KURSOVAYa_Sadaeva

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра прикладной геологии, геофизики и геоинформационных систем

Допускаю к защите руководитель____________ М.А. Тугарина

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Курсовая работа по дисциплине «Общая гидрогеология»

Курсовая работа защищена с оценкой ___________________________

Иркутск 2019

1

2

Введение

Подземными водаминазываются содержащиеся в земной коре воды, находящиеся в активном взаимодействии с атмосферой и поверхностными водами (океанами, морями, реками, озёрами, болотами) и участвующими в круговороте воды на Земном шаре.

Под режимом подземных вод понимается процесс, характеризующий изменением уровня, температуры, химического состава и минерализации подземных вод во времени и пространстве под влиянием естественных и искусственных факторов.

В данной курсовой работе более детально изучен температурный режим подземный вод.

3

1.Значение температуры грунтовых вод

Грунтовыми водами называется одна из категорий по классификации подземных вод. Они гравитационные, находятся на первом от поверхности планеты водоносном горизонте, который является постоянно существующим. Их водная поверхность характеризуется как свободная. Их образованию способствует просачивание (или инфильтрация). Сюда относятся воды, которые поступают как из озер, рек, оросительных каналов, водохранилищ, шахтных водоотводных канав, так и за счет обычных атмосферных осадков.

Температура грунтовых вод и их дебит подвержены колебаниям, которые напрямую зависят от того, какое количество осадков выпало. Эти изменения происходят каждый сезон. Тогда их поверхность либо повышается (во влажное время года, когда выпадают осадки, тает снег), либо понижается (в сухое время года). Если мороз очень сильный, то вода может даже замерзнуть.

Поэтому они считаются более чувствительными к изменениям в атмосфере, чем те же артезианские воды, которые намного глубже. Следует отметить, что для них существует совпадение по областям, где они распространяются, откуда питаются.

Воды, залегающие на уровне пояса постоянных температур, сохраняют неизменную температуру в течение всего года, равную среднегодовой температуре местности. Там, где средние годовые температуры отрицательные, вода в поясе постоянных температур круглый год находится в виде льда, так образуется многолетняя мерзлота («вечная мерзлота»). В районах, где среднегодовая температура положительная, подземные воды пояса постоянных температур, наоборот, не замерзают даже зимой. Воды, циркулирующие ниже пояса постоянной температуры, нагреты выше среднегодовой температуры местности и за счёт эндогенного тепла. Температура вод в данном случае определяется величиной геотермического градиента и достигает максимальных значений в областях современного вулканизма (Камчатка, Исландия и др.), в зонах срединно-океанических хребтов достигая температур 300-400ºС.

Положение зоны с постоянной температурой грунтовых вод наиболее высоко у экватора (всего несколько метров), поскольку малы сезонные колебания температуры воздуха. Особенно глубоко зона с постоянной температурой грунтовых вод (до 41 м) располагается в условиях резко континентального климата. Температура воды в верхней части упомянутой зоны в пределах СНГ в меридиональном направлении изменяется от 0 до 20ºС и примерно соответствует средней многолетней температуре воздуха, превышая её на 1-3 0 С. На больших глубинах температура возрастает в соответствии с характерным для данной местности геотермическим градиентом. Суточные колебания температуры в провинции кратковременного питания достигают 8-10ºС, в провинции сезонного питания - от 2-5 до 10-12 0 С, реже 16-20 0 С. В провинции круглогодичного

4

питания суточные колебания составляют от 10 до 20-25ºС, а в наиболее тёплых р-нах - от 15-16 до 30º С.

Температура подземных вод изменяется в широких пределах. Как правило, в платформенных областях она увеличивается с глубиной. В высокогорных районах и в области распространения многолетней мерзлоты температура подземных вод низкая; в последнем случае высокоминерализованные воды местами имеют даже отрицательную температуру (-5°С и ниже). В районах молодой вулканической деятельности, а также в местах выходов гейзеров (Камчатка, Исландия, Северная Америка и др.) температура воды иногда превышает 120°С. Температура неглубоко залегающих подземных вод в средних широтах обычно изменяется в пределах 5–12°С и обусловливается местными климатическими и гидрогеологическими условиями.

Температура подземных вод изменяется в широких пределах и зависит от геологического строения, физико-географических условий и режима их питания. В области распространения многолетнемерзлых пород соленые воды на отдельных участках имеют отрицательную температуру порядка — 5°С и даже ниже. Температура неглубоких подземных вод в средних широтах в зависимости от местных климатических и гидрогеологических условий изменяется от 5 до 15°С. В областях молодой вулканической деятельности, а также на участках выхода воды на поверхность из глубоких частей земной коры известны источники с температурой воды выше 100°С (гейзеры Камчатки, Исландии, Японии, Америки и др). Во внутренней геотермической зоне (ниже пояса постоянных значений температуры) буровыми скважинами на глубине 3—4 км и более вскрываются перегретые подземные воды с температурой150°С и выше.

Температура подземных вод изменяется во времени. Наиболее сильно она колеблется при неглубоком их залегании от поверхности; ниже пояса постоянных годовых значений температуры температура подземных вод повышается с глубиной по закону геотермической ступени. [3]

5

2Классификация подземных вод.

2.1Классификация по температуре.

Подземные воды классифицируют по происхождению, физическому состоянию, а также по характеру вмещающих их грунтов, степени минерализации, химическому составу.

К физическим свойствам природных вод, изучаемых при гидрогеологических исследованиях, относятся температура, прозрачность, цвет, запах, вкус, плотность, вязкость.Некоторые из этих показателей воды (температура, прозрачность, цвет, запах, вкус) обладают органолептическими свойствами, т.е. они остро воспринимаются органами чувств человека.

По температуре подземные воды подразделяются на холодные (не выше 20 °С), теплые (то 20 до 37ºC) и горячие, или термальные (свыше 37°С). [1]

По температуре подземные воды подразделяются на 8 видов (по А.В. Щербакову, 1979) (табл. 1).

2 .2 Классификация месторождений подземных вод

Месторождение подземных вод – скопление (естественное или искусственное) подземных вод, которое в количественном и качественном отношении может быть использовано в хозяйственной деятельности при данном состоянии техники и данных экологических условиях.

Классификация месторождений подземных вод подразделяется на:

1.Классификацию по целевому назначению;

2.Классификацию подземных вод, пригодных для питьевого и хозяйственного водоснабжения;

3.Классификацию месторождений подземных вод ГКЗ. [1]

7

3 Типы подземных вод по практическому использованию.

Выделяют питьевые, минеральные, промышленные и термальные воды Исходя из практической целесообразности и использования подземных

вод, выделяют:

1.Воды с температурой до 20ºC наиболее пригодны для целей водоснабжения;

2.Воды с температурой 20-50ºC наиболее пригодны для бальнеологических целей и йодбромного производства;

3.Воды с температурой 50-75ºC используются для обогрева теплиц, парников, для теплофикации сельскохозяйственных объектов;

4.Подземные воды с температурой 75-100ºC могут быть использованы для теплофикации городов, курортов и т.д.;

5.Воды с температурой свыше 100ºC рекомендуется использовать для энергетических целей.[1]

3.1 Термальные воды

Термальные воды – подземные воды с температурой 20°С и более. Температура 20°С условно принята за границу между холодными (менее подвижными) и термальными (более подвижными) водами, поскольку при этой температуре вязкость воды, определяющая её подвижность, составляет 1 сПз (1•10-3 Па•с). Глубина залегания изотермы 20°С в земной коре зависит от климатической зональности: в районах развития многолетнемёрзлых пород — 1500-2000 м, в субтропиках до 100 м, в зоне тропиков изотерма 20°С выходит на поверхность. В пределах каждой зоны наблюдается рост температуры термальных вод с глубиной, который определяется геологоструктурными особенностями района и связанными с этим гидрогеотермическими условиями. Выделяют четыре типа теплового режима термальных вод:

низкий с геотермическим градиентом до 1°С/100 м, плотностью теплового потока 30-40 мВт/м2;

умеренный — соответственно 1-2°С/100 м, 40-50 мВт/м2; повышенный — 2-3°С/100 м, 50-60 мВт/м2; высокий — более 3°С/100м, свыше 60 мВт/м2.

Низкий тепловой режим наблюдается в основном на территории древних щитов и древних складчатых систем, умеренный — в пределах древних артезианских платформенных областей, повышенный — в артезианских областях эпипалеозойских плит и связанных с ними межгорных впадин и прогибов, а также в гидрогеологических районах альпийской складчатости, где развиты системы разрывных тектонических нарушений. Высокий тепловой режим связан с участками артезианских бассейнов (разгрузка термальных вод из глубоких частей бассейнов) и гидрогеологическими складчатыми районами, испытавшими интенсивное неотектоническое

8

воздействие. Наиболее чётко термоаномалии выражены в областях современного вулканизма.

Термальные воды составляют большую часть вод подземной гидросферы. Температура вод на нижней границе земной коры может достигать 500-600°С, а в зонах магматических очагов, где преобладают пары воды и продукты её диссоциации, до 1000-1200°С. В артезианских бассейнах молодых плит на глубине 2000-3000 м скважинами вскрываются воды с температурой 70-100°С и более. В районах древних щитов температура на глубине 5-6 км не превышает 60-70°С. В областях неотектонических нарушений (Альпы, Казань, Тянь-Шань, Гималаи и др.) глубокие термальные воды выходят на поверхность в виде горячих источников с температурой до 90-100°С, а в районах современного вулканизма — в виде грейзеров и паровых струй. Скважины глубиной 1000-1500 м, пройденные в зоне разгрузки паровых струй, вскрывают пароводяные смеси и пары с температурой до 200-300°С.

Термальные воды служат объектом добычи и переработки с целью использования в народном хозяйстве. Классификация термальных вод по температуре зависит от их практического применения. В бальнеологии термальные вод подразделяются на тёплые (субтермальные) - 20-37°С, термальные (горячие) - 37-50°С и очень горячие (гипертермальные) - 50100°С. В группе термальных вод для теплоэнергетического использования выделяются воды низкопотенциальные с температурой до 70°С, среднепотенциальные - от 70 до 100°С и высокопотенциальные — свыше 100°С (слабоперегретые — 100-150°С, значительно перегретые — 150-250°С и весьма перегретые — 250-375°С). Значительно и весьма перегретые термальные вод используются в основном для выработки электроэнергии. Термальные воды с температурой 70-150°С широко используются для теплоснабжения жилых и производственных зданий, для плавательных бассейнов, обогрева тепличных комбинатов, в технологических целях. На базе месторождений термальных вод функционируют многих крупные курорты, имеющие мировое значение. [2]

9

4.Расчет температуры подземных вод

Температура подземных вод зависит от климатических и геотермических условий района, в пределах которого формируется подземная вода. Геотермические условия в свою очередь определяются характером геологической структуры, тепловыми свойствами пород историей развития и гидрогеологическими особенностями района. Разница в температурах подземных вод района объясняется размерами содержащих подземную воду геологических структур и глубиной их проникновения, степенью нарушенности пород и скоростью движения воды, а в некоторых районах также близостью расположения неостывших магматических очагов. Знание температурных условий района значительно облегчает изучение его гидрогеологических условий.

Величину углубления по вертикали в метрах, при которой температура повышается на 1ºС, принято называть геотермической ступенью. Геотермическим градиентом называется величина повышения температуры в градусах, соответствующего углублению на 100 м (иногда принимают градиент на 1 м), считая от пояса постоянных годовых температур.

За среднюю геотермическую ступень при приближенных расчетах принимают 33 м/град. Однако эта величина условна, она не отражает действительного теплового потока в различных районах. Величина геотермической ступени колеблется в широких пределах (от 1 до 200 м/град).

В областях обнаженных докембрийских кристаллических массивов геотермическая ступень составляет около 100—200м/град; на платформенных участках, сложенных преимущественно палеозойскими осадочными толщами, -от 30 до 40, а иногда и до 100 м/град; в альпийской зоне, на участках, затронутых молодыми движениями,- менее 30 м/град. При этом особенно низкие значения геотермической ступени отмечаются в областях современного вулканизма (до 1 м/град и даже ниже). Анализ гидрогеологических условий показывает, что уменьшение геотермической ступени связано только с прогреванием восходящими струями воды близлежащих слабо проводящих тeпло горных пород.

Зная геотермическую ступень G, среднюю температуру воздуха данной местности tв и глубину слоя постоянных годовых температур h, можно с достаточной для практики точностью вычислить температуру Тн и на любой глубине или глубину Н, соответствующую той или иной температуре:

Например, при средней температуре воздуха tв=5°C, геотермической ступени G=33 м и глубине слоя постоянных температур h=20 м можно ожидать на глубине H=680 м:

10