Геологическая деятельность подземных вод

Рис. 1.6. Образование депрессионной воронки в уровне грунтовых вод при усиленном отборе воды из скважины: 1– водоносный горизонт; 2– уровень воды в скважине; 3– депрессионная воронка; 4– новый уровень грунтовых вод; 5– прежний уровень грунтовых вод ( до отбора) или к моноклинали, или еще к каким-нибудь структурам, в которых возможно образование напорного градиента. 

   Напорный  или гидравлический градиент

I=h/l

где h– превышение одной точки зеркала грунтовых вод над другой, а l– расстояние между ними (рис.1.7). Напорные воды обладают способностью самоизливаться и фонтанировать, т.к. находятся под гидростатическим давлением. 

Рис. 1.7. Артезианские напорные воды: 1– водоносный горизонт, 2– водоупорный горизонт, 3– фонтанирующая скважина, 4– осадки, I = h/l – напорный градиент 

   Впервые такие фонтаны воды были получены во Франции в провинции Артезия, поэтому они и стали называться артезианскими. Каждый артезианский бассейн включает в себя области: питания  напора и разгрузки. Первая область представляет собой выход на поверхность водоносного слоя, на которую выпадают все атмосферные осадки, питающие этот водоносный горизонт. Область напора заключена между двумя водоупорами– водоупорной кровлей и водоупорным ложем, а там, где водоносный слой появляется на поверхности, или вскрывается скважинами, но ниже области питания, называется областью разгрузки. Нередко в артезианских бассейнах развито сразу несколько водоносных напорных горизонта, что особенно характерно для артезианских бассейнов в межгорных впадинах, где глубины водоносных горизонтов могут превышать 1000-1500 м.

   В платформенных  областях, где артезианские бассейны большие, верхние водоносные горизонты до глубин в 200-5—м содержат преимущественно пресные воды, а ниже воды обладают уже высокой минерализацией.

   В центре Европейской части России находится  Московский артезианский бассейн, располагающийся в пологой чашеобразной впадине– Московской синеклизе. Водоносные горизонты связаны с трещиноватыми каменноугольными и девонскими известняками, а водоупорами служат прослои глин. Области питания располагаются на крыльях синеклизы. В девонских  карбонатных отложениях на глубинах от 400 до 600 м развиты минеральные воды с минерализацией 2,4-4,5 г/л. Это всем хорошо известная московская

минеральная вода. В Московском артезианском бассейне сосредоточены большие запасы пресных и промышленных вод. На всю территорию России составлены карты распространения артезианских бассейнов и подсчитаны запасы в них воды, как пресной, так промышленной и термальной.

Типы  источников

   Всем  хорошо известны выходы подземных вод  на поверхность в виде родников и ключей с холодной, вкусной водой. Родники появляются там, где происходит разгрузка водоносных горизонтов.

   Нисходящие  источники чаще всего располагаются недалеко от уреза воды в долине реки, в нижней части склонов оврагов, там где к поверхности подходят водоупорные горизонты. Источники этого типа связаны как с верховодкой, так и с грунтовыми, а также межпластовыми водами. Все они характеризуются изменяющимся дебитом, вплоть до высыхания в жаркое лето. В источниках нисходящего типа вода изливается спокойно, в виду небольшого угла наклона слоев. Нередко можно наблюдать вдоль берега реки сплошную линию сочащихся подземных вод. Нисходящие источники обычно водообильны, поэтому местами они дают начало ручьям и небольшим речкам, как происходит с карстовыми источниками, вытекающими из пещер.

   Восходящие  источники- это выходы на поверхность в местах разгрузки напорных вод, тогда как сам водоносный горизонт расположен намного ниже. Вода может подниматься вверх по трещинам или тектоническому разлому.

Вокруг минеральных источников, особенно углекислых вод, на поверхности образуется  скопление т.н. известкового туфа или травертина, иногда достигающего нескольких метров мощности. Такие травертины белого, желтоватого или розового цветов известны на г.Машук в Пятигорске, в районе Кавказских минеральных вод. Туф образуется из гидрокарбонатно-кальциевых вод, когда гидрокарбонат Ca(HCO3)2 переходит в СаСО3 при уходе в воздух СО2– углекислого газа. В травертинах часто находят отпечатки листьев растений, кости древних животных, которые постепенно обволакиваются известковым туфом.

Подземные воды и окружающая среда

   Гидрогеологические  процессы, происходящие в верхней части земной коры тесно связаны с хозяйственной деятельностью человека– водоснабжением, эксплуатацией городских агломераций, обоснованием строительства и т.д. Именно в области прикладной геологии очень важно понимать существо природно-технического взаимодействия, усиливающегося техногенного пресса на геологическую среду.

   Одной из важных задач прикладной геологии является обоснование водозабора для хозяйственно-питьевого водоснабжения, а, сейчас, особенно, м оценка качества воды. Какое количество воды можно извлечь из данного водоносного слоя? Как при этом изменится уровень грунтовых вод? Какова будет депрессионная воронка и как быстро она

сформируется? Какова должна быть ширина зоны санитарной охраны? На все эти вопросы 

надо дать ответ.

   В связи  с отбором воды из водоносных горизонтов разного типа, изменяется водный режим ландшафтов, изменение растительности, поверхностный сток, напряженно-деформированное состояние водонасыщенных горных пород. Понижение уровня грунтовых вод приводит к угнетению лесов, к осушению и возгоранию летом торфяников, к уменьшению поверхностного водного стока и обмелению небольших рек, эвтрофикации мелеющих озер, оседанию отдельных участков земной поверхности. Поэтому необходим мониторинг влияния водоотбора на окружающую среду, а также геофильстрационное моделирование потока подземных вод.

   Для многих городов характерно подтопление  территорий, т.е. повышение уровня грунтовых вод за счет повышенной инфильтрации осадков, утечек промышленных вод, искусственного орошения. Такое подтопление вызывает усиление оползневых явлений, суффозии (вымывания), уменьшение прочностных свойств грунтов. Поэтому необходимо проводить дренаж, чтобы снизить уровень грунтовых вод.

   Другая  опасность– это техногенное загрязнение подземных вод из атмосферы в виде твердой и жидкой фаз, закачка промышленных стоков, утечки из систем канализации, свалки, нефтепродукты и другие способствуют проникновению токсичных веществ сначала в зону аэрации, а потом и в водоносные горизонты.

Рис. 1.8. Загрязнение водоносного горизонта за счет просачивания вод из района свалки: 1– зеркало грунтовых вод, 2– направление движения грунтовых вод, 3– свалка, 4– дождь 
 

   Все сказанное  выше свидетельствует об уязвимости водоснабжения населения в связи  с усиливающимся техногенным загрязнением. Существует еще много очень важных вопросов, касающихся прикладной гидрогеологии. Отсюда следует очевидный  вывод о том поистине жизненном значении, которое приобретает наука о подземных водах.