Что такое гидрогеология — все что необходимо знать о науке о подземных водах

Еще 4-5 тысяч лет тому назад в Древнем Египте и Китае знали о подземных водах, о чем свидетельствуют глубокие колодцы, найденные в крупных городах. В странах Азии появляется лечение минеральными водами. Три тысячи лет тому назад великие ученые Древней Греции и Рима, такие как Фалес и Аристотель, описывали свойства подземных вод и их роль в общем круговороте воды. В это же время арабский мудрец Аль-Бируни выдвигает предположения о том, что родники могут бить ключом только в случае, если как-то связаны с подземными хранилищами воды. Персидский исследователь Каради предлагает бурить землю, чтобы добывать воду. На основании всех этих фактов можно предположить, что гидрогеология возникла еще в древности. Причем исследования современных ученых во многом подтверждают догадки древних мудрецов.

В средние века изучением подземных вод широко занимались на территории бывшей Римской империи. Ученые активно участвовали в работах по пресному водоснабжению территорий, прилегающих к Средиземному морю. Так появилось учение о самоизливающихся, напорных и ненапорных водах. Также появилось понятие артезианских вод. В России все гидрогеологические изыскания относились к геологии, были ее составной частью. Первые научные представления о расположении подземных вод были высказаны Ломоносовым в 18 веке.

Гидрогеология при СССР

В 1922 году Россия становится Союзом Советских Социалистических Республик. В этот период формируются первые гидрогеологические центры. Они активно внедряли знания досоветского периода, полученные еще Ломоносовым, Крашенниковым, Севергиным (исследовал минеральные воды). Самыми выдающимися учеными эпохи стали Лебедев, Обручев, Василевский, Бутов, Вернадский, Погребов, Ланге, Семихатов, Саваренский. Специалисты организовывали гидрогеологические исследования, изучали процессы движения грунтовых вод в пластах, занимались составлением каталогов буровых скважин, разрабатывали методики гидрогеологической разведки.

В начале 40-х годов 20 века в СССР формируется учение о балансе подземных вод, выделяются закономерности их формирования. Выделяются такие направления как нефтяная и криогидрогеология. В 1950-х продолжаются исследования, создаются новые методы картрирования и обоснования использования подземных вод. Вплоть до 1970-х ведутся активные работы по борьбе с водопритоками в горной выработке, проводятся опытно-фильтрационные исследования, составляются сводные гидрогеологические карты. В 80-х уже широко используются методы математического моделирования. В этот период активно создаются советские отраслевые институты, лаборатории, соответствующие кафедры в ВУЗах.

Направления гидрогеологии

Гидрогеология при СССР

Широко используются методы математического моделирования. В этот период активно создаются советские отраслевые институты, лаборатории, соответствующие кафедры в ВУЗах.

Направления гидрогеологии

Гидрогеология как наука включает в себя значительный пласт знаний о подземных водах. Она изучает динамику подземных вод, их химический состав, сведения о производительности водоносных горизонтов и их качестве, что позволяет планировать работы по питьевому или с/х водоснабжению.

Для удобства была создана классификация, которая включает в себя такие направления:

Регионально – изучение по различным геоструктурам, поиск новых подземных бассейнов;
Генетическое – направление, касающееся термальных и соленых вод, залегающих в горизонтах разной глубины;
Гидродинамическое – изучение направлений движения воды, поиск закономерностей этого движения, выполнение соответствующих расчетов, создание математических моделей;
Гидрогеохимическое – объектами изучения этого направления являются состав воды и условия ее образования;
Палеогидрогеологическое – исторические основы становления и развития науки;
Экологическое — охраной подземных вод.

Что такое подземные воды?

Подземными являются все воды в земной коре, которые располагаются ниже земной поверхности, причем не только в жидком, но и в твердом и газообразном состоянии. Все это считается частью водной оболочки Земли. Суммарные запасы пресных подземных вод – до трети всего Мирового океана. Так, в России обнаружено более 3300 месторождений, причем разработано и активно эксплуатируется только 50% из них. Они используются как источники питьевой воды, для мелиорации, но также могут вызывать оползни, осадку грунта, затопление шахт. Поэтому эти месторождения не только разрабатываются, но и осушаются – в том случае, если представляют угрозу.

Гидростатический уровнемер с функцией измерения температуры — 36XW

Распределение воды в земной коре

Воды в земной коре расположены в двух плоскостях: первая или нижняя образована плотными магматическими и метаморфическими породами, и количество воды здесь ограничено. Во второй плоскости преобладают осадочные породы, и здесь содержится большой объем воды. Эту плоскость разделяют на несколько уровней:

Верхний – пресные: питьевые, технические и хозяйственные;
Средний – минеральные с солями, микроэлементами и биологически активными веществами;
Нижний – высокоминерализированные рассолы, в которых растворено много хлоридов и сульфатов (соответственно, из них добывают бром, йод, поваренную соль).

Образуются подземные воды различными способами.

Инфильтрация

Это просачивание атмосферных осадков до водоупорного слоя (тем самым происходит насыщение пористых пород). Около 20% от общего количества осадков проникает в почву и достигает мест залегания грунтовых вод. Таким образом возникают горизонты подземных вод или водоносные слои. Это – основной способ образования, который тесно связан с круговоротом воды в природе.

Количество просачивающейся в грунт воды зависит от физических свойств (плотности) грунтов, рельефа местности, количества растительности (чем больше растений, тем лучше проходит процесс). Количество просочившейся воды будет больше при длительном моросящем дожде, а не при сильном ливне.

Конденсация водных паров

Происходит конденсация водяных паров атмосферы в породах, тем самым месторождения подземных вод усиливаются.

Ювенильные воды

Это воды, которые выделяются при дифференциации магматического очага. Они считаются первичными. В природе не существует таких подземных вод в «чистом» виде, так как все они смешиваются друг с другом.

Классификация подземных вод

Существует такая классификация:

По типам: верховодка, спорадические, грунтовые, напорные (артезианские) и подземные воды вечной мерзлоты;
По условиям залегания: поровые, пластовые, трещинные.
По степени минерализации: ультрапресные, пресные, минеральные, солоноватые, соленые и рассолы;
По температуре: переохлажденные, холодные и термальные;
В зависимости от качества: технические, минеральные и питьевые.

Верховодка

Верховодкой называют подземные воды, что залегают вблизи земной поверхности. Они распространены неравномерно и отличаются сезонным характером существования. Обычно она возникает в «сезон дождей», а в засушливый период исчезает. Такой водоупорный пласт может выходить на поверхность, вследствие чего развивается заболачивание.

Эти воды обычно пресные, со слабой степенью минерализации, но часто загрязняются кремниевыми кислотами, железом и органическим веществами. Стабильным источником водоснабжения верховодка служить не может, поэтому принимаются меры для ее искусственного сохранения в период засухи.

Высокоточный автономный регистратор уровня — DCX-22

Грунтовые воды

то воды с региональным распространением, залегают первыми от поверхности, в большинстве своем безнапорные, отличаются определенной стабильностью. Но их уровень подвержен колебаниям по сезону. Кроме того, он зависит от количества выпавших осадков, рельефа, наличия растительности.

Артезианские воды

Они находятся в водоносном слое, расположенном между водоупорными слоями. На них воздействует гидростатическое давление. Для артезианских вод характерно постоянство дебита. Области питания артезианских бассейнов удалены от мест извлечения такой воды, а размеры ее бассейнов могут достигать 1000 км.

Группы грунта по водопроницаемости

Водопроницаемость грунта – это его водопропускная способность. В зависимости от этой характеристики различают:

Водопроницаемые грунты, через которые вода проходит легко (одновременно она фильтруется), — это песок либо гравий;
Водонепроницаемые, с минимальной способностью впитывать воду, — это глины, мрамор, гранит;
Полупроницаемые или те, которые впитывают воду ограниченно – например, рыхлые песчаники и глинистые пески.

Гидрогеологические бассейны

Это бассейны подземных вод, определенные системы с общими условиями залегания и геолого-структурными границами. Они бывают:

Артезианские – скопление вод с подземными напорными пластами;
Грунтовых вод – системы потоков с определенными гидродинамическими границами;
Трещинных вод: гидрогеологические массивы распространения карстовых, трещинных и трещинно-жильных вод;
Подземного стока – система водных потоков с общим потоком.

Гидрогеологические системы

Они представляют собой объединение геологических тел, где воды связаны между собой и имеют общие законы движения. Все компоненты системы могут взаимодействовать между собой посредством общих границ (прямое взаимодействие), через другие элементы (непрямое). Также возможно, что в исследуемую систему поступают элементы через другую систему – подобное взаимодействие называется косвенным.

Кроме того, системы делятся на те, что были созданы исключительно природой, то есть природные, и природно-техногенные, включающие в себя еще и инженерные сооружения.

Гидрогеология сегодня

Основное направление гидрогеологии – это рациональное использование подземных вод. Наука изучает текущее состояние бассейнов подземных вод, химические свойства воды, влияние строительства инженерных сооружений и ведения человеком хозяйственной деятельности. Также проводят исследования для изучения взаимодействия подземных вод с горными породами и проходящих в толще водоносных пластов процессов.

Гидрогеология по-прежнему неразрывно связана с геологией. Продолжается поиск новых гидрогеологических бассейнов, источников минеральных вод, изучаются свойства уже обнаруженных. Выделяются более полезные месторождения, с грунтовыми водами с уникальным химическим составом (например, с бромом или йодом). Научная деятельность заключается и в упорядочении уже известных знаний, поиске новых закономерностей развития.