Тема 9 . Класифікація підземних вод

9.1. Гідрогеологія як наука про підземні води

Г i д р о г е о л о г i я - наука про пiдземнi води (їх походження, умови залягання, закони руху, режим, фiзичнi властивостi i хiмiчний склад, взаємозв’язок з твердими мiнералами, з амосферними та поверхневими водами; їх господарське значення). В гiдрогеологiї видiляють роздiли: 1) загальна гiдрогеологiя, 2) динамiка пiдземних вод, 3) пошуки i розвiдка пiдземних вод, 4) гiдрогеологiя родовищ корисних копалин, 5) регiональна гiдрогеологiя, 6) вчення про мiнеральнi води, 7) меліоративна гідрогеологiя тощо. Але головною метою гiдрогеологiчних дослiджень залишається виявлення но­вих резервiв питної води. В зв'язку з швидким зростанням чисельностi населення нашої планети проблема запасiв природних вод стає особливо гострою. В рядi районiв вже зараз вiдчувається велика нестача прiс­ної води, деякi країни iмпортують воду з iнших держав.

За кiлькiстю водних ресурсiв Україна посiдає одне з чiльних мiсць. Однак промисловiсть i населення нашої країни розмiщенi нерiв­номiрно, в зв'зку з чим у нас в окремих районах виникають дуже вели­кi потреби в питнiй водi. Таке положення склалось в Донбасi, на пiвднi України, та й в усiх обласних центрах. В Українi до того ж є ряд посушливих районiв з вiдсутнiстю водних ресурсiв або з гострою їх нестачею.

Роль пiдземних вод в життi людини, тварин i рослин винятково велика, в зв'язку з чим значення гiдрогеологiї для народного господар­ства переоцiнити важко.

В природi вода зустрiчається в складi внутрiшнiх i зовнiшнiх обо­лонок Землi. До числа зовнiшнiх оболонок вiдносять атмосферу, гiдро­сферу i бiосферу. Кожна з них займає своє мiсце в просторi i харак­теризується певним хiмiчним складом i фiзичним станом речовини. Всi зовнiшнi оболонки не лише тiсно пов'язанi мiж собою, але й з земною корою, з якою iснують у взаємодiї.

А т м о с ф е р а - газова оболонка Землi. За спостереженнями з космосу вона красивим блакитним ореолом оточує нашу планету. В верхнiй своїй частинi атмо-сфера дуже розрiджена i поступово переходить в мiжпла­нетний простiр. В нижнiх шарах вона ущiльнена i насичена парами води та пилом. В життi Землi атмосфера має велике значення. Вона утримує сонячне тепло, в атмосферi формуються погоднi i клiматичнi умови, якi iстотно впливають на режим життя Землi i хiд геологiчних проце­сiв. В зв'язку з величезною важливiстю атмосфери в життi людини i Землi в цiлому, її вивченню надається багато уваги. Дослiдженням атмосфери займається наука метеорологiя.

Поряд з киснем, вуглекислим газом i азотом в атмосферi присутня i водяна пара, яка складає бiля 4% її маси. В повiтря водяна пара поступає внаслiдок випарову-вання води з поверхнi Землi. Завдяки вис­хiдним потокам повiтря водяна пара пiдiй-мається в верхнi шари атмос­фери i з неї утворюються хмари. Вмiст вологи в атмо-сферi змiнюється в залежностi вiд температури повiтря. Змiни температури викли-кають конденсацiю i сублiмацiю водяних парiв. В першому випадку пара пере­творю-ється в краплi рiдкої води, в другому - в снiжинки або кульки льоду. Сублiмацiя водяної пари вiдбувається на великих висотах при температурах -30-40°C.

Дрiбнi краплi води розмiром 2-7 мк утворюють туман i хмари. Тумани форму-ються бiля поверхнi Землi, хмари на висотах 800-4000 м, а iнодi i вище. Повiтряними течiями хмари весь час перемiщуються в рiзних напрямках. Зiштовхуючись з холод-ними або теплими повiтряними течiя­ми, водяна пара конденсується, утворюються дощовi хмари, котрi скла­даються вже з бiльших крапель (розмiром 10-15 мк). Стаючи важкими, хмари опускаються донизу, при цьому рiст водяних крапель продовжу­ється. Краплi води, досягнувши розмiрiв 100-1000 мк, у виглядi атмос­ферних опадiв випадають на Землю. Щорiчно над материками випадає бi­ля 107 тис. км³ води, а над океанами - 410 тис. км³. Кiлькiсть опадiв, що випали в тому чи iншому районi, вимiрюється в мiлiметрах i визна­чається товщиною шару води, який мiг би утворитись, якщо б рiдкi опади не випаровувались i не просочувались в грунт, а залишались на його поверхнi. Самим дощовим районом Земної кулi є Гавайськi острови в Тихому океанi i район Черапунжi в Iндiї. В останньому щорiчно випадає стiльки води, що на один гектар землi його приходиться 12.5 млн. вiдер (15 000 мм за рiк). Найбiльш посушливi областi пустель Африки (Сахара) i Пiвденної Америки (Чилi, Перу). Кiлькiсть опадiв в пустелях не перевищує 50-200 мм за рiк, але бувають випадки, коли на протязi декiлькох рокiв пiдряд не випадає жодної краплини дощу.

Г і д р о с ф е р а, або водна оболонка Землi, утворена переважно водами морiв i океанiв i частково водами сушi. Не дивлячись на те, що вода в земнiй корi поширена майже повсюди, гiдросфера, на вiдмiну вiд атмосфери, не є суцiльною оболонкою. Cуцiльний шар води, що утворю­ється Свiтовим океаном, переривається на континентах. За пiдрахун­ками В. I. Вернадського, гiдросфера мiстить 1.8 млрд. км³ води. З них 1.4 млрд. км³ складають води океаносфери (моря i океани) i бiля 0.4 млрд. км³ - води сушi. Всi види пiдземних вод, що знаходяться нижче поверхнi Землi, складають пiдземну гiдросферу. Вона то i є об'єктом вивчення гiдрогеологiї.

Вода в природі перебуває в безпервному русi, утворюючи так званий к о л о о б е р т в о д и в п р и р о д і. В круговоротi приймають участь води атмосфери, океану i сушi (поверхневi, пiдземнi води i льодови­ки). Вiн вiдбувається пiд впливом сонячної радiацiї i сил земного тяжiння. Бiльша частина води, що випаровувалась з поверхнi океану, повертається знову в океан у виглядi опадiв, здiйснивши малий колооберт. Залишок водяної пари переноситься на материки, де також випа­дає у виглядi опадiв. Атмосфернi опади на сушi частково просочуються в глибину, поповнюючи горизонти пiдземних вод, частково стiкають по земнiй поверхнi, утворюючи струмки i рiчки, а частково знову випаро­вуються. Процес приносу опадiв на Земну поверхню i їх випаровування багаторазово повторюється. Волога, принесена повiтряними потоками на сушу, з часом знову повертається в океан, завершуючи великий колооберт. Деяка частина води, випаровуючись з сушi, переноситься углиб материка, виконуючи внутрiматериковий вологооберт..

Колооберт води в природi, без врахування привносу з космосу і витрат в нього, може бути представленим у виглядi рiвностi:

Z_о+Z_с=X_о+X_с, (14)

тобто кiлькiсть води, що випаровується з поверхнi морiв i океанiв (Z_о) та сушi (Z_с), дорiвнює кiлькостi атмосферних опадiв, якi ви­падають на поверхню морiв та океанiв (X_о) та сушi (X_с).

Пiдземнi води мiстяться в пустотах гiрських порiд. Водовмiщуючими породами (водовмiщуючим пластами) азивають породи, в яких мiстяться пiдземнi води. Частина водовмiщуючого шару, заповнена пiдземною во­дою (вiд покрiвлi водотриву до рiвня води), називається водоносним горизонтом. У вiдповiдностi з кiлькiстю водоносних горизонтiв роз­рiзняють: перший водоносний горизонт, другий i т. д., рахуючи зверху донизу. Декiлька водоносних горизонтiв, що вiдносяться до однiєї геологiчної структури, або до одного стратиграфiчного пiдроздiлу, називаються водоносним комплексом.

Вiдомо декiлька класифiкацiй пiдземних вод, в основу яких закладенi рiзнi ознаки. Пiдземнi води, що мiстяться в порах (наприклад в пiщанних поро­дах), називають поровими, в трiщинах - трiщинними. Розрiзняють пiд­земнi води i за вiком та походженням водовмiщуючих порiд (наприклад: води четвертинних вiдкладiв, води флювiогляцiальних вiдкладiв тощо). В залежностi вiд гiдравлiчних властивостей, води можуть бути без­напiрними i напiрними. За температурою пiдземнi води подiляють на дуже холоднi (вiд 0 до 4°С), холоднi (вiд 4 до 20°С), теплi (20-­37°C), гарячi (37-100°С) i дуже гарячi або перегрiтi (понад 100°С).

Однiєю з найбiльш вдалих є класифiкацiя пiдземних вод, запропонована О. К. Ланге, в якiй за умовами залягання видiляють грунтову воло­гу, верховодку, грунтовi води, мiжпластовi та трiщиннi.

Водонепроникнi або слабоводопроникнi породи, що пiдстелюють водo­носний пласт, називаються водотривкими пластами або водотривами. Во­дотривом може служити глина, глинистий сланець, нетрiщинувата магма­тична або iнша порода.

Вивчення підземних вод важливо для практичних цілей будівництва у двох відношеннях: 1) підземні води є важливим джерелом водопостачання; 2) ці води, при високому рівні їхнього залягання, можуть шкідливо впливати на будівництво.

Будівництво на площадках з високим рівнем ґрунтових вод вимагає дорогого дренажу. Тому при плануванні міст і промислових підприємств, відмовляючись від дренажу, частіше застосовують підсипання місцевості.

Глибокі напірні (артезіанські) води є важливим джерелом водопостачання. Нерідко одна шпара таких вод може давати до декількох десятків тисяч кубічних метрів води і задовольнити потреби цілого населеного пункту.