3. Происхождение подземных вод

Подземные воды имеют инфильтрационное, конденсационное, ювенильное, метаморфогенное и реликтовое происхождение.

Инфильтрацинные воды - воды, просочившиеся в недра Земли (атмосферные или поверхностные воды). Просачивание через поры называется инфильтрацией, а через крупные пустоты или трещины - инфлюация.

Участок Земли, через который происходит поступление воды в недра - область или площадь питания.

Конденсационные воды - в условиях засушливого климата подземная вода может образовываться за счет конденсации водяного пара воздуха (сгущения).

Ювенильные воды (девственные) - конденсация водяного пара магмы.

Метаморфогенные воды - рыхлый осадок содержит до 70 % влаги. Влажность метаморфических пород 1-3 %. При метаморфизме освобождается огромное количество воды, которая пополняет запасы подземных вод.

Реликтовая вода (остаточные воды) - воды образовались вместе с осадками и сохранились в них.

8. Основы динамики подземных вод

9.1 Виды передвижения воды

Передвижение подземных вод в горных породах может происходить: а) под действием сил гравитации (сил тяжести) и такое движение называется гравитационным; б) под действием других сил и такое движение называется негравитационным. Негравитационное движение наблюдается в глинистых породах и может иметь различную природу: водяной пар передвигается от мест с большей температурой и давлением к местам с меньшей температурой и давлением, т.е. в сторону меньшей упругости паров; гигроскопическая вода передвигается от более влажного участка к менее влажному, переходя в парообразное состояние; пленочная вода - от мест с более тонкой к местам с толстой пленкой. Негравитационное движение воды называется миграцией.

Гравитационное движение воды наблюдается в рыхлых, трещиноватых и пористых породах под действием сил тяжести и называется фильтрацией, и происходит при наличии гидравлического напора. В гидрогеологии изучается передвижение гравитационных вод (динамика подземных вод).

9.2 Гидравлический градиент

Передвижение или фильтрация воды в водонасыщенном пласте происходит под влиянием разности напоров от мест с более высокими уровнями к местам с более низкими. Различают безнапорную и напорную фильтрации. Безнапорная фильтрация присуща грунтовым водам и происходит из-за разности мощностей водоносного горизонта:

где I – гидравлический градиент;

I= , h₁, h₂ – мощность водоносного горизонта, м

l- расстояние между замерами мощности водоносного горизонта, м

Рис. 48 – Схема движения грунтового потока в горизонтальном (а) и наклонном (б) пластах

Рис. 49 – Схема движения напорного потока

Напорная фильтрация осуществляется в результате разности напоров:

где I – гидравлический градиент;

I= , H₁, H₂ – высота напора напорных вод, м;

l – расстояние между замерами

9.3 Линейный закон фильтрации (закон Дарси). Движение подземных вод в пористых породах (песок, галечник, супесь) имеет параллельно-струйчатый или ламинарный характер, т.е. без разрывов и пульсаций с плавным изменением скорости. Основной закон фильтрации, закон Дарси

,

где Q – расход воды (количество фильтрующейся воды), л/с;

k - коэффициент фильтрации;

F - площадь поперечного сечения потока, см²;

H - напор или разность уровней в двух рассматриваемых сечениях;

l - длина пути фильтрации;

I - гидравлический уклон (градиент).

Разделив обе части уравнения на , где или . Приравняем I=1 и V=k, т.е. коэффициент численно и по размерности идентичен скорости (м/сек). Но эта скорость приведенная, если предположить, что вода движется в открытой трубе. В действительности вода передвигается по порам и следует учитывать пористость (коэффициент пористости 0,2-0,5). Следовательно, , где n=0,2-0,5, т.о. действительная скорость в 2-5 раз меньше теоретической.