубже и поэтому чище, чем грунтовые. Области распространения и питания их не совпадают, в связи с чем режим вод меньше зависит от метеоусловий и у них более постоянный уровень. Атмосферное питание эти воды получают лишь в местах выхода водоносного пласта на поверхность. Они могут быть напорные и ненапорные. Ненапорные воды не полностью насыщают водоносный пласт, имеют свободную поверхность и стекают как грунтовые по уклону ложа. Напорные воды залегают в вогнутых тектонических структурах, насыщают весь водоносный слой и обладают гидростатическим напором. Вскрытые скважинами, они могут изливаться на поверхность или даже фонтанировать. Такие воды называют артезианскими. Как и грунтовые воды, межпластовые могут иметь разный химический состав и степень минерализации, которая увеличивается с глубиной.
пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. «География» / С.Г. Любушкина, К.В. Пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. — М. : Просвещение, 2004. — 288 с.Подземные воды
Гидрогеология (от др.-греч. ὕδωρ «вода» + геология) — наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горными породам, поверхностными водами и атмосферой.
В сферу этой науки входят такие вопросы, как динамика подземных вод, гидрогеохимия, поиск и разведка подземных вод, а также мелиоративная и региональная гидрогеология. Гидрогеология тесно связана с гидрологией и геологией, в том числе и с инженерной геологией, метеорологией, геохимией, геофизикой и другими науками о Земле. Она опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования.
Данные гидрогеологии используются, в частности, для решения вопросов водоснабжения, мелиорации и эксплуатации месторождений.
Подземные воды.
Подземными считаются все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и твердом состояниях. Подземные воды составляют часть гидросферы — водной оболочки земного шара. Запасы пресной воды в недрах Земли составляют до 1/3 вод Мирового океана. В России известно порядка 3367 месторождений подземных вод, из них эксплуатируется менее 50%. Иногда подземные воды вызывают оползни, заболачивание территорий, осадку грунта, они затрудняют ведение горных работ в шахтах, для уменьшения притока подземных вод проводят осушение месторождений и сооружают водоотливы.
История гидрогеологии
Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. В частности, свою лепту внесло сооружение копаных колодцев, строившихся в 2-3 тыс. до н. э. в Египте, Средней Азии, Китае и Индии и достигавших глубин в несколько десятков метров. Примерно в этот же период появилось лечение минеральными водами.
Первые представления о свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и круговороте воды на Земле были описаны в работах древнегреческих ученых Фалеса и Аристотеля, а также древнеримских Тита Лукреция Кара и Витрувия. Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением в Египте, Израиле, Греции и Римской империи. Возникло понятия о ненапорных, напорных и самоизливающихся водах. Последние получили в 12 веке н. э. название артезианских — от названия провинции Артуа (древнее название — Артезия) во Франции.
В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М. В. Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.). До середины 19 века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии, после чего обособилось в отдельную дисциплину.
Распределение подземных вод в земной коре
Подземные воды в земной коре распределены в двух этажах.
Нижний этаж, сложенный плотными магматическими и метаморфическими породами, содержит ограниченное количество воды. Основная масса воды находится в верхнем слое осадочных пород. В нем выделяют три зоны — верхнюю зону свободного водообмена, среднюю зону водообмена и нижнюю зону замедленного водообмена.
Воды верхней зоны обычно пресные и служат для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения. В средней зоне располагаются минеральные воды различного состава. В нижней зоне находятся высокоминерализованные рассолы. Из них добывают бром, йод и другие вещества.
Поверхность грунтовых вод называется «зеркалом грунтовых вод». Расстояние от зеркала грунтовых вод до водоупорного слоя называют «мощностью водоупорного слоя».
Формирование подземных вод
Подземные воды образуются различными способами. Один из основных способов образования подземной воды — просачивание, или инфильтрация, атмосферных осадков и поверхностных вод. Просачивающаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается на нем, насыщая породы пористого и пористо-трещинноватого характера.
Так возникают водоносные слои, или горизонты подземных вод. Кроме того, подземные воды формируются путём конденсации водяных паров. Выделяются также подземные воды ювенильного происхождения.
Два основных способа образования подземных вод — путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных паров атмосферы в породах — главные пути накопления подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды называются вандозными водами (лат. vadare — идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.
Инфильтрация
Подземные воды формируются из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся в грунт на некоторую глубину, а также из вод болот, рек, озёр и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, попадающей таким образом в почву, составляет 15-20 % от общего количества выпавших атмосферных осадков.
Проникновение вод в грунты зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы — водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные.
К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески и трещиноватые породы. К водонепроницаемым породам — плотные магматические и метаморфические породы, такие как гранит и мрамор, а также глины. К полупроницаемым породам относятся глинистые пески, лёсс, рыхлые песчаники и рыхловатые мергели.
Количество воды, просочившийся в грунт, зависит не только от его физических свойств, но и от количества атмосферных осадков, наклона местности и растительного покрова. При этом длительный моросящий дождь создаёт лучшие условия для просачивания, нежели обильный ливень.
Крутые склоны местности увеличивают поверхностный сток и уменьшают просачивание атмосферных осадков в грунт, а пологие, наоборот, увеличивают просачивание. Растительный покров увеличивает испарение выпавшей влаги, но, в то же время задерживает поверхностный сток, что способствует просачиванию влаги в грунт.
Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод.
Подземные воды также могут образовываться за счёт искусственных гидротехнических сооружений, например таких, как оросительные каналы.
Конденсация водных паров
Второй путь образования подземных вод — это конденсация водяных паров в горных породах.
Ювенильные воды
Ювенильные воды — ещё один способ образования подземных вод. Такие воды выделяются при дифференциации магматического очага и являются «первичными». В природных условиях чистых ювенильных вод не существует: подземные воды, возникшие разными способами, смешиваются друг с другом.
Классификация подземных вод
Выделяется три типа подземных вод: верховодка, грунтовые и напорные (артезианские). В зависимости от степени минерализации выделяют пресные подземные воды, соленые, солоноватые и рассолы, по температуре они делятся на переохлажденные, холодные и термальные, а в зависимости от качества подземной воды ее подразделяют на техническую и питьевую.
Верховодка
Верховодка – подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения и дебита.
Верховодка приурочена к первому от поверхности земли водоупорному пласту и занимает ограниченные территории. Верховодка существует в период достаточного увлажнения, а в засушливое время исчезает. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, развивается заболачивание. К верховодке также нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя, представленные почти связанной водой, где капельно-жидкая вода присутствует только в период избыточного увлажнения.
Воды верховодки обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Как правило, верховодка не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения этого типа вод: устраивают пруды, отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы, насаждения растительности или задерживающие снеготаяние.
Грунтовые воды
Грунтовыми водами называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки.
Они характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твердых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям, на него влияют количество и качество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова и хозяйственная деятельность человека. Грунтовые воды являются одним из источников водоснабжения, выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.
Артезианские воды
Напорные (артезианские) воды – воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Характеризуются постоянством дебита. Область питания у артезианских вод, размеры бассейнов которых достигают иногда тысячи километров, лежит обычно выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Области питания артезианских бассейнов иногда значительно удалены от мест извлечения воды – в частности, в некоторых оазисах Сахары получают воду, выпавшую в виде осадков над Европой.
Артезианские воды (от Artesium, латинского названия французской провинции Артуа, где эти воды издавна использовались) — напорные подземные воды, заключенные в водоносных пластах горных пород между водоупорными слоями. Обычно встречаются в пределах определенных геологических структур (впадин, мульд, флексур и др.), образуя артезианские бассейны. При вскрытии буровыми скважинами артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта, иногда фонтанируют.
Почвенная вода
Почвенными называются воды, расположенные под верхним слоем земной коры. Почвенные воды заполняют поры, трещины, пустоты грунта и протекают под действием собственной силы тяжести. Это жидкость, собравшаяся в грунте на некоторой глубине от поверхности. По природе своей, не залегая сплошным слоем, она пропитывает собою часть какого-либо горного или лесного массива. Своеобразный водоносный ярус может иметь непрерывную и очень большую площадь.
Места залегания почвенной воды
Линия протока почвенных вод не бывает сугубо горизонтальной.
Чаще повторяет рельеф поверхности земли, в общем-то, со слабой циркуляцией. Но, нередки и быстрые сплошные или жильные течения, напрямую зависящие от геологического разреза местности. Почвенные воды, залегая в непосредственной близости от поверхности, они не имеют, собственно, твердого ложа и пребывают в подвешенном виде в пустотах почвы. Свободная же вода может встречаться в связи с сезонными явлениями, в периоды высокого уровня и излишков влаги. Они, просачиваясь к водонепроницаемому слою, как-бы задерживаются и образуют толщу линзы.
Итак, самый верхний пласт, называемый почвенной, забирает в себя основную часть атмосферных осадков. Осадки не могут быстро просочиться в землю, остаются на поверхности и насыщаются органическими веществами. Они не могут очищаться от содержащихся в них химических примесей, особенно, если вблизи расположен скотный двор. Пополняя запасы после дождя, часть осадков образует толщу над водоупорным слоем со стабильным горизонтом. В отдельных регионах высота их может достигать двух метров, пополняя, расположенные вблизи, колодцы до своего естественного уровня.
Выход их на склоны оврагов, естественным низинам, берегам рек, связаны с появлением родников, ключей с питьевой холодной водой, готовой для сбора и потребления.
Использование почвенных вод
Качество подземных вод считается предпочтительным, нежели поверхностные. Их, изредка, можно употреблять без очистки. А использование для целей снабжения, возможно только в маленьких населенных пунктах, из-за их ограниченности.
Необходимость в очистке почвенной воды
Известно, что поверхностные стоки подвергается фильтрации, протекая через различные слои почвы. Просачиваясь через рыхлые песчаные грунты, исходная жидкость очищается от примесей, бактерий, теряет мутность запах и приобретает прозрачность. Для очистки поверхностных стоков, обычно используются многостадийные комплексные очистители, включающие в себя фильтрацию и обработку окислителями. Озерные, речные и прочие источники содержат широкий набор загрязнителей. В данном случае, применение технологии озонирования позволит упредить появление в воде токсичных и канцерогенных веществ.
Именно, озонная очистка считается единственной технологией, позволяющей рассчитывать на достойную питьевую влагу.
В отдельных случаях в систему очистки можно привнести дополнительную ступень фильтра обратного осмоса. Это позволит уменьшить общее содержание солей и удалить отдельные примеси.
Преимущества почвенных вод
Достоинством почвенных вод является естественное сохранение полезного слоя, напрямую влияющих на плодородие земель сельского и лесного хозяйств. Они же считаются фильтром против загрязнителей и, своеобразным, буфером сохранения биоразнообразия, предусматривая круговорот воды в почве.
Недостатки почвенных вод
Почвенные воды часто являются причиной подтопления подвалов, погребов и, таким образом разрушения фундаментов. Медленно, но регулярно они разрушают не только здания, но и отдельные строения. Ситуация обязывает вести строительство дренажных систем, что во всех случаях связано с немалыми расходами.
Фонд подземных вод: получение информации: основы: что такое подземные воды
Что такое подземные воды?
Подземные воды используют для питья более 50 процентов населения США, включая почти всех, кто живет в сельской местности.
В основном грунтовые воды используются для орошения сельскохозяйственных культур.
Область, где вода заполняет водоносный горизонт, называется зоной насыщения (или зоной насыщения).Вершина этой зоны называется водным зеркалом. Уровень грунтовых вод может располагаться всего на фут ниже поверхности земли или на сотни футов ниже.
Водоносные горизонты обычно состоят из гравия, песка, песчаника или трещиноватой породы, например известняка. Вода может проходить через эти материалы, потому что они имеют большие соединенные пространства, которые делают их проницаемыми. Скорость, с которой течет грунтовая вода, зависит от размера пространств в почве или скале и от того, насколько хорошо эти пространства связаны между собой.
Подземные воды можно найти почти везде. Уровень грунтовых вод может быть глубоким или мелким; и может повышаться или понижаться в зависимости от многих факторов.
Сильные дожди или тающий снег могут вызвать подъем уровня грунтовых вод, а сильная откачка грунтовых вод может вызвать падение уровня грунтовых вод.
Запасы подземных вод пополняются, или пополняются , за счет таяния дождя и снега, которые просачиваются в трещины и щели под поверхностью земли. В некоторых регионах мира люди сталкиваются с серьезной нехваткой воды, потому что грунтовые воды используются быстрее, чем они пополняются естественным путем.В других районах подземные воды загрязнены деятельностью человека.
Вода в водоносных горизонтах естественным образом выводится на поверхность из источника или может сбрасываться в озера и ручьи. Подземные воды также можно добывать через скважину, пробуренную в водоносный горизонт. Колодец — это труба в земле, которая заполняется грунтовыми водами. Эту воду можно вывести на поверхность с помощью насоса. Неглубокие колодцы могут высохнуть, если уровень грунтовых вод опустится ниже дна колодца. Некоторые колодцы, называемые артезианскими колодцами, не нуждаются в насосе из-за естественного давления, которое заставляет воду подниматься и выходить из колодца.
В областях, где материал над водоносным горизонтом проницаем, загрязнители могут легко проникать в запасы грунтовых вод. Подземные воды могут быть загрязнены свалками, септическими резервуарами, негерметичными подземными резервуарами для газа, а также чрезмерным использованием удобрений и пестицидов. Если грунтовые воды загрязняются, пить их будет небезопасно.
Водоносные горизонты и подземные воды
• Школа водных наук ГЛАВНАЯ • Темы подземных вод •
Подземные воды и водоносные горизонты
Яма, вырытая на пляже, иллюстрирует концепцию того, как земля, если она достаточно проницаема, может удерживать воду.Верхняя поверхность этой зоны насыщения называется уровнем грунтовых вод.
Кредит: Говард Перлман, USGS
Подземные воды — один из наших самых ценных ресурсов, даже если вы, вероятно, никогда его не видите и даже не догадываетесь, что он там есть.
Вы когда-нибудь вырыли яму на пляже и наблюдали, как она частично заполняется водой из нижележащего песка? Это отличный способ проиллюстрировать концепцию того, как земля, если она достаточно проницаема, может удерживать воду, но при этом оставаться твердой.Верхняя поверхность этой заполненной водой области или «зона насыщения» называется уровнем грунтовых вод. Насыщенная область под уровнем грунтовых вод называется водоносным горизонтом, а водоносные горизонты — огромными хранилищами воды. В нашем примере с песчаной ямой вы, по сути, вырыли «колодец», который обнажает уровень грунтовых вод с водоносным горизонтом под ним. На пляже уровень грунтовых вод всегда находится на одном уровне с океаном , который находится чуть ниже поверхности пляжа.
Как вы, возможно, читали, большая часть пустот в скалах ниже уровня грунтовых вод заполнена водой.Эти породы имеют разные характеристики пористости и проницаемости, что означает, что вода не движется одинаково во всех породах под землей.
Когда водоносная порода легко передает воду к колодцам и источникам , она называется водоносным горизонтом. Скважины можно пробурить в водоносные горизонты и откачивать воду. Осадки в конечном итоге добавляет воду ( подпитка ) в пористую породу водоносного горизонта. Однако скорость подпитки не одинакова для всех водоносных горизонтов, и это необходимо учитывать при откачке воды из колодца.Слишком большая закачка слишком большого количества воды втягивает воду в водоносный горизонт и в конечном итоге приводит к тому, что скважина дает все меньше и меньше воды и даже работает всухую . На самом деле, если вы откачиваете воду из одного и того же водоносного горизонта, это может даже привести к высыханию колодца вашего соседа.
Визуализация подземных вод
На схеме ниже вы можете увидеть, как земля под уровнем грунтовых вод (синяя область) пропитана водой. «Ненасыщенная зона» над уровнем грунтовых вод (серая область) все еще содержит воду (в конце концов, в этой области обитают корни растений), но она не полностью насыщена водой.
Вы можете увидеть это на двух рисунках в нижней части диаграммы, которые крупным планом показывают, как вода хранится между частицами подземных горных пород.
Как возникают подземные воды
Кредит: USGS
Узнайте основы воды с помощью наших грунтовок для воды! Иногда слои пористой породы наклоняются в земле. Как над, так и под пористым слоем может быть ограничивающий слой из менее пористой породы.Это пример замкнутого водоносного горизонта. В этом случае породы, окружающие водоносный горизонт, ограничивают давление в пористой породе и ее воде. Если в этот «герметичный» водоносный горизонт пробурена скважина, внутреннего давления может быть (в зависимости от способности породы переносить воду) достаточно, чтобы подтолкнуть воду вверх по скважине и на поверхность без помощи насоса, иногда полностью из колодца. Этот тип колодца называется артезианским. Напор воды из артезианской скважины может быть довольно резким.
Не обязательно существует взаимосвязь между водоносностью горных пород и глубиной, на которой они обнаружены. Очень плотный гранит, который не будет давать воды в колодец, может быть обнажен на поверхности земли. И наоборот, пористый песчаник может лежать на сотни или тысячи футов ниже поверхности земли и может давать сотни галлонов воды в минуту. Камни, дающие пресной воды, были обнаружены на глубине более 6000 футов, а соленая вода поступала из нефтяных скважин на глубине более 30 000 футов.Однако в среднем пористость и проницаемость горных пород уменьшаются по мере увеличения их глубины под земной поверхностью; поры и трещины в породах на больших глубинах закрываются или сильно уменьшаются в размерах из-за веса вышележащих пород.
На иллюстрации показаны артезианская скважина и текущая артезианская скважина, которые пробурены в замкнутом водоносном горизонте, а также скважина на уровень грунтовых вод, пробуренная в неограниченном водоносном горизонте.
Также показаны пьезометрическая поверхность в замкнутом водоносном горизонте и непроницаемый ограничивающий слой между замкнутым и неограниченным водоносным горизонтом.
Кредит: Окружающая среда и изменение климата Канада
Перекачка может повлиять на уровень грунтовых вод
Подземные воды встречаются в насыщенных почвах и породах ниже уровня грунтовых вод. Если водоносный горизонт достаточно мелкий и достаточно проницаемый, чтобы вода могла проходить через него с достаточно высокой скоростью, тогда люди могут пробурить в нем скважины и забирать воду. Уровень грунтовых вод может естественным образом меняться с течением времени из-за изменений погодных циклов и моделей осадков, моделей, речных и геологических изменений и даже антропогенных изменений, таких как увеличение непроницаемых поверхностей на ландшафте.
Перекачка скважин может иметь большое влияние на уровень воды под землей , особенно в непосредственной близости от колодца, как показано на этой диаграмме.
Если вода забирается из земли с большей скоростью, чем она пополняется, либо за счет инфильтрации с поверхности, либо из ручьев , то уровень грунтовых вод может стать ниже, что приведет к «конусу депрессии» вокруг колодца. В зависимости от геологических и гидрологических условий водоносного горизонта воздействие на уровень грунтовых вод может быть кратковременным или продолжаться десятилетия, а также может падать на небольшую величину или на многие сотни футов.Чрезмерная откачка может настолько понизить уровень грунтовых вод, что колодцы больше не будут поставлять воду — они могут «высохнуть».
Движение воды в водоносных горизонтах
Схема, показывающая конус депрессии вокруг скважины, обычно являющийся результатом перекачки.
Кредит: Тара Гросс, USGS
Движение воды в водоносных горизонтах сильно зависит от проницаемости материала водоносного горизонта. Проницаемый материал содержит взаимосвязанные трещины или пространства, которые достаточно многочисленны и достаточно велики, чтобы вода могла свободно перемещаться.
В некоторых проницаемых материалах грунтовые воды могут перемещаться на несколько метров за день; в других местах он перемещается всего на несколько сантиметров за столетие. Подземные воды движутся очень медленно через относительно непроницаемые материалы, такие как глина и сланец. (Источник: Environment Canada)
После попадания в водоносный горизонт вода медленно движется к более низким местам и в конечном итоге выходит из водоносного горизонта из источников, просачивается в ручьи или выводится из земли колодцами. Подземные воды в водоносных горизонтах между слоями плохо проницаемой породы, такой как глина или сланец, могут удерживаться под давлением.Если такой замкнутый водоносный горизонт выкачивается из скважины, вода поднимется над верхней частью водоносного горизонта и может даже вытекать из колодца на поверхность земли. Считается, что вода, удерживаемая таким образом, находится под артезианским давлением, а водоносный горизонт называется артезианским водоносным горизонтом .
Визуализация артезианского давления
Вот небольшой эксперимент, чтобы показать вам, как работает артезианское давление. Наполните пластиковый пакет для сэндвичей водой, вставьте соломинку в отверстие, заклейте отверстие вокруг соломинки лентой, направьте соломинку вверх (но не направьте соломинку на вашего учителя или родителей! ), а затем сожмите мешочек.Через соломинку выталкивается артезианская вода.
Вы думаете, что знаете о грунтовых водах?
Пройдите наш тест «Подземные воды» верно / неверно , который является частью нашего центра активности .
Иконка викторины сделана mynamepong с сайта www.flaticon.com
Хотите узнать больше о водоносных горизонтах и грунтовых водах? Следуйте за мной на веб-сайт Принципы водоносных горизонтов Геологической службы США (USGS) США!
подземные воды | Описание и значение
Подземные воды , вода, которая встречается ниже поверхности Земли, где она занимает все или часть пустот в почвах или геологических пластах.
Их также называют подземными водами, чтобы отличить их от поверхностных вод, которые встречаются в крупных водоемах, таких как океаны или озера, или которые текут по суше ручьями. И поверхностные, и подземные воды связаны через гидрологический цикл (непрерывная циркуляция воды в системе Земля-атмосфера).
Британская викторина
Тест по подземным водам
Возможно, вы знаете все о том, что происходит с водой над землей, но что вы знаете о грунтовых водах? Проверьте свои знания с помощью этой викторины.
Далее следует краткая обработка грунтовых вод. Для полной обработки, см. гидросфера: Подземные воды.
Большая часть подземных вод поступает из атмосферных осадков. Осадки проникают под землей в почвенную зону. Когда почвенная зона становится насыщенной, вода просачивается вниз.
Зона насыщения возникает там, где все пустоты заполнены водой. Также есть зона аэрации, в которой пустоты частично заняты водой и частично воздухом.Подземные воды продолжают опускаться до тех пор, пока на некоторой глубине не сливаются с зоной плотной породы. Вода содержится в порах таких пород, но поры не связаны между собой, и вода не будет мигрировать. Процесс выпадения осадков, пополняющих запасы грунтовых вод, известен как подпитка. Как правило, подзарядка происходит только в сезон дождей в тропическом климате или зимой в умеренном климате. Обычно от 10 до 20 процентов осадков, выпадающих на Землю, попадает в водоносные пласты, которые известны как водоносные горизонты.
Подземные воды постоянно находятся в движении. По сравнению с поверхностными водами, он движется очень медленно, фактическая скорость зависит от проницаемости и емкости водоносного горизонта. Естественный отток грунтовых вод происходит через родники и русла рек, когда давление грунтовых вод выше атмосферного в непосредственной близости от поверхности земли.
Внутреннюю циркуляцию нелегко определить, но около уровня грунтовых вод среднее время круговорота воды может составлять год или меньше, в то время как в глубоких водоносных горизонтах оно может достигать тысяч лет.
Подземные воды играют жизненно важную роль в развитии засушливых и полузасушливых зон, иногда поддерживая крупные сельскохозяйственные и промышленные предприятия, которые иначе не могли бы существовать. Особенно удачно то, что водоносные горизонты, существовавшие до образования пустынь, не подвержены влиянию увеличения засушливости с течением времени. Однако отток воды приведет к истощению даже самого большого бассейна подземных вод, так что развитие, основанное на существовании водоносных горизонтов, может быть в лучшем случае только временным.
Изучите усилия правительства Намибии по обнаружению грунтовых вод с помощью специально оборудованного вертолета.
Узнайте об усилиях по обнаружению грунтовых вод в Намибии, где пресной воды мало.
Огромное количество подземных вод распределено по всему миру, и большое количество резервуаров подземных вод все еще недостаточно изучены или не исследованы. По оценкам ученых, около 5.97 квинтиллионов галлонов (22,6 миллиона кубических километров [5,4 миллиона кубических миль]) подземных вод находятся в верхних 2 км (1,2 мили) поверхности Земли. Наиболее часто исследуемые или эксплуатируемые резервуары подземных вод относятся к рыхлому обломочному (в основном, песчано-гравийному) или карбонатному типу твердых пород, встречающемуся в аллювиальных долинах и прибрежных равнинах в умеренных или засушливых условиях.
Хотя некоторые подземные воды растворяют вещества из горных пород и могут содержать следы старой морской воды, большая часть подземных вод свободна от патогенных организмов, и очистка для бытового или промышленного использования не требуется.Кроме того, запасы грунтовых вод не подвергаются серьезному воздействию кратковременных засух и доступны во многих районах, где нет надежных источников поверхностных вод.
Однако водоносные горизонты и другие запасы грунтовых вод подвержены риску химического загрязнения в результате гидроразрыва, сельскохозяйственных химикатов, протекающих или непригодных свалок и септических резервуаров, а также других точечных и неточечных источников загрязнения. Такое загрязнение может сделать грунтовые воды непригодными для использования, а очистить их дорого и трудно.
Уполномоченные обсудят резолюцию относительно управления подземными водами
Суд уполномоченных округа Хейс обсудит и, возможно, одобрит резолюцию, содержащую комментарии относительно управления подземными водами в округе Хейс.
В резолюции будут представлены комментарии относительно совместных усилий по планированию для принятия желаемых будущих условий в Зоне управления подземными водами 9. Округа в GMA 9 включают Хейс, Трэвис, Комал, Бексар, Керр, Бланко, Кендалл, Медина и Бандера.
Округ Хэйс содержит полные границы Района охраны подземных вод Хэйс Тринити, а водоносный горизонт Тринити питает и взаимодействует с рекой Бланко, которая служит основным источником воды для многих граждан графства и управляется GMA 9.
Этот год знаменует собой совместный год планирования желаемых будущих условий для GMA 9. В соответствии с разработанным постановлением, суд уполномоченных «уважительно просит районы GMA 9 пересмотреть гидрологические условия, а не сохранять неустойчивое статус-кво». Неблагоприятное экологическое воздействие нынешних ППС на весенний сток и взаимодействие между грунтовыми и поверхностными водами в последнее время стало более очевидным, более частым и серьезным. За этим последуют социально-экономические трудности, усугубляемые темпами развития, которые, похоже, только увеличиваются.
«Река Бланко, Луковый ручей и Сайпресс-Крик зависят от здоровых грунтовых вод», — говорится в резолюции. «Пришло время сохранить и защитить грунтовые воды, предпринять шаги по сокращению использования и увеличению повторного использования, а также искреннему поиску устойчивых альтернатив. Существенное сокращение средней просадки для водоносного горизонта Тринити как GMA 9 DFC сегодня является разумной и разумной возможностью ».
В других делах члены комиссии обсудят и примут возможные меры, чтобы дать персоналу указание определить подход округа Хейс к предполагаемому распределению в рамках Американского плана спасения.
Суд также примет возможные меры, чтобы разрешить Управлению по чрезвычайным ситуациям приобрести программное обеспечение Pix4Dmapper через Granite Defense Technologies, связанное с программным обеспечением для картографирования беспилотных летательных аппаратов для действий в случае бедствий и восстановления.
Согласно пакету повестки дня суда, Pix4Dmapper / React — это картографическое программное обеспечение для служб быстрого реагирования, использующих БПЛА для быстрой фиксации даты фотографии и визуализации измеримых двухмерных карт. Это программное обеспечение в основном используется при реагировании на стихийные бедствия, наводнения, лесные пожары и поисково-спасательные операции.
На исполнительном заседании члены комиссии будут консультироваться с советником и проводить обсуждения относительно покупки, обмена, аренды и / или стоимости недвижимого имущества, связанного с рекомендованными POSAC проектами парков 2020 и Open Space Bond.
В начале заседания суд примет прокламацию, объявляющую июль 2021 года Месяцем парков и отдыха в округе Хейс. Комиссары также примут прокламацию о 25-летнем юбилее деятельности Управления водоносного горизонта Эдвардса.
Вторник, собрание начинается в 9 часов утра в историческом здании суда округа Хейс — 111 E. San Antonio St. — в комнате 301. Любой, кто желает участвовать в общественном обсуждении, может отправить форму участия общественности / свидетеля клерку графства до 9 часов утра. Вторник.
Сверхчувствительные детекторы излучения обеспечивают более глубокое погружение в подземные воды
Физик Эмили Мейс использовала высокочувствительные детекторы излучения, разработанные и построенные учеными Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории, для измерения активности аргона-39 в пробах подземных вод, взятых из долины Сан-Хоакин.Предоставлено: Андреа Старр | Тихоокеанская Северо-Западная национальная лаборатория Ученые получают более глубокое понимание того, как методы ведения сельского хозяйства влияют на грунтовые воды, отчасти благодаря методу определения возраста изотопных грунтовых вод, который стал возможен благодаря сверхчувствительным измерениям радиации в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США (PNNL).
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Science Advances , физики из PNNL сотрудничали с Океанографическим институтом Вудс-Хоул, U.S. Geological Survey и Аргоннской национальной лаборатории использовать изотопное датирование для оценки возраста образцов подземных вод из долины Сан-Хоакин в Калифорнии.
Возраст подземных вод может дать важные сведения о потенциальных загрязнителях в водоносном горизонте, а также о том, как часто и из каких источников пополняется уровень грунтовых вод. Ученые используют эту информацию для прогнозирования уязвимости подземных вод к загрязнению и истощению, для лучшего понимания потока подземных вод, улучшения калибровки моделей и для информирования о практике управления водными ресурсами.
Калифорнийское исследование выявило редкую способность PNNL измерять аргон-39 для определения грунтовых вод, которые вошли в водоносный горизонт между 50 и 1000 лет назад — период времени, обычно не охватываемый другими распространенными индикаторами грунтовых вод.
PNNL — одна из двух лабораторий в мире, обладающих такой способностью.
Благодаря измерениям аргона-39 исследователи теперь лучше понимают, как сельскохозяйственные методы середины 20-го века могли изменить химический состав подземных вод и, как следствие, повлиять на надежность более традиционного метода датирования подземных вод с использованием углерода-14.
Это исследование было первым случаем, когда возможности сверхчувствительного измерения излучения PNNL использовались как часть совместного исследования для решения проблемы науки о грунтовых водах.
«Это одна из первых возможностей, которые у нас были в работе с сообществами, занимающимися подземным транспортом и гидрологами, чтобы использовать эту способность для ответа на вопрос в науке о грунтовых водах», — сказал физик и научный сотрудник лаборатории PNNL Крейг Алсет. «Это большая веха для нас, но то, как мы сюда попали, еще более интересно, потому что мы взяли части нашей фундаментальной физики и нашей работы по национальной безопасности, чтобы объединить эти возможности.
«
Аргон-39 восполняет возрастной разрыв подземных вод
«Аргон-39 заполняет недостающий элемент в составе более крупного набора радиоиндикаторов, которые помогают ученым по подземным водам лучше понять время пребывания в подземных водах — и PNNL является ключевой частью этого», — сказала Эмили Мейс, физик PNNL, участвовавший в исследовании.
Отслеживание радиоактивных изотопов, растворенных в воде, является обычным подходом к оценке возраста подземных вод.Однако исторически аргон-39 не использовался в качестве индикатора для датировки подземных вод. Длительный период полураспада благородного радиоизотопа и сверхнизкая радиоактивность затрудняют измерения с помощью обычных методов.
Аргон-39 естественным образом образуется в атмосфере и попадает в водоносный горизонт через дождевую воду.
«Глядя на уменьшение радиоактивности индикатора по сравнению с предполагаемым постоянным атмосферным уровнем, вы можете сказать, как долго эта вода не контактировала с атмосферой», — сказал Мейс.
Поскольку определенные изотопы распадаются с известной скоростью, ученые могут измерять радиоактивный распад различных индикаторов, чтобы оценить, когда вода попала в водоносный горизонт.
Углерод-14 и тритий являются одними из двух наиболее распространенных радиоиндикаторов, используемых для датирования подземных вод. Углерод-14 имеет период полураспада около 5000 лет и используется для определения воды, попавшей в водоносный горизонт от 1000 до 30 000 лет назад. Период полураспада трития составляет всего 12 лет, и он полезен для датирования молодой воды возрастом около десяти лет.
С углеродом-14 и тритием на противоположных концах временной шкалы, был большой возрастной разрыв во времени пребывания в грунтовых водах — пока PNNL не вмешалась, чтобы заполнить его.
«Аргон-39 — это индикатор среднего возраста, который заполняет этот пробел прямо посередине», — сказал Мейс. «Имея период полураспада 269 лет, он позволяет нам смотреть на вещи в масштабе 100 лет, поэтому он действительно подходит для недостающей ниши для ученых, занимающихся подземными водами».
Атмосферный аргон-39 попадает в подземные воды и начинает разлагаться.Измеряя это снижение активности аргона-39, ученые Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории могут определить, как долго вода не контактировала с атмосферой. Обладая периодом полураспада 269 лет, радиоактивный индикатор полезен для определения возраста грунтовых вод от 50 до 1000 лет — период времени, обычно не охватываемый другими распространенными индикаторами подземных вод. Кредит: Майк Перкинс | Тихоокеанская Северо-Западная национальная лабораторияИзмерения аргона-39 помогают ученым переосмыслить оценки подземных вод
Калифорнийские исследователи подземных вод использовали набор радиоактивных индикаторов, чтобы датировать пробы из 17 скважин в долине Сан-Хоакин. Этот крупный сельскохозяйственный регион в значительной степени зависит от грунтовых вод для орошения.
Включив в исследование измерения аргона-39, ученые смогли более внимательно изучить, как сельскохозяйственная деятельность середины 20-го века, такая как внесение карбонатных поправок в почву и методы орошения, влияла на высокий уровень карбонатов в водоносном горизонте и, в свою очередь, потенциально могла затемняет надежность результатов широко используемых методов датирования углерода-14.
Использование таких инструментов, как аргон-39, «обеспечивает ключевые ограничения для разделения воздействия смешения грунтовых вод и растворенного неорганического углерода на углерод-14», — говорят авторы.
Исследователи обнаружили, что обычное определение содержания углерода-14 в грунтовых водах долины Сан-Хоакин «существенно переоценивает время пребывания и, таким образом, недооценивает восприимчивость к современному загрязнению. Поскольку карбонатные поправки в почве повсеместны, другие сельскохозяйственные районы, зависящие от грунтовых вод, могут быть затронуты аналогичным образом».
PNNL — одна из немногих в мире компаний по измерению аргона-39
PNNL — одна из двух лабораторий в мире, обладающих научным опытом и специализированными инструментами для проведения измерений сверхнизкого уровня аргона-39, наблюдая за его радиоактивным распадом.Другой — Бернский университет в Швейцарии.
«Аргон-39 исторически трудно измерить по многим причинам», — сказал Алсет. «У него нет очень специфической сигнатуры (изотопного отпечатка пальца), он требует специального химического состава аргона, а уровень радиоактивности очень низок из-за длительного периода полураспада, поэтому вам необходимо измерение с очень низким уровнем фона.
«Это все, что PNNL смогла собрать воедино для этого исследования», — сказал он.
Способность PNNL измерять аргон-39 стала возможной благодаря высокочувствительным детекторам излучения, разработанным и изготовленным из сверхчистой меди учеными PNNL.Сверхчувствительные измерения производятся на глубине 60 футов под землей в неглубокой подземной лаборатории PNNL.
Объект оснащен приборами обнаружения со сверхнизким уровнем излучения, которые снижают помехи от фонового излучения или излучения, возникающего в естественной среде, на 99%.
PNNL работает с аргоном-39 в рамках программы сверхчувствительных ядерных измерений, которая включает разработку высокочувствительных средств обнаружения радиации для поддержки ядерного нераспространения в рамках миссии PNNL по обеспечению национальной безопасности.
Одна технология, несколько приложений
«Оказывается, та же технология, которую мы используем для обнаружения аргона-37 — изотопа с гораздо более коротким периодом полураспада, — чтобы предоставить инструменты для мониторинга таких вещей, как соблюдение Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, также особенно хороша для измеряет аргон-39 и идеально подходит для определения временных шкал, подобных тем, которые важны для подземных вод », — сказал Алсет, возглавляющий Программу сверхчувствительных ядерных измерений.
Aalseth сказал, что сотрудничество в области изучения подземных вод является примером того, что может произойти, когда мультидисциплинарные команды работают вместе над разработкой научно обоснованных решений, которые могут применяться для решения сложных задач в различных областях миссий — от национальной безопасности до наук о Земле и фундаментальной физики.
«Мы рассматриваем определение возраста по аргону-39 как показатель того, что еще можно сделать», — сказал он. «Например, есть другие изотопные измерения, которые могут быть очень ценными для сообщества ученых-экологов, и это мосты, которые мы очень хотели бы построить».
Разбор маршрутов пополнения водоносного горизонта вдоль горных фронтов
Дополнительная информация: Алан М.Зельцер и др., Оценки времени пребывания в подземных водах, скрытые антропогенным карбонатом, Science Advances (2021). DOI: 10.1126 / sciadv.abf3503 Предоставлено Тихоокеанская Северо-Западная национальная лаборатория
Ссылка : Сверхчувствительные детекторы излучения обеспечивают более глубокое погружение в грунтовые воды (2021 г., 17 июня) получено 22 июня 2021 г. с https: // физ.org / news / 2021-06-ультра-чувствительные-детекторы-глубже-грунтовые воды.html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.
Суперфонд по подземным водам Введение | Суперфонд
На этой странице:
Что такое грунтовые воды?
Подземные воды — это подземные воды.Он находится в трещинах, щелях и пустотах в почве, песке и камнях.
Осадки, достигающие земли, продолжают свое путешествие одним из трех способов: они попадают в водоем, стекают с суши в ближайший водоем или ливневую канализацию или просачиваются в землю и становятся грунтовыми водами.
Со временем грунтовые воды «всплывают на поверхность». Подземные воды могут всплывать, когда они:
- Пересекается с близлежащим водоемом, таким как ручей, река, озеро, пруд или океан
- Появляется на склоне холма как родник или как вода, вытекающая из придорожного скального образования в разрезе
- Извлечен из земли колодцем
Начало страницы
Как загрязняются грунтовые воды?
Подземные воды могут быть загрязнены естественными источниками или деятельностью человека.Жилая, муниципальная, коммерческая, промышленная и сельскохозяйственная деятельность может повлиять на качество подземных вод.
Загрязняющие вещества могут попадать в грунтовые воды из:
- Деятельность на поверхности земли, такая как выбросы или разливы хранящихся промышленных отходов
- Подземные источники, такие как септические системы или резервуары для хранения
- Искусственные подземные сооружения ниже уровня грунтовых вод, такие как нагнетательные скважины
- Загрязненная ливневая или оросительная вода
Начало страницы
Каковы последствия загрязненных грунтовых вод?
Когда загрязненное масло или химические отходы протекают, разливаются или небрежно выбрасываются на землю, они могут перемещаться через почву и загрязнять грунтовые воды.Если поблизости есть водопроводный колодец, он может быть загрязнен загрязненными грунтовыми водами. В некоторых случаях людям приходится искать альтернативные источники воды, потому что их колодцы загрязнены. Если поблизости протекает река или ручей, этот водоем также может быть загрязнен.
Водоносный грунт или горная порода, которые могут давать достаточно воды для использования человеком, называются водоносным горизонтом. Загрязнение, попавшее в окружающую среду, может перемещаться внутри водоносного горизонта так же, как перемещаются грунтовые воды.(Некоторые загрязнители из-за своих физических или химических свойств не всегда следуют за потоком грунтовых вод.)
Как грунтовые воды, как правило, движутся медленно, так же как и загрязняющие вещества в грунтовых водах. Хотя некоторые загрязнители нерастворимы, некоторые растворяются в грунтовых водах и текут в виде шлейфа загрязненных грунтовых вод. Размер шлейфа и скорость, с которой он движется, зависят от количества и типа загрязнителя, его растворимости и плотности, а также скорости движения окружающих грунтовых вод.
Когда грунтовые воды загрязняются, их трудно и дорого очищать, отчасти из-за движения грунтовых вод внутри водоносного горизонта.
Начало страницы
Подземные воды | Национальное географическое общество
Вода, которая спустилась с поверхности почвы и собралась в промежутках между отложениями и трещинами внутри породы, называется грунтовой водой. Подземные воды заполняют все пустые пространства под землей в так называемой насыщенной зоне, пока не достигают непроницаемого слоя породы. Подземные воды содержатся и проходят через массивы скал и отложений, называемые водоносными горизонтами. Время, в течение которого грунтовые воды остаются в водоносных горизонтах, называется временем их пребывания, которое может широко варьироваться от нескольких дней или недель до 10 тысяч лет и более.
Вершина насыщенной зоны называется уровнем грунтовых вод, а расположенная над уровнем грунтовых вод — ненасыщенная зона, где промежутки между камнями и отложениями заполнены как водой, так и воздухом. Вода в этой зоне называется почвенной влагой и отличается от грунтовых вод.
Существующие подземные воды могут выводиться через родники, озера, реки, ручьи или искусственные колодцы. Он пополняется за счет осадков, таяния снегов или просачивания воды из других источников, включая орошение и утечки из систем водоснабжения.
Для искусственного сброса грунтовых вод в водоносный горизонт необходимо пробурить скважину, а для скважины обычно требуется насос, чтобы перекачивать воду вверх из водоносного горизонта. Артезианские скважины бурятся в водоносные горизонты, которые ограничены непроницаемым слоем породы как сверху, так и снизу, и давление воды из источника подпитки, расположенного выше точки выхода из скважины, заставит грунтовые воды вытолкнуться вверх через артезианскую скважину с использованием насоса ненужный.
Одна из важных причин, по которой грунтовые воды добываются из колодцев, — это обеспечение питьевой водой.Фактически, подземные воды обеспечивают питьевой водой более 50 процентов населения США, в том числе почти 100 процентов сельского населения США. Он также используется в бытовых, промышленных и коммерческих целях, хотя большая часть подземных вод фактически используется для орошения сельскохозяйственных угодий.