Раздел III

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

Глава12

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ

Современные представления геоэкологической науки опреде­ляют гидросферу как одну из главных жизнеобеспечивающих гео­сфер; гидросфера — неотъемлемая часть окружающей природной среды, неразрывно связанная с литосферой, атмосферой и био­сферой и опосредованно — с деятельностью человека, его жизнью.

Воды, находящиеся в верхней части земной коры, носят на­звание подземных. Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами на­зывают гидрогеологией.

Для строителей подземные воды в одних случаях служат источ­ником водоснабжения, а в других выступают как фактор, затруд­няющий строительство. Особенно сложным является производство земляных и горных работ в условиях притока подземных вод, за­тапливающих котлованы, карьеры, траншеи, подземные горные выработки: шахты, штольни, туннели, галереи и т.п. Подземные воды ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых пород, могут выступать в роли агрессивной среды по отношению к строи­тельным материалам, вызывают растворение многих горных пород (гипс, известняк и др.) с образованием пустот и т. д.

Строители должны изучать подземные воды и использовать их в производственных целях, уметь сопротивляться их негатив­ному воздействию при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

Вода в условиях земной поверхности находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности морей, океанов и суши, она в парообразном состоянии поступает в атмосферу. При соответству­ющих условиях пары конденсируются и в виде атмосферных осад- 278

ков (дождь, снег) возвращаются на поверхность Земли — в мор­ские бассейны и на сушу. Происходит круговорот воды в природе.

Круговорот воды в природе. Различают большой, малый и внут­ренний (местный) круговорот воды. Прибольшом круговоротеис­паряющаяся с поверхности Мирового океана влага переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стоков.Малый кругово­ротхарактеризуется испарением влаги с поверхности океана и вы­падением ее в виде осадков на ту же водную поверхность. В ходевнутреннего круговоротаиспарившаяся с поверхности суши влага вновь выпадает на сушу в видеатмосферных осадков.

Интенсивность водообмена подземных вод.В процессе кругово­рота воды в природе происходит постоянное возобновление при­родных вод, в том числе и подземных. Процесс смены первона­чально накопившихся вод поступающими вновь называютводообменом.Подсчитано, что в круговороте воды на Земле еже­годно участвует более 500 тыс. км³воды. Наиболее активно во­зобновляются речные воды.

Интенсивность водообмена подземных вод различна и зави­сит от глубины их залегания. В верхней части земной коры вы­деляют следующие вертикальные зоны:

• интенсивного водообмена (воды преимущественно пресные); расположена в самой верхней части земной коры до глубины 300—400 м, реже более; подземные воды этой зоны дренируются реками; в масштабе геологического времени — это воды молодые; водообмен осуществляется за десятки и тысячи лет;

• замедленного водообмена (воды солоноватые и соленые); за­нимает промежуточное положение и располагается до глубины 600—2000 м; обновление вод в процессе круговорота происходит в течение сотен тысяч лет;

• весьма замедленного водообмена (воды типа рассолов); приу­рочена к глубоким зонам земной коры и полностью изолирована от поверхностных вод и атмосферных осадков; водообмен — в те­чение сотен миллионов лет.

Наибольшее значение для водоснабжения имеют подземные воды, циркулирующие в зоне интенсивного водообмена. Постоян­но пополняясь атмосферными осадками и водами поверхностных водоемов, они, как правило, отличаются значительными запасами и высоким качеством. Воды двух нижних зон, расположенных до глубины 10—15 км, в процессе круговорота практически не возоб­новляются, запасы их не пополняются.

Количественное выражение круговорота воды.Круговорот воды в природе количественно описывается уравнением водного ба­ланса

где Qa.o“ количество атмосферных осадков;Q_uom —подземный сток;Q_noB— поверхностный сток;Q_H —испарение.

Основные расходные (Q_noa3, Q„_0BиQ_H)и приходные (Q_a0) статьи водного баланса зависят от природных условий, главным образом, от климата, рельефа и геологического строения района.

Изучение водного баланса отдельных районов или земного шара в целом необходимо для целенаправленного преобразова­ния круговорота воды, в частности для увеличения запасов пре­сных подземных вод, используемых для водоснабжения.

Происхождение подземных вод. Подземные воды в верхней ча­сти земной коры образуются путеминфильтрации.Атмосферные осадки, речные и другие воды под действием гравитации проса­чиваются по крупным порам и трещинам пород. На глубине они встречают водонепроницаемые слои горных пород. Вода задержи­вается и заполняет пустоты пород. Так создаются горизонты под­земных вод. Количество воды, инфильтрующейся с поверхности, определяется действием многих факторов: характером рельефа, составом и фильтрующей способностью пород, климатом, расти­тельным покровом, деятельностью человека и т. д.

Для определения величины инфильтрационного питания 0_{И П}необходимо знать интенсивность инфильтрации атмосферных осадков0_инфи испаренияQ„: