Курсовая работа: Геологическая деятельность подземных вод

Рис. 5. Различные случаи соотношения поверхностных и

грунтовых под (но М. Л. Вевиоровской):

А—зеркало грунтового потока наклонено к реке (обрат­ное соотношение наблюдается только в период паводков);

Б—зеркало грунтового потока наклонено от реки, питание грунтовых вод происходит за счет инфильтрации реч­ных вод; 1— водопроницаемые породы; 2 — водонепрони­цаемые породы; 3 — уровень грунтовых вод

Эта зона характеризуется периодическим смачиванием и осушением; 3) зона полного насыщения между наинизшим уровнем грун­товых вод и водоупорным ложем (рис. 4). Вместе с изменением уровня грунтовых вод изменяется дебит источников и химический состав воды. В природных условиях наблюдается гидравлическая связь грунто­вых вод с поверхностными водотоками, или водоемами (реками, озера­ми, и т. п.).

В районах с влажным и умеренным климатом реки как правило дренируют грунтовые воды, зеркало которых наклонено к реке. Однако соотношение уровней грунтовых и речных вод изменяется в разноевремя года. Во время паводков в реке, когда уровень воды в ней резко повышается, происходит поднятие уровня грунтовых вод в прибрежной полосе и возникает обратный уклон его (от реки) (рис. 5, А). При спаде уровня паводковых вод уровень грунтовых вод в прибрежной по­лосе также снижается и в конце концов приобретает свой обычный уклон.

В районах с засушливым климатом часто наблюдается обратная картина, уровень грунтовых вод понижается от реки и, следовательно, питание их происходит речны­ми водами (рис. 5, Б). Это имеет место у рек Амударьи и Сырдарьи и других, получаю­щих основное питание от тая­ния ледников и снега в горах. При пересечении ими пустын­ных пространств, они теряют часть своего расхода на пита­ние подземных вод. Следует отметить, что в настоящее вре­мя для многих районов факто­ром, оказывающим существен­ное влияние на режим грунто­вых вод, является хозяйствен­ная деятельность человека (отбор воды для -водоснабже­ния промышленных предприя­тий и населенных пунктов, мелиоративные мероприятия, гидротехническое строительство и т. п.). Изменение режима грунтовых вод имеет большое практическое значение при решении ряда народнохозяйственных задач, поэтому изу­чению его уделяется огромное внимание. При решении вопроса о водо­снабжении какого-либо населенного пункта необходимо учитывать наи­более низкое положение уровня грунтовых вод, ниже которого и следует закладывать эксплуатационные скважины и колодцы. Иначе нужно подходить к оценке изменения уровня грунтовых вод при строительстве различного рода сооружений. Здесь особое значение приобретает пра­вильная оценка возможных повышений уровня. Всякое заключение о влиянии грунтовых вод на фундаменты сооружений должно учитывать сведения о наиболее высоком стоянии грунтовых вод для данной мест­ности. При устройстве различных водохранилищ необходимо учиты­вать величину подпора грунтовых вод в берегах и его влияние па раз­личные сооружения. В комплекс исследований подземных вод неотъем­лемой частью входит изучение их режима во времени. Исследования сводятся к длительным (многолетним) стационарным наблюдениям над уровнем грунтовых вод, их температурой, химическим составом, над количеством выпадающих атмосферных осадков и температурой воздуха и над изменением уровня воды в поверхностных водоемах и реках, с которыми обычно связаны грунтовые воды. В настоящее время в раз­личных районах СССР организованы и работают специальные,государ­ственные режимные гидрогеологические станции и, кроме того, сущест­вует много ведомственных станций.

Рис. 6. Схема залегания межпластовых ненапорных вод:

1 — водонепроницаемые породы; 2 — водо­проницаемые породы; 3 — грунтовые воды; 4 — межпластовые воды; 5 — область пита­ния; 6 — источник

Безнапорные межпластовые воды. Помимо грунтовых вод иногда выделяются безнапорные межпластовые воды, отличаю­щиеся от грунтовых вод тем, что находятся между двумя выдержанны­ми ведоупорными пластами (рис.6). Питание их происходит не на всей площади распространения водоносного слоя, а только в месте вы­хода его на поверхность (а).

Обычно такие воды развиты в условиях расчлененного рельефа и залегают, выше базиса эрозии (местной гидро­графической сети). «Они не заполняют полностью водоносного слоя, не имеют соприкосновения с водонепроницаемой кровлей и характеризуют­ся свободной ненапорной поверхностью. На береговых склонах оврагови рек часто образуются источ­ники, или родники, при вскры­тии контакта водоносных и во­доупорных пород. Таким обра­зом, межпластовые воды явля­ются проточными и по услови­ям передвижения аналогичны грунтовым нисходящим водам,, подчиняющимся законам силы тяжести.

Рис. 8.7. Схема залегания артезианских вод:

1 — область питании; 2—водоносный слой; 3— одотчфоппцаеыые слон; 4 — самоизливающийся колодец; 5— колодец, в котором напорная вода не изли­вается; 6 — пьезометрический уровень напорных вод (рис. Н. П. Костенко)

Напорные, или артезиан­ские, межпластовые воды. К напорным водам относятся, воды, залегающие между дву­мя водонепроницаемыми плас­тами горных пород ниже бази­са эрозии.

Артезианские воды полу­чили свое название от провин­ции Артуа (фр. artesien) во Франции, которая в древности называлась Артезия. Там впер­вые в Европе в 1226 г. при помощи трубчатых колодцев получена самоизливающаяся подземная вода.

Наиболее благоприятные условия для формирования напорных вод создаются в пределах раз­личных прогибов земной коры, а также при моноклинальном залегании горных пород? В первом случае (рис. 8.7, 8,8, I) водоносные слои изогну­ты, в виде мульды или чаши.< Областью питания подземных вод является место выхода водоносного слоя на поверхность. Атмосферные воды, поступая в водопроницаемые слои путем инфильтрации или инфлюации (лат. influo — втекаю), движутся к центральным частям мульды и за­полняют весь водоносный слой, находясь под гидростатическим давле­нием. Если выкопать колодцы или пробурить скважины до водоносного слоя, то подземная вода после ее вскрытия поднимется на значительную высоту.

Рис. 8.8. Разрез артезианского бассейн при мульдообразном (/) и моноклинально) (//) залегании пород:

а —область питания; б —область напора в — область разгрузки; М — мощность артезиаыского горизонта, Н, и Н2 — величинь напора; 1 — водоносные породы; 2 — водонепроницаемые породы; 3 — пьезометрический уровень. Стрелками показано направление движения артезианских вод

В колодцах, заложенных на более низких по рельефу участ­ках, вода будет самоизливаться на поверхность, или, как принято говорить, фонтанировать (колодец 4 на рис. 7), в других же остано­вится на какой-то глубине от поверхности (колодец 5). Подъем воды в колодцах бывает различный и зависит от высоты расположения об­ластей питания. Плоскость, проходящая через области питания (с уче­том потери части напора при движении подземных вод), определяет высоту напора воды в данном месте. Этот напорный уровень называют пьезометрическим уровнем, выше которого вода не может подняться. Пьезометрический уровень обычно выражают в абсолютных отметках по отношению к уровню моря.

В ряде геологических структур, заключающих артезианские воды, выходы водоносного слоя на поверхность расположены на различной гипсометрической высоте. В этом случае отдельные части структуры характеризуются различными гидрогеологическими условиями. На пло­щади более высокого выхода на поверхности водоносного слоя происходит питание напорных вод (область питания), на площади более низкого выхода слоя напорные воды выходят в виде источников, т. е. разгру­жаются (область разгрузки). Площадь, расположенная между областя­ми питания и разгрузки, называется областью напора (рис. 8, /).

Подземная вода может оказаться под гидростатическим напором и при моноклинальном, или односклопном, залегании пород, особенно в условиях частой смены пород (рис. 8, //), т. е. смены водопроницае­мых пород водонепроницаемыми. Вода, поступившая из области пита­ния в водопроницаемые породы, постепенно передвигается по падению слоя и, наконец, достигает глин, не находя далее выхода. Происходит накопление ее в водоносном слое и она оказывается под гидростатическим давлением. Если вскрыть воду колодцем, то она будет обладать напором и поднимется примерно до высоты питания. Подобные же скопления напорных вод возможны в районах тектонических сбросов, когда по линии сместителя водоносные слои оказываются в контакте с водонепроницаемыми породами.

При чередовании водопроницаемых и водонепроницаемых пород, или пород разной проницаемости, в таких структурах могут находиться несколько напорных водоносных горизонтов.

Рассмотренное формирование подземных вод вследствие инфильт­рации имеет особенно важное значение в верхних напорных водоносных горизонтах, где наблюдается активный водообмен. К этим горизонтам обычно приурочены подземные воды, пресные или слабо солоноватые. В то же время в глубоких водоносных горизонтах напорные воды всегда соленые, нередко рассолы. А. А. Карцев (1969), Н. Г, Киссин (1967) и другие исследователи отмечают в этих условиях большую роль седиментогенных вод в питании крупных бассейнов напорных вод. По их представлениям, в местах наибольшего прогибания земной коры питание напорных вод происходит путем выжимания седимеитационных вод из алеврито-глинистых отложений под действием геостатического давле­ния, созданного нагрузкой накапливающихся выше отложений. Под давлением глинистые породы испытывают значительное уплотнение ивода, присутствующая в них, выжимается в водопроницаемые слои (пески и др.). уплотнение которых незначительно.

• Л р т е з и а п с к и е б а с с е и н ы. Геологические структуры более или менее значительных размеров, содержащие в себе напорные меж­пластовые воды, называют а р т с з и а н с к и м и б а с с с н п а м и. Обыч­но они содержат большие запасы воды, которая широко используется в городах для питьевых и технических целей. В ряде крупных городов напорные воды являются одним из основных источников водоснабже­ния. На территории СССР имеется несколько обширных артезианских бассейнов, приуроченных к мульдообразным или чашеобразным проги-

Рнс. 8.9. Схематический разрез Диепровско-Донецкого артезианского бас­сейна (по К. И. Макову):

/ — песок; 2 — глина; 3 — мел и мергель; 4 — глина с песком; 5 — кри­сталлические породы

бам земной коры, а также к моноклиналям, в которых водопроницае­мые и водонепроницаемые слон чередуются друг с другом.

Наиболее известным и имеющим огромное значение в водоснабже­нии городов и селений центральной части европейской территории Союза являются М о с к о в с к п и артезианский б а с с е и н. На­порные воды приурочены здесь к трещиноватым, местами закарстован-ным известнякам и доломитам каменноугольного возраста. Общая мощность каменноугольных отложений в центральной части Москов­ской впадкны достигает 150—320 м, а к северо-восточной части — 400 м. Напорные воды приурочены здесь к отложениям всех трех отделов — нижпекаменноуголыюму, средпекаменпоуголыюму и верхнекаменно­угольному — и образуют несколько водоносных комплексов, изолирован­ных друг от друга глинистыми слоями. Напорные воды этих горизонтов отличаются хорошими качествами и широко используются в ряде мест и в самой Москве для питьевого и промышленного водоснабжения. Области питания этих водоносных горизонтов располагаются на западе, юго-западе, юге и востоке артезианского бассейна.

В более г