Что называется подземными водами их виды

Все, что необходимо знать о видах подземных вод и их использовании

Подземные воды концентрируются в толще пород, не опускаясь ниже верхней части земной коры.

Это важный ресурс, необходимый для жизнеобеспечения человека, поэтому они всесторонне изучаются и классифицируются по совокупности свойств. Исходя из этого, определяются варианты их применения.

В этой статье рассмотрим виды подземных вод и их особенности, отличия и применение.

Основной применяемый в России вариант деления

Базовым вариантом в России считается их деление на типы по глубине залегания и способу использования. Этим определяется принципиальная возможность их применения в той или иной отрасли и легкость добычи.

Какие бывают?

Делений подземных вод по разным параметрам существует достаточно много. Чаще всего при исследованиях учитывается их принадлежность к нескольким категориям из разных классификаций. Это позволяет более объективно определить ценность природного ресурса.

Как классифицируются по условиям залегания?

«Базовая» классификация подземных вод по условиям залегания включает следующие их виды:

Почвенные. Концентрируются в поверхностных трещинах земной коры, собираются в промежутках и порах между частичками почвы.

Для них характерно активное перемещение под воздействием гравитации, минимальная глубина залегания и большая занимаемая площадь.

Запас этих вод пополняется во время дождей – капли просачиваются сквозь разные виды грунта (глина, песок является неким аналогом фильтра).

Процесс идет достаточно долго, одновременно вода «усваивает» из почвы органику. Часть дождевой воды может проникнуть глубже, если для субстрата характерна хорошая водопроницаемость.

Верховодка. Это ненадолго сконцентрировавшаяся в определенном месте «линза» почвенных вод. Она может образоваться после нетипично сильных дождей, паводков, быстрого таяния снегов. В эту же категорию входят воды, иногда разливающиеся по поверхности болот после их обильного «питания». Для верховодки характерны колебания высоты залегания, небольшая площадь распространения и сезонная «неустойчивость».

Грунтовые. Первый постоянный водоносный горизонт. Просачивающуюся в землю воду «тормозит» водоупорный пласт, на который она и «ложится». Источник пополнения – воды рек, озер, любых других водоемов, сочащиеся сквозь дно. Иногда до этого же уровня «добираются» дождевая и талая вода (если субстрат имеет хорошую водопроницаемость).

Чаще всего у этих вод ограничена площадь «питания» и распространения, они занимают четко ограниченный участок. В разные сезоны их уровень зависит от температуры субстрата и от интенсивности осадков.

Если субстрат активно нагревается солнцем, долго нет осадков, уровень заметно падает. Эта разновидность – базовый источник снабжения водой для предприятий аграрного сектора, промышленности, населенных пунктов.
Межпластовые (артезианские). Воды, «зажатые» сверху и снизу водоупорными слоями. Источники пополнения у них закономерно отсутствуют.

Они могут выходить на поверхность земли под давлением массы субстрата в виде ключей и родников.

Промышленный способ добычи – бурение скважин. Вода из-за того же давления начинает бить фонтаном. Артезианская вода чаще всего питьевая, в противном случае ей находится применение в сельском хозяйстве и промышленности.
Минеральные. Особая разновидность, отличающаяся спецификой, постоянством и уникальностью химического состава. На него влияет целый комплекс факторов. Минеральные воды делятся на типы по химическому составу, уровню минерализации.

Их добыча – трудоемкий процесс, для этого необходимы сложные инженерные конструкции. Иногда они пробиваются на поверхность самостоятельно, образуя родники и ключи. Чаще всего неподалеку строятся лечебницы, санатории, курорты.

По химическому составу

Этот показатель сильно варьируется. На него активнее всего влияет способность окружающих горных пород к растворению. По сути, такая вода – естественный раствор, «обогащенный» микроорганизмами и химическими элементами.

Базовая их классификация – по минерализации. Число (г/л или мг/л) – это сумма всех имеющихся в воде «посторонних примесей» (за исключением газов).

Разновидности:

• пресные (до 1 г/л);
• слабоминерализованные (1-35 г/л);
• минерализованные (35-50 г/л).

Имеется и иная версия авторства В. И. Вернадского:

• пресные (до 1 г/л);
• солоноватые (1-10 г/л);
• соленые (10-50 г/л);
• рассолы (от 50 г/л).

Чем ближе к поверхности почвы залегают воды, тем меньше в них минеральных «примесей». А вообще, состав определяется происхождением, интенсивностью взаимодействия с окружающими породами, условиями и нюансами водообмена (еще именуемого круговоротом воды в природе).

• по преобладающему содержанию ионов – гидрокарбонатные (анион НСО3), сульфатные (анион SO4) и хлоридные (анион Cl);
• по жесткости (концентрации ионов Ca и Mg) – мягкие, средней жесткости, жесткие и очень жесткие.

У них тоже есть несколько классификаций:

• по температуре – холодные (до 20°С), теплые или субтермальные (20-37°С), термальные (37-42°С), горячие или гипертермальные (от 42°С);
• по свойствам и лечебному эффекту – видов очень много, наиболее известны углекислые, сероводородные (сульфидные) и радоновые.

Промысловая классификация

Данный вариант классификации употребляется в основном в нефте- и газодобывающей отрасли. Типы выделяются, исходя из расположения H2O по отношению к разрабатываемым месторождениям:

• контурные (нижние краевые) – «подпирают» нефте- или газоносный пласт снизу;
• верхние контурные (верхние краевые) – осадки или иные «наземные» воды, «заливающие» выходящую из-под земли естественным образом или выведенную в ходе добычи часть пласта;
• подошвенные – концентрируются в самой нижней части пласта, как правило, распределяются почти по всей его площади;
• промежуточные (внутризалежные) – насыщают пропластки («перемычки» из горных пород внутри нефте- или газоносного пласта);
• тектонические – поступают в пласт из глубины по рассекающим его трещинам;
• связанные (остаточные) – «растворены» в самой нефти или газе, вместе с ними частично извлекаются на поверхность;
• посторонние (чуждые) – залегают выше, ниже, правее или левее пласта, могут влиять на процесс добычи.

Некоторые специалисты включают в эту классификацию еще и техногенные воды. Они попадают в пласт в процессе бурения, в ходе ремонта, промывки или закачиваются специально для поддержания необходимого давления.

По происхождению

Происхождение (или генетический тип) – один из основных факторов, предопределяющий химический состав вод. Они делятся на следующие виды:

1. Инфильтрационные. Это скопления просочившейся в землю дождевой и талой воды. Большинство гидрологов считает, что самое стабильное и обильное пополнение подземных вод идет именно путем инфильтрации.
2. Конденсационные. Характерны для территорий, где почти нет осадков (пустыни). Там пополнение путем инфильтрации в принципе невозможно.

Вследствие большого перепада дневных и ночных температур теплый воздух, насыщенный водяными парами, остывая, опускается в трещины, неизбежно образующиеся в поверхности земли и горных пород. Затем пары конденсируются, превращаясь в воду.

Седиментогенные. Появляются при накоплении «морских осадков». Морская вода медленно напитывает ил и иную органику, скапливающуюся на дне. При росте давления она «выжимается» наверх. Для образования этого вида вод необходимы специфические условия: глубина несколько километров и наличие над ними толстого, плохо пропускающего воду пласта породы.

Магматические («ювенильные»). Источник их образования – магма. При ее остывании выделяется пар. Поднимаясь в более «холодные» области земной коры, он конденсируется, превращаясь в жидкость и смешиваясь с обычными подземными водами.

По движению

Идея такого деления предложена советским гидрологом А. Ф. Лебедевым:

1. Парообразная. Мельчайшие капельки воды в воздухе, который заполняет пустоты в горных породах. Активно перемещается.
2. Гигроскопическая. Парообразная вода, превратившаяся в конденсат на поверхности горной породы и надежно удерживающаяся там.
3. Пленочная. То же самое, что и предыдущий тип, но не так прочно «связана» с породой.
4. Капиллярная. Ею заполнены вертикальные «трубки», поры, трещины в толще пород.

Может быть капиллярно-подвешенной, не имеющей источников питания, и капиллярно-подтянутой, участвующей в водообмене.

Колебания ее уровня определяются соответственно испарением или сезонными изменениями уровня грунтовых вод.

Гравитационная. Вода, «двигающаяся» по пустотам в толще пород под влиянием силы тяжести или гидродинамического напора.

В твердом состоянии. Кристаллы, «пленки», прослойки, «линзы» льда.

Кристаллизационная. Входит в состав некоторых минералов, «встроена» в их кристаллическую решетку. Удалить ее можно, только нагрев породу до 1000°С или еще выше.

По характеру обмена с поверхностными

Водообмен идет на трех условных «уровнях». Верхний – это свободный обмен, нижний практически изолирован от поверхностных вод. Поэтому сверху концентрируются в основном пресные воды (пригодные для питья или технического назначения), снизу – «рассолы» с повышенной концентрацией химических соединений.

Посередине – воды разной степени минерализации. Здесь все определяется проницаемостью пластов почвы над ними.

Какие считаются самыми ценными?

Наиболее ценными считаются воды, располагающиеся максимально глубоко и пригодные для питья, добыча которых связана со значительными трудностями.

Их ценность заключается в:

• минимальном содержании органики;
• отсутствии патогенной микрофлоры, канцерогенных и токсичных соединений;
• природном обогащении полезными минералами и микроэлементами.

Питьевая артезианская вода – это результат естественной длительной фильтрации дождевых или талых вод, пытающихся просочиться через плохо пропускающие их горные породы. Она скапливается в 60-70 м ниже уровня почвы.

Высокоминерализированные «рассолы» – это древняя морская H2O, попавшая под землю при сдвигах тектонических плит.

Применение знаний о классах на практике

Принадлежность подземных вод к определенным видам нескольких разных классификаций определяет возможность их использования в той или иной сфере деятельности:

1. Питьевые. Пригодная для питья вода – необходимый для существования человечества ресурс. Основные ее источники находятся именно под землей. Их использование для любой другой цели недопустимо. Чаще всего такие воды накапливаются максимум в 20-30 м от поверхности, в области активного водообмена. Но есть и районы, где их приходится добывать с больших глубин (от 300 м).
2. Промышленные. Содержат йод, бром, иные микроэлементы в концентрации, имеющей промышленное значение. По типу они относятся к хлоридно-натриевым, концентрируются в области медленного водообмена, для них типичен высокий уровень минерализации (500-600 г/л), температура 60-80°С.

Их добыча для извлечения брома и йода финансово оправданна только при глубине залегания 3 км и менее, уровне в скважине от 200-600 м и ежесуточном объеме извлекаемой воды 200-500 м³.
Технические. Применяются для обеспечения нужд сельского хозяйства и разных отраслей промышленности.

В зависимости от конкретной области использования требования к составу и уровню жесткости варьируются.

Например, для производства сахара необходима минимальная минерализация, для пивоварения – отсутствие сульфата кальция, для текстильной и бумажной промышленности – отсутствие железа, марганца, кремниевой кислоты.

Минеральные. Биологически активные воды, использующиеся для лечения некоторых заболеваний. Как альтернатива питьевой воде они не используются. Во-первых, вкус слишком специфический, во-вторых, при регулярном употреблении микроэлементы накапливаются в организме, обеспечивая противоположный лечебному эффект.

Термальные. Используются в энергетике для отопления некоторых городов и объектов сельского хозяйства.

Во-первых, должны отсутствовать пригодные для этого поверхностные воды. Во-вторых, необходимо наличие запасов подземных вод, которого хватит для обеспечения питьевой водой населения данного региона.

Заключение

Классифицировать подземные воды можно по разным критериям. Чаще всего они делятся на виды по условиям залегания и характеру использования. Наиболее ценным ресурсом считается чистая питьевая H2O.

Источник

Подземные воды

Воды, которые содержатся в горных породах верхней части земной коры, называются подземными водами. В зависимости от глубины, состава воды, особенностей условий залегания выделяются почвенные, грунтовые с временным горизонтом верховодки, межпластовые (их разновидности артезианские, минеральные, термальные, геотермальные) воды. Особая группа подземных вод – воды многолетней мерзлоты.

Горизонты, насыщенные водами, называются водоносными. Их формирование возможно при наличии в горных породах пустот. По характеру пустот выделяются следующие типы подземных вод:

• поровые – в рыхлых или сцементированных обломочных породах (пески, песчаники, галечники и другие);
• трещинные – в скальных породах, разбитых трещинами различного происхождения;
• трещинно-карстовые и карстовые – наблюдаются в породах, подверженных растворению и вымыванию вещества с образованием подземных пещер.

Слой горных пород, непроницаемый для воды, называется водоупором.

Почвенные воды

Содержатся в почвенном горизонте, пополняются во время таяния снега и сезонных дождей. Растворяют питательные вещества почвы, делают их доступными для растительности. Дефицит почвенных вод в период засухи вызывает гибель растений.

Состав зависит от человеческой деятельности, так как вблизи автомобильных трасс, предприятий, сельскохозяйственных комплексов в воду попадают загрязняющие вещества.

Грунтовые воды

Ближайший к дневной поверхности водоупор формирует постоянный водоносный слой. Воды, насыщающие его, называются грунтовыми. Глубина залегания грунтовых вод зависит от глубины водоупора и широтном расположении. В тундровой зоне – близко к поверхности, в южных регионах достигает 40 м. Грунтовые воды пополняются за счет сезонных осадков и просачивания речной и озерной воды.

В горной породе, сквозь которую просачивается вода, имеется множество капилляров. По ним вода поднимается к почве. По более крупным порам, образованными корнями растений и ходами животных, вода опускается вниз. Если в промежутке между грунтовыми водами и почвенным слоем встречаются линзы глин, они задерживают влагу. Формируются временные скопления подземных вод – верховодка. Оттуда часть воды поднимается к почве, часть постепенно стекает вниз и присоединяется к горизонту грунтовых вод.

Простейшие колодцы углубляются до грунтовых вод или верховодки. Воду из них можно употреблять для хозяйственных нужд, для приготовления пищи требуется кипячение из-за возможного загрязнения поверхностными стоками.

Межпластовые воды

Возникновение межпластовых вод возможно при особом геологическом строении региона, где водоносные слои чередуются с породами-водоупорами. Самые распространенные водоупоры – глина, известняк, доломит. Такой «слоеный пирог» образуется на месте древних озер и морей.

Водоносные горизонты, расположенные между водоупорами, насыщены межпластовыми водами. Таких горизонтов может быть несколько.

Межпластовые имеют разновидности:

• Безнапорные – давление в водоносном слое аналогичное атмосферному. Это слои с неполным насыщением водой. Встречаются редко.
• Артезианские – вода находится под давлением. Приурочены к прогибам земной коры большой площади. Вскрытые скважинами воды изливаются или фонтанируют. Территория развития артезианских вод называется артезианским бассейном. Крупнейший в мире артезианский бассейн расположен в Западной Сибири (Россия).
• Минеральные – лечебные воды, содержащие различные соли. Как правило, распространены в пределах артезианских бассейнов. В зависимости от содержания соли выделяются виды минеральных вод.

Таблица: Соленость подземных вод

Название	Максимальное значение солености, г/л
Слабосолоноватые	1-5
Солоноватые	10
Слабосоленые	15
Соленые	35
Рассолы	150
Крепкие рассолы	Более 150

Для минеральных вод характерны соединения железа, мышьяка, марганца, цинка, брома, йода. Встречаются воды, насыщенные радоном, сероводородом. Минеральные воды могут быть термальными.

• Термальные – минеральные воды с температурой выше 20°С. Типы термальных вод: субтермальные (теплые) 20-37°С, термальные 37-42°С, гипотермальные (горячие) более 42°С.
• Геотермальные – характерны для областей современного вулканизма и артезианских бассейнов предгорий и межгорных котловин (Исландия, Камчатка, Курильские острова, Япония, США, Италия и другие). Способ применения зависит от температуры воды.

Таблица: Виды геотермальных вод

Название	Температура, °С	Использование
Слаботермальные

35-40 Водоснабжение курортов, плавательных бассейнов, рыбоводческих хозяйств Термальные 40-60 Высокотермальные 60-100 Подогрев автомобильных трасс, отопление жилых строений Перегретые (паротермальные) Более 100 до 300 Выработка электроэнергии

Основная проблема применения геотермальных вод – высокое содержание солей, что приводит к порче оборудования.

Подземные воды в многолетнемерзлых породах

Многолетнемерзлые породы выполняют роль водоупора. Подземные воды могут содержаться в горизонте над мерзлотой и в слоях между промерзшими пластами. Обычно водоносные участки расположены в незамерзающих породах под природными водоемами, которые оказывают отепляющее действие.

Объем воды, поступающий в скважину в зимний период сокращается, качество ухудшается из-за увеличения солености. Летом показатели возвращаются к норме.

Источник