Общая гидрогеология

Река

Длина

(км)

Площадь бассейна

(тыс.)

Средний расход воды(тыс.)

Расход наносов(млн.год)

Хуанхэ

Ганг

Брахма-путра

Янцзыц-зян

Амазонка

Инд

Иравади

Мисси-сипи

Меконг

Амуда-арья

Нил

Волга

4700

2700

2900

6300

6400

3200

2200

6000

4500

2500

6700

3500

672

956

666

1942

5775

969

430

3269

795

309

2870

1360

3,3

11,7

19,2

22,0

175,0

5,6

13,6

18,4

11,0

2,0

2,7

7,7

1820

1450

725

500

500

435

300

300

170

96

62

18

Регулярно наступают периоды,когда расходы воды в реке минимальны-в сухую или морозную погоду(меженный период, межень) .С расходом воды связан и расход наносов каждой реки-суммарное количество проносимых рекой минеральных и органических веществ за какой-либо промежуток времени

Что полезно знать?
Меандры.

Если бы эрозия длилась с той же скоростью в течение каких-нибудь 14 млн.лет,всятерритория США оказалась бы на одном уровне с морем.

К счастью, ландшафтообразование происходит под воздействием многих геологических процессов, поэтому не похоже, чтобы материки исчезли под океанической водой в результате эрозии.

Воды суши формируется под влиянием сложного взаимодействия физико-географических факторов. Во многих случаях существенное воздействие на естественный режим оказывает хозяйственная деятельность человека.

Физико-географические факторы, определяющие режим вод суши, могут быть разделены на две основные группы:

1) метеорологические (главным образом осадки, солнечная радиация, температура воздуха и почвы, испарение с поверхности воды и почвы);

2) факторы подстилающей поверхности.

К последним относится геологическое строение водосбора, почвенный и растительный покров, расчлененность рельефа и, в частности, степень развития гидрографической сети и глубина ее эрозионного вреза, озера и болота, площадь и форма водосбора, длина и уклон реки.

Климатические условия являются решающими для формирования общей водности территории и, следовательно, расположенных в пределах ее водных объектов. Однако на распределение этой водности внутри года, на формирование наиболее высокого или, наоборот, наиболее низкого стока в ряде случаев важное и даже решающее влияние могут оказывать местные физико-географические особенности водосборов, например лесистость, заболоченность, рельеф, озерность водосборов, строение почво-грунтов и пр.

Влияние подстилающей поверхности может быть настолько существенным, что все присущие данным климатическим условиям особенности режима вод суши теряются полностью. Например, сильное развитие карста в бассейне реки может привести к тому, что высокое весеннее половодье, характерное для данной климатической зоны, не будет выражено на такой реке. Наоборот, резкое снижение водности, обычно наблюдающееся в летний период, для рек карстовых областей нехарактерно. Аналогичное влияние на режим рек оказывают и озера, расположенные в пределах водосборной площади реки.

Чем больше интервал времени и чем больше территория, тем в меньшей степени сказывается непосредственное влияние подстилающей поверхности на водность находящихся на этой территории водных объектов.

1.3 Подземные воды гидросферы

По условиям залегания выделяют три типа подземных вод: верховодку, грунтовые и напорные, или артезианские.

Верховодкой называются подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения и дебита. Обычно верховодка приурочена к линзам водоупорных или слабо проницаемых горных пород, перекрываемых водопроницаемыми толщами. Верховодка занимает ограниченные территории, это явление – временное, и происходит оно в период достаточного увлажнения; в засушливое время гола верховодка исчезает. Верховодка приурочена к первому от поверхности земли водоупорному пласту. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, в дождливые сезоны развивается заболачивание.

К верховодке нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя. Почвенные воды представлены почти связанной водой. Капельно-жидкая вода в почвах присутствует только в период избыточного увлажнения.

Грунтовые воды. Грунтовыми называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. Обычно они приурочены к выдержанному водонепроницаемому пласту и характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твёрдых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод представляет собой неровную поверхность, повторяющую, как правило, неровности рельефа в сглаженной форме: на возвышенностях он ниже, в пониженных местах – выше. Грунтовые воды перемещаются в сторону понижения рельефа.

Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям. Как отмечалось выше, на него влияют различные факторы: количество и качество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова, хозяйственная деятельность человека и многое другое.

Грунтовые воды, накапливающиеся в аллювиальных отложениях – один из источников водоснабжения. Они используются как питьевая вода, для полива. Выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.

Напорные, или артезианские воды. Напорными называют такие 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. Область питания у артезианских вод обычно лежит выше области стока воды и выше выхода напрных вод на поверхность Земли. Если в центре такой чаши, или мульды, заложить артезианскую скважину, то вода из нее будет вытекать в виде фонтана по закону сообщающихся сосудов.

Размеры артезианских бассейнов бывают весьма значительными – до сотен и даже тысячи километров. Области питания таких бассейнов зачастую значительно удалены от мест извлечения воды. Так, воду, выпавшую в виде осадков на территории Германии и Польши, получают в артезианских скважинах, пробуренных в Москве; в некоторых оазисах Сахары получают воду, выпавшую в виде осадков над Европой.

Артезианские воды характеризуются постоянством дебита и хорошим качеством, что немаловажно для её практического использования.

2.0 Взаимодействие поверхностных вод и подземных

Подземные воды служат надежным источником питания рек. Они действуют круглый год и обеспечивают питание рек в зимнюю и летнюю межень (или при низких уровнях стояния горизонта воды), когда поверхностный сток отсутствует.

При сильно замедленных скоростях движения грунтовых вод, по сравнению с поверхностными, подземные воды в речном стоке выступают как регулирующий фактор.

Также, при сильно замедленных или небольших скоростях движения грунтовых вод, на реках Крайнего Севера при низких температурах воздуха, наблюдается перемерзание (полное или частичное) реки, и тогда вода заходит с подпорной части того водоема, в которую впадает река (это может быть главная река, море, озеро и т.п.). Такие явления наблюдаются, например, в п. Нижнеянск, который находится в 25 км от устья р.Яны, где в период стояния низких температур и полного перемерзания реки на перекатах, с подпора в русло реки выше по течению от места перемерзания, заходит соленая вода из Северного Ледовитого океана.

Количественной мерой питания служит значение подземного стока, который, в свою очередь, характеризуется так называемым модулем подземного стока: М_подз. = К•М₀/100,

где М_подз. – модуль подземного стока, л/сек с 1 км² водосборной площади;

М₀ – средний многолетний модуль общего стока, л/сек с 1 км² поверхностного водосборного бассейна;

К – модульный коэффициент, показывающий процент подземного стока в общем стоке и определяемый по формуле К=М_min/М₀,

где М_min - минимальный модуль стока, л/сек с 1 км² поверхностного водосборного бассейна, определяемый по зимнему расходу реки и равный модулю подземного стока, т.к. реки зимой питаются преимущественно подземными водами.

Модуль подземного стока является надёжным показателем для оценки водоносности горных пород, распространённых на площади водосборного бассейна какой-либо реки, т.к. он представляет собой то количество подземной воды (в л/сек), поступающее в реку с 1 кв. км того или иного водоносного горизонта, дренируемого рекой.

Кроме этих формул, величина подземного стока может быть определена гидрохимическим методом (по А.Т. Иванову): ,

где Q_подз – годовой объём подземного стока;

Q₀ – годовой объём речного стока;

с - концентрация какого-либо компонента (например, хлора) в речной воде в период наблюдений;

c₁ – концентрация того же компонента в подземных водах в тот же период;

c₂- концентрация того же компонента в поверхностных водах в тот же период.

Согласно Б.И. Куделину, для более точного расчёта подземного стока малых и средних рек предлагается различать четыре типа питания рек подземными водами:

a)Питание грунтовыми водами, гидравлически не связанными с рекой;

b)Питание грунтовыми водами, гидравлически связанными с рекой;

c)Смешанное грунтовое питание (a+b);

d)Смешанное грунтовое и артезианское питание (a+b+c).

Согласно этих данных Б.И. Куделиным были предложены формулы для определения слоя h_подз и коэффициента подземного стока б_подз. Слой подземного стока выражается в миллиметрах в год (или любой другой единице времени) с одного квадратного километра площади подземного бассейна и рассчитывается как: ,

где h_подз – слой подземного стока, мм/год;

Q_подз – объем подземного стока с площади бассейна, м³/год;

F – площадь бассейна, м².

Коэффициент подземного стока б_подз представляет собой отношение подземного стока к осадкам, выпавшим на площадь данного речного водосборного бассейна, и показывает ту часть осадков, которая идёт на питание подземных зон весьма интенсивного водообмена в бассейне: , где x – слой осадков, мм/год.

Расчёты подземного стока обычно обобщаются в виде карт подземного питания, коэффициентов и модулей подземного стока, отражающих естественные ресурсы различных видов подземных вод, развитых в пределах малых и средних речных бассейнов и их отдельных районов и участков

3.0 Формирование гидрохимического состава подземных вод

Формирование химического состава подземных вод в естественных природных условиях определяется общими геолого-тектоническими, природными ландшафтно-климатическими и литолого-фациальными условиями.

·зона активного водообмена, где подземные воды находятся под непосредственным воздействием природных факторов, в условиях интенсивной циркуляции и дренажа. Основные факторы, определяющие химический состав, минерализацию подземных вод и мощность верхней зоны – климат, условия дренированности территории, почвенно-растительный покров, литологический состав водовмещающих пород, а также рельеф дочетвертичной поверхности. В этой зоне формируются как грунтовые, так и напорные воды в четвертичных отложениях, а также верхней части палеозойских и мезозойских пород. Преобладающая мощность зоны пресных вод 50-80 м. Максимальная мощность пресных вод 80-120 м наблюдается в западной части артезианского бассейна.

Водоносные горизонты верхней зоны содержат пресные воды с минерализацией до 1 г/л преимущественно гидрокарбонатные кальциевые, реже сульфатные натриевые. На отдельных участках зона пресных вод полностью отсутствует или спорадически встречается лишь в четвертичных отложениях. На этих участках в дочетвертичных породах распространены соленые воды с минерализацией 1-3 г/л сульфатного или хлоридного состава. Сульфатные воды развиты на площадях, где под четвертичным покровом распространены нижнепермские и уфимские гипсы и ангидриты, а также на юге и юго-востоке Вологодской области в глинисто-мергелистых огипсованных отложениях татарского яруса. Влияние рельефа доледниковой поверхности сказывается на формировании хлоридных натриевых вод с минерализацией 10-50 г/л на севере и северо-западе Архангельской области в переуглубленных долинах кембрийских образований. На этих участках развита только третья гидрохимическая зона.

·зона затрудненного водообмена, где поверхностные факторы еще оказывают влияние на формирование химического состава подземных вод, но интенсивность этого воздействия незначительна, при этом проявляется влияние глубинных факторов. В этой зоне формируются воды с минерализацией 1-50 г/л, неустойчивого химического состава, отличающегося большим разнообразием. Воды данной зоны приурочены к толще отложений, залегающих ниже местного базиса эрозии, преимущественно к пермским отложениям, лишь на западе и северо-западе Архангельской области к более древним образованиям. Подошва данной зоны залегает на глубине от 250 до 600 м. Максимальная ее глубина приурочена к территориям, где под четвертичными отложениями залегают трещиноватые и закарстованные карбонатные отложения с мощной зоной пресных вод и участки с антиклинальными поднятиями в пермских породах, где также увеличена зона инфильтрации пресных вод за счет тектонических нарушений в структурных поднятиях. В пределах глубин 100-250 м распространены воды с минерализацией 1-10 г/л сульфатные кальциево-магниевые и сульфатно-хлоридные натриевые и сульфатно-гидрокарбонатные кальциевые. На глубинах 250-600 м соленые воды с минерализацией 10-50 г/л хлоридно-сульфатного натриево-кальциево-магниевого состава с высоким содержанием брома до 100 мг/л.

·Зона весьма затрудненного водообмена, где подземные воды находятся под воздействием глубинных факторов. В этой зоне формируются рассолы с минерализацией 50-270 г/л и более, в основном хлоридного натриевого состава. Зона рассолов имеет преимущественное развитие в Северо-Двинском артезианском бассейне. К рассолам приурочены бромные воды с содержанием брома до 1,5 г/л (Солигалич). Формирование рассолов связано, прежде всего, с палеогидрогеологическими условиями развития Северо-Двинского артезианского бассейна: морские условия осадконакопления неоднократно сменялись континентальными, на отдельных этапах были широко распространены замкнутые морские бассейны. В дальнейшем и в настоящее время в условиях высоких температур и давлений больших глубин активно протекают окислительно-восстановительные и обменно-адсорбционные процессы, приводящие к метаморфизации рассолов.

4.0 Техногенное воздействие на подземные воды

В связи с глобальным загрязнением поверхностных вод централизованное водоснабжение все в большей степени ориентируется на подземные воды. Однако в условиях растущей техногенной нагрузки на окружающую среду и подземные воды подвергаются загрязнению. Техногенные компоненты обнаруживаются уже не только в верхних, слабо защищенных, водоносных горизонтах, но и в глубоких артезианских резервуарах.

Под антропогенным загрязнением подземных вод понимают ухудшение качества воды (химических, физических, биологических свойств). Антропогенное влияние на подземные воды стало особенно ощутимым в текущем столетии в связи с развитием и интенсификацией промышленности и сельского хозяйства, ростом крупных городов и расширением урбанизированных территорий. Оно проявляется в истощении запасов подземных вод и ухудшении их качества; при этом в подземных водах может увеличиться содержание компонентов, характерных для природных подземных вод (хлориды, сульфаты, железо и др.), но могут также появиться компоненты и соединения, связанные исключительно с деятельностью человека — поверхностно-активные вещества, ядохимикаты, синтетическая органика и др.

Понятие "загрязнение" относится, прежде всего, к подземным водам питьевого назначения. Качество воды питьевого назначения должно удовлетворять гигиеническим нормам, предусматривающим безопасность воды в эпидемическом отношении, безвредность химического состава и благоприятные органолептические свойства. Соответственно этому государственным стандартом установлены показатели качества воды: 1) микробиологические; 2) содержания токсических химических веществ; 3) органолептические.

Химическое загрязнение подземных вод связано с поступлением промышленных сточных вод, утечками технологических жидкостей, растворением атмосферными осадками сырья, твердых отходов и продуктов промышленности, загрязнением атмосферного воздуха, неправильным использованием сельскохозяйственных удобрений и ядохимикатов. Для современного промышленного производства характерно разнообразие состава сырья, продуктов, сточных вод, отходов (именно это определяет многочисленность веществ, которые могут поступать в водоносный горизонт). На участках химического загрязнения в подземных водах обнаружены тяжелые металлы, нефтепродукты, синтетические органические соединения, хлориды, сульфаты, фтор, мышьяк, азот и многие другие вещества. Показатели химического состава и химических свойств воды, которые целесообразно определять в районе воздействия сточных вод и отходов, специфичны для различных предприятий.

Биологическое загрязнение подземных вод вызывается микроорганизмами, поступающими при инфильтрации фекальных и коммунально-бытовых сточных вод из выгребных ям, канализационной сети, скотных дворов, полей фильтрации, а также при использовании береговыми водозаборами загрязненных речных вод. Из мелководных водохранилищ и прудов-охладителей с теплой водой могут проникать сине-зеленые водоросли и другая микрофлора по водоносному горизонту в водозаборные скважины, находящиеся на расстоянии десятков метров и более от берега. Эти микроорганизмы вызывают обрастания трубопроводов, резервуаров и ухудшают качество воды.

Разнообразные органические вещества, поступающие в подземные воды с коммунально-бытовыми сточными водами и отходами, а также из отходов пищевой промышленности, стимулируют интенсивный рост и активность микроорганизмов в водоносном горизонте, что приводит к дополнительному ухудшению качества воды.

Радиоактивное загрязнение подземных вод ураном, радием, стронцием, цезием и другими элементами в основном является следствием ядерных взрывов, поступления сточных вод с предприятий, добывающих или использующих радиоактивные вещества.

Тепловое загрязнение подземных вод возникает на участках прудов-охладителей нагретых промышленных вод, при сбросе в скважины нагретых вод из систем кондиционирования, а также на участках, где береговые водозаборы используют речные воды с повышенной температурой из-за сброса в реку горячих сточных вод.

Загрязнение подземных вод не является локальным процессом, оно тесно связано с загрязнением окружающей природной среды в целом. Содержащиеся в подземных водах зоны активного водообмена загрязнения в конечном итоге попадают в реки и озера (области разгрузки).

Загрязнение пресных подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения, не только сказывается на здоровье людей и состоянии окружающей среды, но и приводит к необходимости колоссальных затрат на очистку воды, ремонт и реконструкцию очистных сооружений, дополнительных затрат на здравоохранение. Это происходит на фоне недостаточной изученности и состояния загрязнения, и влияния многих вредных компонентов на здоровье людей и животных, и неразвитости методов исследований многих новых видов загрязнения.

списоклитературы

[1]Новиков Ю.В., Сайфутдинов М.М. Вода и жизнь на Земле. – М.: Наука, 1981. – 184 с.

[2]Киссин И.Г. Вода под землёй. – М.: Наука, 1976. – 224 с.

[3]Бондарев В.П. Геология. Курс лекций: Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования. – М.: Форум: Инфра М., 2002. – 224 с.

[4]Горошков И.Ф. Гидрологические расчёты. – Л.: Гидрометеоиздат, 1979. – 432 с.

[5]Черданцев В.А., Пивон Ю.И. Методические указания по дисциплине: «Гидрология». – Новосибирск: НГАЭиУ, 2004, 112 с.

[6]Справочное руководство гидрогеолога. В 2 томах. Под ред. В.П. Якуцени. – Л.: Недра, 1967. – Т.1. – 592с.