7. Гидрогеология

Как известно, гидросфера включает в себя весь Мировой океан, всю криосферу, литосферные воды и пар в атмосфере. Воды литосферы делятся на поверхностные и подземные. Предметом гидрогеологии и являются подземные воды. Гидрогеология – это наука, изучающая подземные воды литосферы.

7.1. Происхождение и состав подземных вод

Подземные воды появились примерно тогда же, когда появилась гидросфера Земли. С тех пор верхняя часть литосферы (до глубин примерно 200 км) в той или иной степени насыщена водой. Вода в литосфере в жидком виде встречается до глубины залегания критической температуры, т.е. такой температуры, при которой при данном давлении вода превращается в пар. Глубина этой границы составляет от 8 до 40 км, в среднем – 12 км. Наибольшую роль в гидрологическом цикле играют воды, расположенные близко к поверхности, поскольку эти воды имеют т.н. разгрузку (сток) в реки, моря, водоемы и могут перемещаться довольно активно. Зону, в которой залегают такие воды, называют зоной активного водообмена. Выделяют также вторую гидродинамическую зону, расположенную ниже, и имеющую связь с морями, океанами и руслами наиболее глубоких рек. Зона активного водообмена питается водой в основном за счет инфильтрации атмосферных осадков. Как формируются воды второй зоны, науке пока достоверно неизвестно.

Химический состав подземных вод неоднороден. Например, в зонах избыточного увлажнения эти воды преимущественно пресные гидрокарбонатные, в зонах недостаточного увлажнения – более соленые сульфатные и сульфатно-хлоридные. Важной составляющей подземных вод являются растворенные газы. Наиболее распространены азот, кислород, углекислый газ, водород.

7.2. Залегание подземных вод и их классификация.

Условия залегания подземных вод связаны с геологическим строением территории, наличием и глубиной залегания водонепроницаемых пород (водоупоров). В результате формируются условия для накопления вод. Вода может занимать не всю толщу водоносного горизонта, а лишь его часть, что формирует уровень свободной поверхности – зеркало подземных вод.

В водоносном слое может как присутствовать, так и отсутствовать гидростатическое давление. В первом случае воды являются безнапорными, во втором – напорными. Если скважиной вскрыть напорную воду, она будет подниматься в скважине или даже изливаться на поверхность в виде фонтана. Это как правило межпластовые воды, находящиеся в пластах горных пород, ограниченных двумя водоупорными слоями - кровлей (верхний водоупор) и ложем (нижний водоупор). Если межпластовые воды полностью заполняют породу между двумя водонапорными слоями и находятся под гидростатическим давлением, они называются напорными межпластовыми или артезиан­скими водами. Артезианские воды формируются в определенных геологических структурах (синеклизах, прогибах, впадинах и т.д.). Нередко они занимают огромные по площади бассейны (артезианские бассейны), площадь их достигает миллиона квадратных километров, а глубина залегания до 1-2 км. Химические свойства артезианских вод различны, они могут быть как пресными, так и солеными.

Безнапорные воды чаще всего встречаются близко к поверхности и делятся на три вида - почвенные, почвенно-грунтовые и грун­товые. Если вскрыть безнапорные воды, вода будет стоять в скважине на уровне зеркала, или же, если зеркало совпадает с поверхностью, изливаться в виде родника.

Почвенные воды представляют собой вид подземной воды, со­держащейся в почвенной толще, гидравлически не связанной с нижележащими грунтовыми водами. В большинстве случаев они находятся в парообразном, гигроскопическом и пленочном со­стоянии. Однако после весеннего таяния снега или продолжитель­ных дождей в результате инфильтрации поверхностных вод влаж­ность почв может достигнуть полной влагоемкости. В этом случае почвенные воды будут находиться в гравитационном состоянии.

Обычно в почвенной толще различают несколько слоев с раз­личной скважностью, уменьшающейся от поверхности в глубь почвы. Скважность – это наличие капиллярных пор и пустот, включая и крупные полости (трещины, каналы). На границе смежных слоев почвы с различной скваж­ностью происходит замедление инфильтрации вод, в результате чего образуется временное скопление гравитационной воды, часть которой стекает в направлении уклонов почвенных слоев, образуя почвенный сток.

Почвенно-грунтовые воды - подземные воды водоносного пла­ста (горизонта), поверхность или капиллярная зона которого по­стоянно или периодически находится в почвенной толще. Как сле­дует из определения, почвенно-грунтовые воды являются и грунто­выми, и в то же время почвенными. В тех случаях, когда зеркало почвенно-грунтовых вод расположено в почвенной толще, может наблюдаться сток как почвенных, так и грунтовых вод в направ­лении уклона почвенных слоев и водоупорного ложа.

Грунтовые воды представляют собой вид безнапорных под­земных вод первого от поверхности постоянно существующего во­доносного горизонта, лежащего ниже почвенного слоя и имеющего свободную поверхность, давление на которую равно атмосферному. Если между водоносным горизонтом и поверхностью земли линзообразно залегают водоупорные породы, то при ин­фильтрации поверхностных вод на них образуются временные во­доносные горизонты, не имеющие сплошного распространения. Подземные воды этих локальных водоносных горизонтов, называе­мые верховодкой, периодически накапливаются за счет интенсивной инфильтрации поверхностных вод и исчезают в результате испа­рения и перетекания в более глубокие горизонты.

Зеркало грунтовых вод в сглаженной форме повторяет рельеф земной поверхности, поэтому движение грунтовых вод в основном направлено к понижениям рельефа (речные долины, озерные кот­ловины), где и происходит их разгрузка. Глубина залегания грун­товых вод обычно увеличивается с севера на юг.